[发明专利]一种基于振动监测的弱刚性结构钻孔方法

说明书

本发明公开了一种基于振动监测的弱刚性结构钻孔方法，包括以下步骤：S1：依据零件结构模态振型仿真计算结果进行加工区域划分；S2：针对各区域分别选定一个孔作为参数标定孔，编制加工程序；S3：加工参数标定孔并采集振动信号，依据颤振识别结果进行转速调整，满足许用要求后完成区域加工；S4：完成一个区域的孔加工后，采用相同的流程进行下一个区域孔加工，直到完成零件结构加工。本发明针对飞机结构件弱刚性结构特征，实现动态切削参数的动态变换，避免孔位偏差、孔径超差等加工质量问题，降低零件报废率，提高零件钻孔成功率，避免进行传统费时费力，且效果极为有限的试切试验，避免加工故障的产生，适宜广泛应用。

技术领域

本发明涉及数控加工技术领域，具体是指一种基于振动监测的弱刚性结构钻孔方法。

背景技术

由于飞机高速、高机动性等性能要求，飞机结构件结构复杂而且具有很多薄壁结构，弱刚性的薄腹板和缘条结构在加工过程中切削振动大，尤其是弱刚性结构钻削过程中如果切削参数不合理，容易产生因为切削颤振，导致孔位偏差、孔径超差等加工质量问题，严重时引起零件报废。

目前在飞机结构件数控加工中为了保证加工方案的合理性，首先需要进行机床、刀具和切削参数的试切试验，一般以机床为对象进行不同参数的试切，以加工质量优化为目标给出优选参数，为切削方案制定提供参考。但是，参数试切试验由于试切件结构简单，装夹状态等也与飞机结构件差别较大，使用优选的参数进行加工，仍然不能避免切削振动失稳导致加工故障的产生。

发明内容

本发明针对飞机结构件弱刚性结构特征钻孔易产生切削颤振导致孔加工质量差的问题，提供一种基于振动监测的弱刚性结构钻孔方法。

本发明通过下述技术方案实现：一种基于振动监测的弱刚性结构钻孔方法，采用以下技术方案：

第一步：依据零件结构模态振型仿真计算结果进行加工区域划分

针对加工零件结构特征，构建模态分析有限元仿真模型进行计算，获得零件结构特征的各阶模态振型。钻削加工的转速范围一般为2000～8000r/min，采用2齿的钻头，计算可得刀齿通过率范围为66～266Hz，根据与刀齿通过率接近的模态振型中相对位移分布，识别因结构影响仿真振动幅值产生较大差异的方向及区域宽度Δx。

第二步：划分加工区域，并选定参数标定孔

选定仿真振动幅值产生较大差异的方向进行区域划分，根据初始位移x₀和区域宽度Δx将结构特征上需要加工的孔划分到不同的区域，同时针对各个区域分别选定1个孔作为参数标定孔，采用啄钻并铰削的模式加工参数标定孔，其余孔采用一刀钻的方式加工，编制加工程序。

第三步：加工参数标定孔并采集振动信号，依据颤振识别结果进行转速调整

(1)在啄钻方式加工参数标定孔过程中采集振动信号

搭建切削振动采集系统，传感器可以安装在机床主轴或者工装上进行信号采集。使用啄钻和铰削方式加工参数标定孔时进行信号采集，加工孔直径为D₀，则加工参数标定孔的铰刀直径为D₀，啄钻钻头直径D₁＝D₀-(0.2～0.5mm)。

啄钻加工参数标定孔的第一层加工后抬刀并暂停程序，利用颤振识别算法处理采集到的振动信号。

(2)处理振动信号，判断是否产生切削不稳定

在稳定加工过程中，振动信号的能量主要分布在刀齿通过率的频率以及工艺系统的模态频率上，当颤振发生时，振动信号的能量分布逐渐向其他频率转移，因此通过计算振动信号的能量分布情况，判断切削过程是否稳定。