[发明专利]一种用于多相叠层结构低频振动辅助钻削的界面在线识别方法

说明书

本发明实施例公开了一种用于多相叠层结构低频振动辅助钻削的界面在线识别方法，在加工过程中提取传感器的信号，基于信号时频域特性进行实时逆向建模，通过比较实测值与模型值的偏差，识别叠层结构材料低频振动钻削过程中钻尖到达叠层界面时间。采用此方法可以实现多相叠层结构低频振动辅助钻削的在线界面识别，为实现低频振动辅助钻削叠层结构的自适应变参数加工提供技术基础，且本发明有效提高了加工质量，尤其是界面层加工质量的稳定性。

技术领域

本发明涉及机械加工技术领域中，属于叠层结构钻削加工工艺的改进，具体 是一种用于多相叠层结构低频振动钻削加工的界面在线识别方法。

背景技术

在飞机制造业中，由于轻量化与节能减排要求，部分金属零件被轻型复合材 料如碳纤维增强复合材料(CFRP)代替，形成大量的叠层结构零件。在装配过程 中这些叠层结构零件例如CFRP/钛合金/铝合金的多相叠层结构零件，需要进行 大量的钻孔。且为满足装配精度要求，这些孔必须一次钻削完成。低频振动辅助 钻削工艺通过强迫断屑，降低了加工温度，一定程度上改善了叠层结构材料的切 削加工性能。然而，由于不同材料间的性能差异，加工不同材料需要使用各自对 应的工艺参数以保证制孔质量以及减少刀具磨损。

对于大飞机上大尺度的零件，不同材料层的厚度沿零件截面一直在发生变化。 叠层钻削中界面位置难以获得，加工参数的切换位置难以确定。传统的阈值法通 过设定信号阈值来判断界面位置，但对于低频振动辅助制孔工艺，钻头在加工过 程中与工件产生周期性的分离，导致信号出现周期性波动，波动的幅值远大于传 统制孔。由于这种波动，不同材料的信号范围存在重叠，加大了阈值设定难度。 尤其以最小值判定的情况下，不同材料相同或接近的最小值极易导致识别失败。 此外，在低频振动辅助工艺中，瞬时最大载荷要高于传统制孔，若因界面识别速 度慢导致钻头以不合适的制孔参数与材料接触，容易引起刀具快速破损。因此， 迫切需要开发出一种适合多相叠层结构低频振动辅助钻削的界面在线识别方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提出了一种多相叠层结构材料低频振动辅助 钻削界面在线识别方法。通过该界面在线识别方法，能够在低频振动辅助工艺下 实现自动参数加工，提高加工质量，尤其是界面层加工质量的稳定性；同时避免 刀具过载导致的快速破损，提高生产效率，降低成本。

本发明是这样实现的：

一种用于多相叠层结构低频振动辅助钻削的界面在线识别方法，该方法包 括以下步骤：

步骤1)确定多相叠层结构的铺层顺序及界面层数量，确定每层材料及其界 面层的加工参数；

步骤2)从钻尖接触材料开始提取信号；根据钻尖主切削刃高度h与钻头每 秒进给量f计算钻头入钻时间，去除界面层入钻阶段信号；

步骤3)提取入钻后的稳定阶段信号，进行时域及频域特征提取，建立即时 信号预测模型，得到模型预测值；

步骤4)对比随后的信号实测值与步骤三的模型预测值，当偏差值超过界面 判定的阈值时，此时信号对应的时间则为当前材料出口处对应的界面时间；

步骤5)切换下一层材料对应的加工参数，信号清零，重新开始提取信号；

步骤6)重复步骤2)到步骤5)，直至完成全部层材料的界面识别。

所述步骤2)提取的信号包括但不限于力信号，声发射信号，功率信号和进 给电机电流信号。

所述步骤3)中的稳定阶段信号是指主切削刃仅接触一种材料的钻削阶段。 而即时信号预测模型的建立，包括以下步骤：

a、提取稳定阶段的一段加工信号，对加工信号进行快速FFT变换，获得单 边频谱图，提取0Hz对应幅值F₀；

b、对加工信号进行频谱寻峰分析，提取最大峰值F₁及其对应的特征频率f₁；