[发明专利]一种叠层结构钻削轴向力的预测方法及系统

说明书

一种叠层结构钻削轴向力的预测方法及系统。方法包括：根据单层结构变形引起的附加进给率，获得钻头的动态进给率；根据所述动态进给率，采用微元化钻削刃的方式，建立单层结构的钻削轴向力模型；将叠层结构的钻削过程划分为不同的阶段，根据所述单层结构的钻削轴向力模型，建立每个阶段的叠层结构的钻削力模型；获取叠层结构的物理参数、钻头的物理参数和钻头的给定进给率；根据叠层结构的物理参数、钻头的物理参数和钻头的给定进给率，利用每个阶段的叠层结构的钻削力模型，预测叠层结构的每个阶段的钻削轴向力，实现对叠层结构全阶段钻削轴向力的预测，保证叠层结构钻削全过程的钻削轴向力的预测精度。

技术领域

本发明涉及工件加工领域，特别涉及一种叠层结构钻削轴向力的预测方法及系统。

背景技术

钻削力尤其是轴向力是制孔加工中一个非常重要的过程量，它既与复材分层、钛板毛刺和刀具磨损等钻削缺陷密切相关，又取决于工艺参数、刀具角度和刀具材料。轴向力是工艺参数和制孔质量间的桥梁，其预测模型的建立有助于更加深入的理解钻削过程、优化工艺参数以及辅助刀具设计。目前，钻削轴向力建模多数采用实验拟合法和理论解析法，以钻削力最大值和进入段曲线为预测目标，以金属叠层或复材单层结构为对象。这种方法在用于薄壁复材-金属叠层结构轴向力预测时，存在如下问题：1)无法求解叠层界面区域的钻削力曲线，叠层界面区域是复材和金属接触面附近的区域，该区域中钻削刃同时切削比例不断变化的复合材料和金属材料，现有方法不能处理异质材料的切削力预测问题；2)未能考虑结构变形对切削过程的影响，薄壁结构在钻削轴向力作用下发生变形及回弹，改变了工件与刀具间的相对速度，使钻削力曲线呈现出不一样的形态，即现有方法并未将工件刚度作为影响因素纳入预测模型中。

综上所述，现有的叠层结构的钻削轴向力的预测方法，无法保证叠层结构钻削全过程的钻削轴向力的预测精度。

发明内容

本发明的目的是，为了保证叠层结构钻削全过程的钻削轴向力的预测精度，提供一种叠层结构钻削轴向力的预测方法及系统。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种叠层结构钻削轴向力的预测方法，所述叠层结构钻削轴向力的获取方法包括如下步骤：

根据单层结构变形引起的附加进给率，获得钻头的动态进给率；

根据所述动态进给率，采用微元化钻削刃的方式，建立单层结构的钻削轴向力模型；

将叠层结构的钻削过程划分为不同的阶段，根据所述单层结构的钻削轴向力模型，建立每个阶段的叠层结构的钻削力模型；

获取叠层结构的物理参数、钻头的物理参数和钻头的给定进给率；

根据叠层结构的物理参数、钻头的物理参数和钻头的给定进给率，利用每个阶段的叠层结构的钻削力模型，预测叠层结构的每个阶段的钻削轴向力。

可选的，根据单层结构变形引起的附加进给率，计算钻头动态进给率，具体包括：

利用公式(1)，计算单层结构的刚度K；

K＝C_KEbh³/l³ (1)

其中，C_K为刚度系数，E为被切削材料的弹性模量，b为单层结构宽度，h为单层结构的厚度，l单层结构的支撑长度；

根据单层结构的刚度K，利用公式(2)，表示钻头的动态进给率f；

其中，f₀为给定进给率，F'(t)为钻削轴向力的一阶微分，n_s为钻头的转速。

可选的，根据所述动态进给率，采用微元化钻削刃的方式，建立单层结构的钻削轴向力模型，具体步骤包括：