一种钻锪加工工艺参数优化方法

技术领域

本发明涉及制孔加工技术领域，尤其涉及一种钻锪加工工艺参数优化方法。

背景技术

目前复合材料的钻锪加工方法主要为“手工钻初孔、铰孔、初锪、精锪”，而随着对钻锪孔的尺寸精度要求的逐渐提升，加工方式逐渐转化为自动化加工，即在数控加工中使用钻锪一体刀具一次性完成钻锪加工。

由于加工过程制孔、锪窝的直径、切削角度均不同，钻锪一体刀具对锪窝、孔出口的切削层作用参数(线速度、每转进给量)存在一定差距，导致锪窝、孔出口加工质量不一致，而钻锪加工参数的选择严重影响着钻锪加工的尺寸精度、锪面及孔壁表面粗糙度、孔出口分层撕裂损伤尺度。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种钻锪加工工艺参数优化方法。

本发明提供如下技术方案：一种钻锪加工工艺参数优化方法，包括：

获取加工工况，根据加工工况分别确定钻头的线速度和每转进给量的参数范围；

根据所述参数范围分别设计N组钻锪加工实验组；

在数控机床中输入每一组实验组对应的线速度参数和进给量参数，以在工件上成孔，并采集成孔损伤程度；

根据线速度和进给量计算每一个实验组对应的成孔效率；

将得到的成孔损伤程度与成孔效率进行归一化处理；

分别计算各组实验组成孔评价分数，以获得N组试验参数中评价分数最高的一组，以实现对工艺参数进行优化，得到目标工艺参数。

在本发明的一些实施例中，所述成孔损伤程度的计算公式为：

其中，F为成孔损伤程度，D为预设孔径，D

进一步地，所述成孔效率的计算公式为：E＝Vc*Fr；

其中，E为成孔效率，Vc为钻头的线速度、Fr为每转进给量。

进一步地，所述成孔效率进行归一化处理计算公式为：

其中，x

进一步地，所述成孔损伤程度归一化处理计算公式为：

其中，y

进一步地，所述各组实验组成孔评价分数的计算公式为：Y＝n*y

进一步地，所述n的取值为0.5。

进一步地，所述成孔损伤程度包括制孔损伤程度和锪孔损伤程度。

进一步地，所述成孔效率包括制孔效率和锪孔效率。

进一步地，所述获取加工工况包括待加工板的厚度H

本发明的实施例具有如下优点：根据线速度和进给量的范围设置多组实验组，将每一各实验组对应于工件上的成孔进行加工质量及加工效率的加权评价，并成孔损伤程度与成孔效率进行归一化处理，计算出各个实验组成孔评价分数，实现对工艺参数进行优化，以高效得到目标工艺参数，从而获取钻孔、锪窝工况下各质量容许范围内的最优参数组合。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显和易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，做详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本发明的一些实施例提供的一种钻锪加工工艺参数优化方法的流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在模板的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1所示，本发明的一些实施例提供一种钻锪加工工艺参数优化方法，主要应用于对钻锪的加工参数的优化，提升加工质量和加工效率。

一种钻锪加工工艺参数优化方法具体包括如下步骤：

步骤S100，获取加工工况，根据加工工况分别确定钻头的线速度和进给量的参数范围。

其中，所述获取加工工况是指获取加工板材的厚度H

另外，加工孔径D

需要说明的是，这里所述的钻头的线速度Vc的参数范围是根据钻头数控机床钻中心孔的钻速范围进行具体的设定。

步骤S200，根据所述参数范围分别设计N组钻锪加工实验组。

具体的，根据钻头的线速度范围和钻头的进给量范围，建立N组实验组。

优选的，N的取值至少大于9，通过增加实验组的数量，以提升对参数优化的准确性。

可以理解接的是，每一个线速度对应多个进给量，每一个进给量对应多个线速度，以保证每因素和水平的组合都能够得到实验，以从而保证实验结论的精确性。

步骤S300，在数控机床中输入每一组实验组对应的线速度参数和进给量参数，以在工件上成孔，并采集成孔损伤程度。

具体的，将每一组实验组对应的线速度和进给量依次编号分组，并分别输入至数控机床中，通过数控机床根据输入数据控制钻头的线速度和进给量，通过钻头对工件进行加工钻孔，以在工件上成孔。

进一步地，当对工件钻孔完成后，观察并记录成孔损伤程度。

需要说明的是，成孔损伤程度包括制孔损伤程度(即孔出口分层损伤尺度FD

另外，成孔损伤程度还包括毛刺长度和成孔表面粗糙度。

在本实施例中，所述成孔损伤程度的计算公式为：

步骤S400，根据线速度和进给量计算每一个实验组对应的成孔效率。

其中，所述成孔效率的计算公式为：E＝Vc*Fr。其中，E为成孔效率，Vc为钻头的线速度、Fr为每转进给量。

具体的，所述成孔效率包括制孔效率和锪孔效率。可以理解的是，制孔效率为制孔时钻头的线速度与每转进给量之间的乘积，锪孔效率为钻锪时钻头的线速度与每转进给量之间的乘积。

步骤S500，将得到的成孔损伤程度与成孔效率进行归一化处理。

需要说明的是，这里所述的归一化处理是指将由步骤S300中记录的成孔损伤数据归一化至0～1之间，同时将由步骤S400中记录的成孔效率数据归一化至0～1之间，以使得各工艺参数处于同一数量级，以提高后续模型的求解效率。

具体的，所述成孔效率归一化处理计算公式为：

其中，x

另外，所述成孔损伤程度归一化处理计算公式为：

其中，y

步骤S600，分别计算各组实验组成孔评价分数，以获得N组试验参数中评价分数最高的一组，以实现对工艺参数进行优化，得到目标工艺参数。

其中，成孔评价分数是指对加工质量及加工效率的加权评价。

具体的，所述各组实验组成孔评价分数的计算公式为：Y＝n*y

可以理解的是，n的取值可以是0到1中的任一值，可根据实际情况具体设定。

需要说明的是，通过成孔评价分数计算公式计算出每一个实验组对应的成孔对应的分数，这样通过每一个实验组对应的分数，能够快速的找到分数最大的一个实验组，从而得到最优的线速度参数和进给量参数。

在本发明的一些实施例中，所述n的取值为0.5，这样能够保证成孔效率和成孔损伤程度的均衡性。

在本发明的一些实施例中，以加工一块CFRP(Carbon Fibre-reinforcedPolymer，碳纤维增强基复合材料)板为例进行具体说明。

其中，CFRP板的厚度为10mm，钻孔孔径为6mm，锪径为10mm，锪深为1.5mm，钻头的线速度Vc＝100～200mm/min、钻头的进给量Fr＝0.01～0.03mm/r。

进一步地，根据钻头的线速度和钻头的进给量范围设定9组切削实验组。

表1-切削实验组

分别对每一个实验组的钻锪孔质量进行观测及测量，并根据对CFRP板加工分层损伤常用分层损伤因子进行评价，其中，计算方式为

试验完成后对孔出口、锪面边缘分层损伤进行量化观测，计算得到其分层损伤因子，并根据分层损伤因子计算加工效率。

每一个实验组的具体钻孔数据如下。

表2-孔出口分层损伤

从上表2中可知，当线速度相同时，进给量越大，孔出口分层因子FD

表3-锪面边缘分层损伤

根据表2中记录的数据，检测的孔出口分层损伤FD

根据表3中记录的数据，检测的锪面边缘分层损伤FD

表4-各实验组的损伤评价及效率评价指标

根据表4中记录的数据，对成孔损伤、加工效率进行归一化处理后进行加权评价，即将各指标转换至[0，1]区间，具体方法如下：

其中，对于效率指标的计算公式为：

另外，对于损伤指标的计算公式为：

表5-归一化评价表

从表5中可清楚的看出，实验组1相对于9个实验组中的制孔效率和锪孔效率均为最高，但是制孔损伤率太大，且锪孔损伤率也较大，可以理解的是，虽然实验组1的加工效率最高，但是根据试验数据可知，实验组1对工件的加工质量较差，因此，实验组1所对应的加工参数不适于对工件的加工。

其次，从上表5中可以看出，实验组6相对于9个实验组中的制孔损伤率和锪孔损伤率最小，也就是说，实验组6所对应的加工参数对工件的加工质量高，但是实验组6对工件的加工效率比较低，虽然加工质量满足要求，但是加工效率交底，也不适于生产加工。

进一步地，通过公式Y＝0.5*y

具体的，各实验组制孔评价分数为Y

表6-综合分数评价表

具体的，从上表6中可知实验组7对应的制孔评价分数在9组实验组中最高，但实验组7对应的锪孔评价分数在9组实验组中相对偏低。

另外，实验组2对应的锪孔评价分数在9组实验组中最高，实验组2对应的制孔评价分数在9组实验组中相对偏高，且实验组2对应的锪孔评价分数和制孔评价分数之和相对于9组实验组中是最高的。因此，可参考实验组2所对应的加工参数。

进一步地，在本实施例中，为了进一步提升制孔和锪孔的质量，在CFRP板上进行钻孔加工的过程中，采用实验组7所对应的制孔参数进行制孔加工，然后采用实验组2对应的锪孔参数进行锪孔加工，这样通过在对CFRP板进行钻锪加工中，对钻、锪分别应用不同的参数组合，不仅解决了钻锪加工质量差异较大的问题，而且还能够合理控制加工损伤，提升加工效率。

在这里示出和描述的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。