[发明专利]一种基于电机电流的叠层材料在线变参数制孔方法

说明书

本发明提供了一种基于电机电流的叠层材料在线变参数制孔方法,该方法所使用的装置包括进给电机、电主轴、驱动器和控制器；首先从驱动器中读取进给电机实时电流并将电流数据上传给控制器,然后使用卡尔曼滤波对提取电流进行滤波，滤除电流信号在采集和传输的过程中受到外界干扰和设备内部噪声,再对经过滤波后的电流数值进行离散积分处理，以积分差与阈值的比较值作为参数，实时判断当前制孔所处阶段,最后根据得到的钻孔阶段控制进给电机速度和电主轴转速。本发明无需预先测量材料厚度尺寸来确定工艺参数切换点，能够在线监测加工过程，实时判断当前所处加工状态，使用各层材料最佳工艺参数进行制孔。

技术领域

本发明涉及航空航天自动化装配制孔领域，具体涉及到基于电机电流的叠层材料在线变参数制孔方法。

背景技术

叠层材料是由物理、化学特性不同的两层及以上材料组合而成的，因其既保留了各层材料原有的优良性能，又得到叠层后新的综合性能，因此在航空航天领域得到广泛应用。但是，新材料的使用必须伴随新的制造技术才能充分发挥其材料的优异性能，制孔加工是叠层材料应用在航空航天领域的一个重要加工环节，由于叠层材料的构成多元，其各层材料钻削加工参数差异性大，给制孔加工带来了很大的困难。据统计，因材料的制孔缺陷造成的损失占飞机装配总损失的60％以上。

在航空航天自动化装配中，为了保证材料整体加工孔质量、保证装配连贯性、提高制孔效率，叠层材料一般是多层整体一次性钻削，不再分层单独加工。但是叠层材料与单层材料制孔相比其制孔机理更复杂，在实际加工过程中受诸多因素的影响。为在保证散热，复合材料的工艺参数一般要求尽量选用较大的转速和较小的进给量，而铝合金钻孔时易形成积屑瘤，不宜采用过大的进给量和切削速度。

由于各层材料具有较大差异的加工特性，在加工过程中同一种加工参数很难保证各层材料都能获得良好的加工质量，所以最合适的加工方式是各层采用各自合适的工艺参数，这就需要对加工过程的过渡区域进行识别从而进行工艺参数的切换。在什么位置切换工艺参数是实现变参数制孔的关键，但是由于航空航天结构件材料质量不统一，无法保证各层材料的厚度一致，因此采用预先测量材料厚度尺寸来确定参数切换点的方式是不符合实际生产的，这就需要对钻削全过程进行实时监测，通过监测信号反馈来判别制孔处于哪个阶段，对叠层材料的制孔过程工艺参数进行实时调整，达到每层材料均在适合自身的参数内加工。

在专利《叠层结构制孔在线监测自适应加工方法》(申请号CN104289738A)中，利用超声波探头测量制孔刀具底端所到达的叠层结构成孔位置与叠层结构中的材料分界面的距离值，然后将距离值信号经过信号处理传输给安装制孔刀具的数控系统。这种方法需要对已有设备进行改造，添加超声波传感器，增加了设备成本。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的缺陷或问题，提出一种基于进给电机电流的在线变参数制孔方法。

本发明分析了进给电机的电流变化，在制孔过程中，进给电机电流与轴向力存在正相关的关系，钻削轴向力增大时，进给电机电流也随之增大，反之亦然，钻削轴向力的变化完全可以通过监测进给电机的电流反映出来。对于典型的双层材料，制孔主要分为以下三个关键点：刀具刚钻入第一层材料，从第一层材料钻入第二层材料，刀具从第二层材料钻出。通过判断当前钻孔阶段实现变工艺参数制孔。

本发明的技术方案如下：

一种基于电机电流的叠层材料在线变参数制孔方法,该方法所使用的装置包括进给电机、电主轴、驱动器和控制器，所述进给电机和滚珠丝杠连接，滚珠丝杠与电主轴传动连接，所述的进给电机能带动滚珠丝杠转动，使电主轴沿滚珠丝杠轴向滑动，进而使电主轴靠近叠层材料并对其进行钻孔，所述驱动器分别和电主轴、进给电机相连接并控制二者运作，所述控制器通过PLC端子与驱动器连接，所述PLC端子通过通讯协议采集驱动器中的进给电机的实时电流，所述控制器对进给电机的实时电流进行监控，判断当前所在钻孔阶段，并通过驱动器控制进给电机的速度和电主轴的转速；

具体包括如下步骤：