[发明专利]一种基于振动装置等效阻抗的叠层构件变参数制孔方法

说明书

一种基于振动装置等效阻抗的叠层构件变参数制孔方法，其特征在于包括：a、振动辅助钻削装置；b、高频电信号发生器；c、电流、电压采样装置；d、控制器及可实现钻削加工的末端执行器。其中振动辅助钻削装置安装在末端执行器的电主轴上，从而实现钻削加工；高频电信号发生器产生的高频电压施加在振动装置的换能器两端，使振动装置产生高频振动；电压、电流采样装置用于获取振动辅助加工时流经换能器的电流及其两端电压，并将数据上传给控制器，实时计算出振动装置的等效阻抗；在获得振动装置等效阻抗值后，首先对等效阻抗进行滤波处理，减少噪声干扰，然后计算滤波后单位时间内等效阻抗斜率，将相邻单位时间内的斜率差值与所设阈值进行比较，从而实时判断钻削阶段，最后根据钻削阶段控制主轴转速与进给，实现叠层材料振动辅助变参数制孔。

技术领域

本发明涉及航空叠层构件装配制孔领域，具体涉及到基于振动装置等效阻抗的叠层构件变参数制孔方法。

背景技术

随着航空制造领域的快速发展，对航空材料结构重量，结构强度和耐腐蚀能力提出了更高的要求。叠层构件是由材料属性不同的两层及以上材料组合而成，因其既保留了各层材料的原有的优异性能，又可以得到叠层后的综合性能，因此，在航空领域得到广泛应用。叠层构件在用于航空结构件制造时，需要进行大量的制孔，用于材料间的铆接和螺接。据统计，一架中型民航客机需要加工上百万个连接孔，然而由于结构连接部位的制孔质量问题导致的机体疲劳失效事故占到总事故的70％。因此如何实现叠层构件高效高质制孔是航空制造领域一个必须解决的问题。在两种或以上材料形成叠层构件后，由于材料的加工特性迥异，在制孔过程中上无法同时满足每一种材料适宜的加工参数，传统的“一刀切”式加工，增大了制孔缺陷的产生几率。

针对叠层构件制孔存在的问题，目前主要从制孔工艺和制孔策略两个方面去解决。在制孔工艺方面，以振动辅助钻孔为代表的新工艺可以改善叠层构件在钻削制孔过程中存在的缺陷。振动辅助加工与传统加工相比，改变了刀具的切入方式，其所具有的分离、冲击和熨压特性在降低切削热和切削力方面具有较大优势。在制孔策略方面，变参数制孔被证明是一种有效提高叠层构件制孔质量的加工方法，变参数制孔的关键在于如何准确控制不同阶段的工艺参数变换时间节点，尽管通过预先测量不同材料的厚度可以近似计算时间节点，然而航空构件的厚度通常是变化的，采用预先测量材料厚度尺寸来确定参数切换点的方式显然是不符合实际的。因此，为了提高叠层构件的制孔质量，有必要将振动辅助钻削加工与变参数制孔策略相结合，对叠层制孔过程实时监测，利用监测信号辨识加工阶段，实现制孔过程工艺参数的在线调整，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CN 104289738A)中，使用超声波传感器在线监控刀具的刀尖位置与叠层界面之间的距离，将实时的距离信息对应钻削状态，自适应改变主轴转速与进给速度，实现变参数钻削，但这种制孔方式不仅增加了设备成本，而且对传感器安装的位置精度有着较高的要求。

在专利《一种基于电机电流的叠层材料在线变参数制孔方法》(申请号CN108723428A)中，使用钻削装置的进给电机电流，基于滤波后电流的离散积分差值在线辨识钻削状态，根据得到的钻孔阶段控制进给电机速度和电主轴转速，从而实现叠层构件的变参数制孔，该方法无需预先测量材料厚度尺寸来确定工艺参数切换点。但这种变参数控制方法，依赖于所使用的的钻削设备，不具备较好的通用性。

发明内容

本发明提出了一种基于振动装置等效阻抗的叠层构件变参数制孔方法，该方法将振动辅助钻削加工工艺与变参数制孔策略相结合，基于斜率差阈值的叠层构件制孔过程等效阻抗变化进行特征辨识，实现叠层不同材料的一体化高效、高质量制孔。

本发明的技术方案如下：

一种基于振动装置等效阻抗的叠层构件变参数制孔方法，其特征在于包括：

a、振动辅助钻削装置，安装在末端执行器的电主轴上，从而实现钻削加工；

b、高频电信号发生器，产生的高频电压施加在振动装置的换能器两端，使振动装置产生高频振动；