[发明专利]一种针对非导磁材料枪钻加工直线度误差磁力辅助控制方法

权利要求书

1.一种深孔枪钻加工直线度误差预测与控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)以欧拉－伯努利梁为理论基础，通过“影响因素→钻头挠度→直线度误差”之间的映射关系对钻杆上任一点建立基于钻削力、中间支撑、中间支撑间距、进给量以及其他的弯矩模型，建立直线度误差预测模型，根据模型所对应的边界条件，对弯矩模型求解；

(2)基于毕奥－萨伐尔理论，建立“磁力辅助”外纠偏主动控制模型，利用外部磁场对枪钻钻头施加单向辅助作用力，从而控制钻头的挠度，根据直线度误差理论模型，确定“磁力辅助”外纠偏主动控制模型所需力的大小和方向，实现直线度误差的主动控制；

(3)针对枪钻加工有限元仿真和试验，设置不同工艺参数，并借助MATLAB对弯矩模型进行求解，建立基于不同参数下的直线度误差曲线图；通过磁场仿真和钻头受力仿真和试验，研究结构工件的“磁力辅助工艺参数→钻头受力”的映射关系；结合直线度误差理论模型，研究“钻头受力→钻头轴向挠度→直线度误差”的映射关系，实现不同工况下辅助工艺参数的优选；并通过外纠偏后孔的直线度的实测值与理论结果的比较，验证磁力辅助模型的综合可靠性，即可实现对直线度偏差的有效控制。

2.根据权利要求1所述的一种深孔枪钻加工直线度误差预测与控制方法，其特征在于：在步骤(1)中建立弯矩模型，并根据边界条件对弯矩模型求解，具体包括以下步骤：

将直线度误差预测模型分为中间单支撑误差预测模型和中间多支撑误差预测模型：中间单支撑有两个阶段的深孔加工过程，中间多支撑有三个阶段的深孔加工过程，模型及结果如下：

(a1)中间单支撑直线度误差预测模型及结果：

弯矩模型：

其中，R为中间支撑的支撑反力；l₁为主轴到中间支撑的距离；E为枪钻的杨氏模量；I为钻轴的横截面惯性矩；P为钻头所收到的轴向力；F为钻头所受到的径向反力；δ_b为导向套的偏差；L为钻杆的总长度；

简化单支撑第一弯矩模型M_1-1、第二弯矩模型M_1-2，并根据边界约束条件求解U₁、V₁、U₂、V₂、F、R：

即钻头与轴线间的直线度偏差值e_n经过n次迭代可表示为：e_n＝e_n-1+i_n-1Δx；

其中，δ_s为中间支撑的偏差；

(a2)中间多支撑直线度误差预测模型及结果：

弯矩模型：

其中，为第一支撑产生的支撑力；为第二支撑产生的支撑力；为第三支撑产生的支撑力；为主轴到第一支撑的轴向距离；为主轴到第二支撑的轴向距离；为主轴到第三支撑的直线距离；

简化多支撑第一阶段第一弯矩模型M_1-1、第二弯矩模型M_1-2、第三弯矩模型M_1-3、第四弯矩模型M_1-4，并根据边界约束条件求解U₁、V₁、U₂、V₂、U₃、V₃、U₄、V₄、F₁、F₂、F₃、F：

即钻头与轴线间的直线度偏差值e_n经过n次迭代可表示为：e_n＝e_n-1+i_n-1Δx；

其中，δ₁为中间第一支撑偏差；

δ₂为中间第二支撑偏差；

δ₃为中间第三支撑偏差；