介观尺度切削误差传递与加工精度控制研究

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1、介观尺度切削误差传递与加工精度控制研究余璐云2015年1月中图分类号：TH161UDC分类号：621.7介观尺度切削误差传递与加工精度控制研究作者姓名余璐云学院名称机械与车辆学院指导教师焦黎副教授答辩委员会主席王西彬教授申请学位工学硕士学科专业机械工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年1月16日ResearchonMesoScaleMachiningErrorPropagationandAccuracyControlCandidateName：YuLuyunSchoolorDepartmen

2、t:SchoolofMechanicalEngineeringFacultyMentor:A.Prof.JiaoLiChair,ThesisCommittee：Prof.WangXibinDegreeApplied:MasterofEngineeringMajor：MechanicalEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：January,2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下

3、进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：摘要零件尺寸大小在0.1~10mm，尺寸特征大小在0.01~1mm之间的加工范围被认为是典型的介观尺度加工范围，介于微观尺度与宏观尺度之间。近年来，随着产品的小型化发展趋势，介观尺度零件在生物医学、信息通讯、

4、航空航天、国防军事以及高科技电子产品等领域的应用也越来越广泛。基于微细切削技术对三维结构特征，如深孔、深槽、自由曲面等，具有很强的加工能力，且对被加工材料没有特殊的要求，因此越来越多学者将目光转向了微细切削领域，使得微细切削技术成为近年的一个研究热点。介观尺度零件微切削过程中，由于零件尺寸较小，通常采用极小的进给量，尺度的变化导致切削特性出现异于宏观切削的变化，即出现尺度效应现象，对零件加工精度产生很大影响。此外，介观尺度零件几何特征较多、精度要求高，影响加工精度的误差源繁多，一般需要经过多个工序才能完

5、成加工，致使零件加工精度难以保证。为解决介观尺度切削加工过程中的加工精度控制问题，本文针对尺度效应及多工序加工这两个关键因素，对介观尺度切削误差传递与加工精度控制展开了研究。研究内容主要包括以下几个方面：(1)以零件的整个制造过程为基础，通过分析零件设计、制造过程中可能出现的问题，建立了包含工艺系统数据采集与分析、制造误差预测、制造过程质量监控、工艺系统误差源诊断及工艺调整与改进几个模块在内的加工精度控制体系，为零件制造过程的精度控制提供了系统的理论方法，同时还研究了基于MSPC和SOV集成的过程质量控

6、制方法和基于假设检验的误差源诊断方法。(2)介观尺度复杂结构件制造过程为典型的多工序制造过程，通过分析单个工序内零件的制造误差源，以及工序之间误差的传递规律，综合考虑微细切削尺度效应，以微分运动矢量描述制造过程中零件的尺寸误差，构建了介观尺度零件尺寸误差传递的状态空间模型，对定位误差、基准误差、夹具误差以及基于尺度效应的加工误差进行了分析和建模，为介观尺度零件切削加工误差预测奠定了基础。(3)通过分析介观尺度零件的特点及其在切削加工中的特性，研究了每齿铣削过I程中实际瞬时切削厚度的计算方法，考虑最小切削

7、厚度、刃口钝圆半径等微细切削尺度效应现象以及主轴跳动量对铣削力的影响，建立了微细铣削力预测模型，该模型适用于介观尺度零件切削加工过程中的微细铣削力的预测。(4)以310S耐热不锈钢工件为例，进行了微细铣削加工试验，验证了误差预测模型、介观铣削力模型、过程质量控制及误差源诊断方法的有效性；同时根据试验结果，分析了切削参数对微细铣削力的影响规律，为实现介观尺度切削工艺优化提供理论支撑。本文围绕介观尺度铣削加工特点，在多工序误差传递规律和精度控制方面开展了研究，为提高介观尺度复杂零件多工序制造的精度提供了一定

8、的技术基础。关键词：介观尺度，尺度效应，误差传递，铣削力预测，精度控制IIABSTRACTDefinitionofmesoscaleisthatthesizeofpartsisintherangeof0.1~10mm,andthesizeofcharacteristicsisintherangeof0.01~1mm,whichisbetweenmicroscaleandmacroscale.Inrecentyears,withthedeve