详情
摘要
本发明公开一种叠层材料制孔加工轨迹规划方法，包括以下步骤：1)沿轴向将叠层材料加工过程划分入口、稳定、界面和出口等加工阶段；2)测量、整理制孔精度数据；3)分析各阶段制孔精度变化规律，建立孔径偏差、圆度与螺旋状轨迹特征参数之间的拟合关系式；4)以轴向切削力均值最小，且周向切削力峰值最小为目标，获得螺旋状轨迹特征参数的最优值。本发明为解决叠层材料通孔加工呈“倒锥形”问题提供途径，通过分析单孔加工过程中关键阶段的制孔精度变化规律，以满足出口阶段精度等级要求为核心目标，进行螺旋运动轨迹规划，最终实现工艺参数优选，这样既能提高单孔加工过程的整体制孔精度，又有利于降低整体切削力水平，以延长刀具寿命。
权利要求
1.一种叠层材料制孔加工轨迹规划方法，其特征在于：所述叠层材料包括外侧组成材料以及位于所述外侧组成材料下方的至少一层内侧组成材料；包括以下步骤：（1）根据外侧组成材料及内侧组成材料各自的切削加工性能，分别选择出外侧组成材料和内侧组成材料的螺旋铣孔工艺加工参数，按照外侧组成材料螺旋铣孔工艺加工参数和内侧组成材料螺旋铣孔工艺加工参数分别对外侧组成材料和内侧组成材料通过螺旋铣制孔方法完成钻孔；（2）将步骤（1）的钻孔过程划分为若干加工阶段，所述加工阶段包括入口阶段、稳定阶段、界面阶段和出口阶段；所述入口阶段为外侧组成材料的外加工表面处的加工深度区域；所述界面阶段为外侧组成材料与内侧组成材料的结合面两侧的加工深度区域，或外侧组成材料与内侧组成材料以及相邻内侧组成材料的结合面两侧的加工深度区域；所述出口阶段为内侧组成材料的外加工表面处的加工深度区域；所述稳定阶段为在外侧组成材料或内侧组成材料内除去所述界面阶段以及所述入口阶段或所述出口阶段后的加工深度区域；测量各所述加工阶段的钻孔的孔径；（3）将步骤（2）得到的孔径的测量值，与理想值进行比较，分别计算各所述加工阶段的孔径偏差和圆度，并建立二者与螺旋状轨迹特征参数之间的拟合关系式，得到所述孔径偏差和圆度的变化规律；（4）针对不同所述加工阶段的孔径偏差和圆度的变化规律，以所述出口阶段必须满足的等级精度要求为基本目标，其他所述加工阶段的制孔精度设定不同的目标系数，根据所述目标系数获得各所述加工阶段的孔径偏差和圆度的目标值，所述目标值与所述出口阶段必须满足的等级精度要求保持一致；（5）根据各所述加工阶段的孔径偏差和圆度的目标值，进行所述螺旋状轨迹特征参数设计。
2.根据权利要求1所述的叠层材料制孔加工轨迹规划方法，其特征在于：所述叠层材料为双层、三明治层或四层以上结构，采用复合材料为最先加工结构。
3.根据权利要求1所述的叠层材料制孔加工轨迹规划方法，其特征在于：所述步骤（1）中，根据不同外侧组成材料和内侧组成材料的切削加工性能，初步给出切削速度的合理范围，并设计螺旋铣孔工艺加工参数的取值范围，所述螺旋铣孔工艺加工参数包括自转转速、公转转速和进给速度，以切削效率与出口加工质量为优化目标，实现不同所述加工阶段螺旋铣制孔工艺加工参数的优化。
4.根据权利要求1所述的叠层材料制孔加工轨迹规划方法，其特征在于：所述步骤（2）中，所述入口阶段、出口阶段对应厚度分别占总厚度的10%，所述界面阶段对应厚度占外侧组成材料与内侧组成材料中厚度较小的厚度的20%，或占相邻内侧组成材料中厚度较小的厚度的20%。
5.根据权利要求4所述的叠层材料制孔加工轨迹规划方法，其特征在于：所述孔径偏差与圆度的测量值面向不同所述加工阶段分别划分为若干切削厚度为0.5mm的加工平面，对各平面内象限角加工位置进行测量得到，所述内象限角为0°、90°、180°和270°。
6.根据权利要求1所述的叠层材料制孔加工轨迹规划方法，其特征在于：所述步骤（3）中，所述孔径偏差和圆度皆随切削深度呈一定规律变化，进而建立所述孔径偏差、圆度与所述螺旋状轨迹特征参数之间的拟合关系式，所述螺旋状轨迹特征参数包括螺旋线直径、螺距和螺旋角。
7.根据权利要求1所述的叠层材料制孔加工轨迹规划方法，其特征在于：所述步骤（4）中，所述出口阶段的制孔精度满足H8或H9等级要求，其他所述加工阶段的制孔精度等级与所述出口阶段相同。
8.根据权利要求7所述的叠层材料制孔加工轨迹规划方法，其特征在于：随着所述加工阶段距离所述出口阶段越远，其相应的所述目标系数越小且均小于1。
9.根据权利要求1所述的叠层材料制孔加工轨迹规划方法，其特征在于：所述步骤（5）中，所述螺旋状轨迹特征参数设计是轴向切削力均值最小、且周向切削力峰值最小的条件下所获得的螺旋状轨迹特征参数的最优值。
说明书
一种叠层材料制孔加工轨迹规划方法
技术领域
[0001]本发明涉及航空制造领域中的先进制孔技术，特别是涉及一种叠层材料制孔加工轨迹规划方法。
背景技术
[0002]随着航空先进制造技术的进步与发展，以航空铝合金、钛合金、碳纤维复合材料(CFRP)为代表的典型航空高性能材料在飞机整体结构轻量化、低能耗、高可靠性等方面凸显优势，而以上航空难加工材料以机械方式组成的叠层材料在材料性能上优于其中任何单种材料。因此，在飞机机翼的叠层材料中，机翼壁板选择复合材料，骨架为铝和钛合金已经实现工程应用，并且钛合金和复合材材料在飞机结构中的用量呈持续提高的趋势。但是，由难加工材料组成的叠层材料的可切削性差，而飞机机翼装配在孔位精度、孔径精度、垂直度、表面粗糙度等方面要求极高，从而对飞机机翼叠层材料的制孔加工技术提出前所未有的挑战。目前，以降低切削力、有效避免复合材料出口分层缺陷为典型优势的螺旋铣制孔工艺被广泛应用于叠层材料加工中，该制孔技术克服了传统钻扩铰在加工效率低、制孔质量差、生产成本高方面的缺点。
[0003]与传统的钻削加工相比，螺旋铣孔采用了完全不同的加工方式，螺旋铣孔过程由主轴的“自转”和主轴绕孔中心的“公转”2个运动复合而成，这种特殊的运动方式决定了螺旋铣孔的优势。首先，刀具中心的轨迹是螺旋线而非直线，即刀具中心不再与所加工孔的中心重合，属偏心加工过程。刀具的直径与孔的直径不一样，这突破了传统钻孔技术中一把刀具加工同一直径孔的限制，实现了单一直径刀具加工一系列直径孔。这不仅提高了加工效率，同时也大大减少了存刀数量和种类，降低了加工成本。其次，螺旋铣孔过程是断续铣削过程，有利于刀具的散热，从而降低了因温度累积而造成刀具磨损失效的风险。更重要的是，与传统钻孔相比，螺旋铣孔过程在冷却液的使用上有了很大的改进，整个铣孔过程可以采用微量润滑甚至空冷方式来实现冷却，是一个绿色环保的过程。第三，偏心加工的方式使得切屑有足够的空间从孔槽排出，排屑方式不再是影响孔质量的主要因素。
[0004]作为一种先进的制孔技术，结合刀具与叠层材料特征，该加工形式体现了偏心性、间歇性和分阶段性。专利文件CN 105728811A公开了一种用于飞机机身叠层材料机器人化螺旋制孔方法与系统，其通过增大轴向进给螺距，来提高机身叠层材料的制孔效率；在保持以小轴向进给螺距进行螺旋制孔效率的同时，降低终端制孔执行器公转速度，来抑制终端制孔执行器因质量偏心带来的激振力；其并没有根据叠层材料的组成材料的特点合理的划分不同的加工阶段，因此，上述专利文件只是提高了加工制孔效率，但对于叠层材料各组成材料在出口、入口与界面处的加工缺陷并没有显著的改善。
发明内容
[0005]本发明的目的是提供一种叠层材料制孔加工轨迹规划方法，以解决上述现有技术存在的问题，对飞机叠层材料制孔过程的加工阶段进行划分、并分别采用不同的工艺参数，以实现对加工轨迹的合理规划，可有效避免叠层材料各组成材料在出口、入口与界面处的加工缺陷，提高叠层材料的整体加工质量，降低单孔孔径偏差与圆度，同时保证孔沿轴向的垂直度。
[0006]为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种叠层材料制孔加工轨迹规划方法，所述叠层材料包括外侧组成材料以及位于所述外侧组成材料下方的至少一层内侧组成材料，包括以下步骤：
[0007](1)根据外侧组成材料及内侧组成材料各自的切削加工性能，分别选择出外侧组成材料和内侧组成材料的螺旋铣孔工艺加工参数，按照外侧组成材料螺旋铣孔工艺加工参数和内侧组成材料螺旋铣孔工艺加工参数分别对外侧组成材料和内侧组成材料通过螺旋铣制孔方法完成钻孔；
[0008](2)将步骤(1)的钻孔过程划分为若干加工阶段，所述加工阶段包括入口阶段、稳定阶段、界面阶段和出口阶段；所述入口阶段为外侧组成材料的外加工表面处的加工深度区域；所述界面阶段为外侧组成材料与内侧组成材料以及相邻内侧组成材料的结合面两侧的加工深度区域；所述出口阶段为内侧组成材料的外加工表面处的加工深度区域；所述稳定阶段为在外侧组成材料或内侧组成材料内除去所述界面阶段以及所述入口阶段或所述出口阶段后的加工深度区域；测量各所述加工阶段的钻孔的孔径；
[0009](3)将步骤(2)得到的孔径的测量值，与理想值进行比较，分别计算各所述加工阶段的孔径偏差和圆度，并建立二者与螺旋状轨迹特征参数之间的拟合关系式，得到所述孔径偏差和圆度的变化规律；
[0010](4)针对不同所述加工阶段的孔径偏差和圆度的变化规律，以所述出口阶段必须满足的等级精度要求为基本目标，其他所述加工阶段的制孔精度设定不同的目标系数，根据所述目标系数获得各所述加工阶段的孔径偏差和圆度的目标值，所述目标值与所述出口阶段必须满足的等级精度要求保持一致；
[0011](5)根据各所述加工阶段的孔径偏差和圆度的目标值，进行所述螺旋状轨迹特征参数设计。
[0012]优选地，所述叠层材料为双层、三明治层或三层以上结构，采用复合材料为最先加工结构。
[0013]优选地，所述步骤(1)中，根据不同外侧组成材料和内侧组成材料的切削加工性能，初步给出切削速度的合理范围，并设计螺旋铣孔工艺加工参数的取值范围，所述螺旋铣孔工艺加工参数包括自转转速、公转转速和进给速度，以切削效率与出口加工质量为优化目标，实现不同所述加工阶段螺旋铣制孔工艺加工参数的优化。
[0014]优选地，所述步骤(2)中，所述入口阶段、出口阶段对应厚度分别占总厚度的10％，所述界面阶段对应厚度占外侧组成材料与内侧组成材料或相邻内侧组成材料中厚度较小的厚度的20％。
[0015]优选地，所述孔径偏差与圆度的测量值面向不同所述加工阶段分别划分为若干切削厚度为0.5mm的加工平面，对各平面内象限角加工位置进行测量得到，所述内象限角为0°、90°、180°和270°。
[0016]优选地，所述步骤(3)中，所述孔径偏差和圆度皆随切削深度呈一定规律变化，进而建立所述孔径偏差、圆度与所述螺旋状轨迹特征参数之间的拟合关系式，所述螺旋状轨迹特征参数包括螺旋线直径、螺距和螺旋角。
[0017]优选地，所述步骤(4)中，所述出口阶段的制孔精度满足H8或H9等级要求，其他所述加工阶段的制孔精度等级与所述出口阶段相同。
[0018]优选地，随着所述加工阶段距离所述出口阶段越远，其相应的所述目标系数越小且均小于1。
[0019]优选地，所述步骤(5)中，所述螺旋状轨迹特征参数设计是轴向切削力均值最小、且周向切削力峰值最小的条件下所获得的螺旋状轨迹特征参数的最优值。
[0020]本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
[0021](1)本发明采用螺旋铣制孔技术，通过对叠层材料进行加工阶段的划分，并对各组成材料采取不同的切削加工参数，从而整体上进行分阶段变参数加工轨迹的规划，可有效避免叠层材料各组成材料在出口、入口与界面处的加工缺陷，提高叠层材料的整体加工质量，降低单孔孔径偏差与圆度；
[0022](2)本发明螺旋状轨迹特征参数设计分阶段结合切屑几何特征、切削力变化规律及刀具磨损情况进行参数的优化，以轴向切削力均值最小，且周向切削力峰值最小为目标，能够有效解决复合材料制孔入口处和出口处撕裂、分层缺陷，提高单孔加工过程的整体制孔精度，同时，有利于降低整体切削力水平，以延长刀具寿命；
[0023](3)本发明在规划加工轨迹的过程中建立孔径偏差、圆度与螺旋状轨迹特征参数之间的拟合关系式，能够直观的判断出孔径偏差和圆度随切削深度呈一定规律变化的趋势，从而总结出一般变化规律，准确的规划出同一叠层材料的加工轨迹；
[0024](4)本发明对不同加工阶段的等级精度要求呈规律性变化趋势，并以出口阶段为基本目标，合理设置其他加工阶段的目标系数，目标系数随着距离出口阶段越远越小，能够解决叠层材料出现“锥形孔”的加工精度一致性差的问题。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0026]图1a为双层叠层材料各组成材料及加工阶段划分示意图；
[0027]图1b为三明治叠层材料各组成材料及加工阶段划分示意图；
[0028]图2为叠层材料中螺旋状轨迹示意图；
[0029]图3为叠层材料制孔加工轨迹规划方法流程图；
[0030]其中，1、外侧组成材料；2、内侧组成材料一；3、内侧组成材料二；10、入口阶段；11、稳定阶段；12、界面阶段；13、出口阶段；d、螺旋线直径；f、螺距；α、螺旋角。
具体实施方式
[0031]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0032]本发明的目的是提供一种叠层材料制孔加工轨迹规划方法，对飞机叠层材料制孔过程的加工阶段进行划分、并分别采用不同的工艺参数，以实现对加工轨迹的合理规划，可有效避免叠层材料各组成材料在出口、入口与界面处的加工缺陷，提高叠层材料的整体加工质量，降低单孔孔径偏差与圆度，同时保证孔沿轴向的垂直度。
[0033]为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
[0034]本发明提供一种叠层材料制孔加工轨迹规划方法，如图1a和图1b所示，叠层材料包括外侧组成材料1以及位于外侧组成材料1下方的至少一层内侧组成材料，其中，内侧组成材料可以分为内侧组成材料一2和内侧组成材料二3，当然，随着层数的递增，还可以设置内侧组成材料三、四等等，本发明对于具体叠层材料的组成层数不作限定，包括以下步骤：
[0035](1)根据外侧组成材料1及内侧组成材料各自的切削加工性能，此处需要说明的是，外侧组成材料1和内侧组成材料均为现有已知的材料，其切削加工性能也是本领域所熟知的，进一步的，螺旋铣制孔工艺加工参数也采用现有的已知参数，根据现有技术分别选择出外侧组成材料1和内侧组成材料的螺旋铣孔工艺加工参数，按照外侧组成材料1螺旋铣孔工艺加工参数和内侧组成材料螺旋铣孔工艺加工参数分别对外侧组成材料1和内侧组成材料通过螺旋铣制孔方法完成钻孔，其中，钻孔所用铣刀为现有技术的铣刀，在同一叠层材料上采用相同的参数重复多次钻孔；
[0036](2)如图1a和图1b所示，考虑叠层材料的结构特征(叠层材料种类与叠层顺序)、材料属性与制孔过程中切削深度的变化，沿轴向将步骤(1)的钻孔过程划分为若干加工阶段，包括入口阶段10、稳定阶段11、界面阶段12和出口阶段13，需要说明的是，各加工阶段的划分是根据加工过程中切削力的变化人为进行的，可以采用测力仪(如Kistler 9257B测力仪)实时检测加工过程中切削力，对轴向力数据进行分析，保证各加工层内轴向力变化趋势特征显著，根据叠层材料各层加工中轴向力变化特征，进行划分；入口阶段10为外侧组成材料1的外加工表面处的加工深度区域，界面阶段12为外侧组成材料1与内侧组成材料以及相邻内侧组成材料的结合面两侧的加工深度区域，出口阶段13为内侧组成材料的外加工表面处的加工深度区域，稳定阶段11为在外侧组成材料1或内侧组成材料内除去界面阶段12以及入口阶段10或出口阶段13后的加工深度区域，需要注意的是，根据叠层材料的组成层数界面阶段12可以设置有1个、2个或多个，稳定阶段11可以设置有2个或多个；利用孔径测量工具(例如游标卡尺、内径千分尺等)测量各加工阶段的钻孔的孔径；
[0037](3)将步骤(2)得到的孔径的测量值，与理想值进行比较，分别计算各加工阶段的孔径偏差和圆度，孔径偏差为不同加工阶段在不同切削深度的孔径测量值的平均值与理想值之差，圆度为不同加工阶段在不同切削深度的孔径测量值的极大值与极小值之差，并利用线性回归法建立二者与螺旋状轨迹特征参数之间的拟合关系式，得到孔径偏差和圆度的变化规律；
[0038](4)针对不同加工阶段的孔径偏差和圆度的变化规律，以出口阶段13必须满足的等级精度要求为基本目标，其中，出口阶段13的等级精度要求为H8或H9，其他加工阶段的制孔精度设定不同的目标系数，经过目标系数的修正后，能够实现随切削深度增加，各加工阶段的孔径偏差与圆度的平均值始终与出口阶段必须满足的等级精度要求一致；
[0039](5)根据各加工阶段的孔径偏差和圆度的目标值，利用测力仪检测切削力，切削力包括轴向切削力和周向切削力，其中，轴向切削力是沿钻孔轴向方向变化的力，周向切削力是径向力和切向力的矢量和，轴向切削力可由测力仪直接测得(大小等于Z向切削力)，周向切削力由X和Y向的切削力计算得到，而X和Y向的切削力可由测力仪直接测得；以轴向切削力均值最小，且周向切削力峰值最小为目标，进行螺旋状轨迹特征参数设计。
[0040]叠层材料可以为双层、三明治层或者三层以上结构，如图1a所示，当为双层时，其外侧组成材料1为复合材料，内侧组成材料为金属材料；如图1b所示，当为三明治时，其外侧组成材料1为复合材料，内侧组成材料包括内侧组成材料一2和内侧组成材料二3，其中内侧组成材料一2为金属材料，内侧组成材料二3为复合材料，无论叠层材料采用哪种组成形式，一般均采用复合材料为最先加工结构；另外，对于材料的选择，复合材料可以为CFRP复合材料、FRP复合材料等，金属材料可以为铝合金、钛合金、高强钢等，因此，对于叠层材料可以是以上各种复合材料和金属材料的组合。
[0041]步骤(1)中，根据不同外侧组成材料1和内侧组成材料的切削加工性能，初步给出切削速度的合理范围，并设计螺旋铣孔工艺加工参数(自转转速、公转转速和进给速度等)，以切削效率与出口加工质量为优化目标，实现不同加工阶段螺旋铣制孔工艺加工参数的优化。
[0042]步骤(2)中，入口阶段10、出口阶段13对应厚度分别占总厚度的10％，界面阶段12(包括两种，如图1a和图1b所示，一种为先复合材料后金属材料形成的界面层，如图1b所示，还包括一种为先金属材料后复合材料形成的界面层)对应厚度占形成界面层的两种材料中厚度较小的厚度的20％。
[0043]在测量孔径偏差与圆度时，在单个孔内，面向不同加工阶段，依照切削的加工深度，将叠层材料分别划分为若干切削厚度为0.5mm的加工平面，对各平面内象限角(0°、90°、180°和270°)加工位置进行测量，从而得到每个0.5mm的加工平面的孔径偏差与圆度，因此，经过测量后，能够得到单个孔内不同深度(加工阶段)的多个数据，每个孔测得一组数据，多个孔最终获得多组数据。
[0044]步骤(3)中，根据孔径偏差和圆度随切削深度变化的规律，可以是多组数据求算的每个加工阶段的平均值，建立孔径偏差、圆度与螺旋状轨迹特征参数(如图2所示，包括螺旋线直径d、螺距f和螺旋角α)之间的拟合关系式。
[0045]步骤(4)中，出口阶段13的制孔精度满足H8或H9等级要求，其他加工阶段的制孔精度等级与出口阶段13相同。
[0046]随着加工阶段距离出口阶段越远，其相应的目标系数越小且均小于1，确定目标系数的目的是为了保持步骤(4)中的各加工阶段的制孔精度等级相同。
[0047]螺旋状轨迹特征参数设计是结合切屑几何特征、切削力变化规律及刀具磨损情况，在保证未变形切屑几何尺寸、形貌的合理性，切削力整体水平较低及刀具使用寿命延长的条件下，以轴向切削力均值最小，且周向切削力峰值最小为目标所获得的螺旋状轨迹特征参数的最优值；另外，需要注意的是，当确定最优值时，切屑几何尺寸、形貌，切削力整体水平和刀具使用寿命并非一定会同时达到最优，其可能是其中两种达到最优，也可能是其中一种达到最优。
[0048]本发明还提供如下具体实施例：
[0049]实施例一
[0050]根据叠层材料组成，确定工件材料厚度和孔径范围：双层叠层材料由上层CFRP复合材料和下层钛合金组成，其中，钛合金材料层厚度范围为5-10mm，CFRP复合材料层厚度为钛合金层厚度的2倍，加工孔的直径范围为10-20mm，孔径与刀具直径比率为1.5。
[0051]采用传统立铣刀，在工业机器人平台下结合螺旋铣制孔终端执行器实施对双层叠层材料的制孔加工，本发明采用的螺旋铣制孔终端执行器为现有技术，其一般包括刀具自转单元、刀具公转单元、刀具径向偏移单元、轴向进给单元等，能够实现控制立铣刀在螺旋铣制孔过程中的各个参数。
[0052]请参考图1a，在对该双层叠层材料的螺旋铣制孔过程中，入口阶段10、界面阶段12和出口阶段13的厚度范围皆为1-2mm。
[0053]采用测力仪(如Kistler 9257B测力仪)实时检测加工过程中切削力，切削力包括轴向切削力和周向切削力，其中，轴向切削力可由测力仪直接测得(大小等于Z向切削力)，周向切削力由X和Y向的切削力计算得到，而X和Y向的切削力可由测力仪直接测得；对轴向力数据进行分析，保证各加工层内轴向力变化趋势特征显著。
[0054]根据以上各层加工中轴向力变化特征，将双层叠层材料的螺旋铣制孔工艺划分为五个加工阶段，包括入口阶段10、稳定阶段一(CFRP稳定加工阶段)、界面阶段、稳定阶段二(钛合金稳定加工阶段)、出口阶段13。
[0055]根据叠层材料各组成材料(CFRP复合材料和钛合金材料)的切削性能，初步给出切削速度的合理范围，并设计工艺参数(自转转速、公转转速和进给速度)的取值范围，以切削效率与出口加工质量为目标实现不同加工阶段的螺旋铣制孔参数优化。
[0056]面向不同加工阶段，将加工孔沿轴向划分为若干切削厚度为0.5mm的加工平面，采用孔径测量工具(如XT Digital Internal Micrometer)对各平面内象限角(0°、90°、180°、270°)加工位置进行测量，取平均值获得各加工阶段的制孔孔径。
[0057]应用数据处理方法对多组孔径数据和圆度进行孔径偏差与圆度分析。
[0058]利用线性回归法分析并构建孔径偏差y和圆度y与螺旋状轨迹特征参数(如图2所示，螺旋线直径d、螺距f和螺旋角α)之间拟合关系式(例如y＝a+ad+af+aα，y＝b+bd+bf+bα，其中a、a、a、a、b、b、b、b均为根据线性回归法得到的拟合系数)。
[0059]设定叠层材料出口阶段13的制孔精度必须满足H8等级要求，各组成材料加工分别设定不同的目标系数，其中上层CFRP复合材料的目标系数设定为0.8，下层钛合金的目标系数设定为0.9。
[0060]收集加工切屑，分析几何特征，结合切削力变化规律和刀具磨损情况，以轴向切削力均值最小，且周向切削力峰值最小为目标，确定螺旋状轨迹特征参数的最优值。
[0061]实施例2
[0062]根据叠层材料组成，确定工件材料厚度和孔径范围：三明治叠层材料由上层CFRP复合材料、中层钛合金和下层CFRP复合材料组成。其中，钛合金材料层厚度范围为5-7mm，CFRP复合材料层厚度为钛合金层厚度的2倍。加工孔的直径范围为15-30mm，孔径与刀具直径比率为1.3。
[0063]采用传统立铣刀，在工数控机床平台下结合螺旋铣制孔终端执行器实施对三明治叠层材料的制孔加工，本发明采用的螺旋铣制孔终端执行器为现有技术，其一般包括刀具自转单元、刀具公转单元、刀具径向偏移单元、轴向进给单元等，能够实现控制立铣刀在螺旋铣制孔过程中的各个参数。
[0064]如图1b所示，在对该三明治叠层材料的螺旋铣制孔过程中，入口阶段10、界面阶段一、界面阶段二和出口阶段13的厚度范围均为1-1.4mm。
[0065]采用测力仪(如Kistler 9257B测力仪)实时检测加工过程中切削力，切削力包括轴向切削力和周向切削力，其中，轴向切削力可由测力仪直接测得(大小等于Z向切削力)，周向切削力由X和Y向的切削力计算得到，而X和Y向的切削力可由测力仪直接测得；对轴向力数据进行分析，保证各加工层内轴向力变化趋势特征显著。
[0066]根据以上各层加工中轴向力变化特征，将三明治叠层材料的螺旋铣制孔工艺划分为七个加工阶段，包括入口阶段10、稳定阶段一(CFRP稳定加工阶段)、界面阶段一、稳定阶段二(钛合金稳定加工阶段)、界面阶段二、稳定阶段三(CFRP稳定加工阶段)和出口阶段13。
[0067]根据叠层材料各组成材料CFRP复合材料和钛合金材料的切削性能，初步给出切削速度的合理范围，并设计工艺参数(自转转速、公转转速和进给速度)的取值范围，以切削效率与出口加工质量为目标实现不同加工阶段的螺旋铣制孔参数优化。
[0068]面向不同加工阶段，将加工孔沿轴向划分为若干切削厚度为0.5mm的加工平面，采用孔径测量工具(如XT Digital Internal Micrometer)对各平面内象限角(0°、90°、180°、270°)加工位置进行测量，取平均值获得各加工阶段的制孔孔径。
[0069]应用数据处理方法对多组孔径数据和圆度进行孔径偏差与圆度分析。
[0070]利用线性回归法分析并构建孔径偏差y和圆度y与螺旋状轨迹特征参数(如图2所示，螺旋线直径d、螺距f和螺旋角α)之间拟合关系式(例如y1＝a0+a1d+a2f+a3α，y2＝b0+b1d+bf+bα，其中a、a、a、a、b、b、b、b均为根据线性回归法得到的拟合系数)。
[0071]设定叠层材料出口加工阶段的制孔精度必须满足H8等级要求，各组成材料加工分别设定不同的目标系数，其中上层CFRP复合材料的目标系数设定为0.85，中层钛合金的目标系数设定为0.9，下层FRP复合材料的目标系数设定为0.95。
[0072]收集加工切屑，分析几何特征，结合切削力变化规律和刀具磨损情况，以轴向切削力均值最小，且周向切削力峰值最小为目标，确定螺旋状轨迹特征参数的最优值。
[0073]本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
