航空叠层材料精密制孔控制技术

摘要

叠层材料因其优良的综合性能，在航空制造领域显示出突出的应用前景。但是由于叠层不同材料具有较大加工特性差异，使得其高效精密制孔技术成为当前航空工业制造装配亟待解决的难题。自适应变参数制孔技术可根据叠层间不同材料特性适应性的调整钻削参数，从而使叠层材料工件具有更好的加工质量，使得该项技术成为当前飞机自动化装配领域的研究热点。本文针对以复合材料、铝合金为主的航空叠层材料采用变参数的精密制孔控制技术做了相关的研究工作，具体研究内容如下： （1）详细分析了叠层材料制孔的不同钻削阶段及各阶段钻削轴向力的变化特征。通过叠层制孔实验对钻削轴向力进行监测分析，得到了叠层材料制孔过程轴向力的变化与钻削阶段的对应关系。并在实验中采用不同钻削参数制孔，分析了主轴转速和进给量对钻削轴向力的影响，实验结果表明，进给量是影响轴向力的主要因素。 （2）分析了在实际生产中采用测力仪对钻削轴向力进行监测的局限性，通过建立制孔钻削力传递模型以及对主轴进给电机内部工作电流的分析，提出以主轴进给电机电流作为轴向力间接测量对象的观点。通过叠层制孔实验详细分析了主轴进给电机电流的变化特征，验证了其与轴向力的变化特征具有一致性，得到了可以通过主轴进给电机电流变化作为变参数制孔判断条件的结论。 （3）采用扩展卡尔曼滤波算法对制孔过程主轴进给电机电流进行滤波处理，通过实验确定了影响滤波效果的主要参数。根据叠层材料制孔阶段的特征确定了两层材料的钻削参数切换次数及位置。对滤波后的电流进行离散积分处理，以积分差与阈值的比较值作为叠层制孔变参数判断条件，通过实验实施了该控制技术，并验证了其对于叠层制孔质量提升的效果。

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