控制疊層板鉆孔層間毛刺的壓緊力調(diào)整方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種控制疊層板鉆孔層間毛刺的壓緊力調(diào)整方法，利用鉆削力經(jīng)驗公式和鉆削力試驗數(shù)據(jù)，通過數(shù)學(xué)統(tǒng)計學(xué)方法確定鉆削力經(jīng)驗公式中的待定系數(shù)，獲得待優(yōu)化工況加工過程的鉆削力可信預(yù)測值，根據(jù)現(xiàn)有的理論建立層疊板變形理論模型，通過搜索調(diào)試的方式確定層疊板變形理論模型的疊層板相互擠壓的擠壓區(qū)域范圍，得到層間間隙最大值與壓緊力大小的函數(shù)關(guān)系，結(jié)合給定的層間間隙控制目標閾值，對壓緊力大小進行參數(shù)優(yōu)化，即可獲得最優(yōu)的壓緊力。本發(fā)明通過調(diào)整可獲得最優(yōu)的壓緊力，使疊層板的層間間隙降低到理想的范圍內(nèi)，從而可以有效的控制層間毛刺的高度，同時又盡可能的避免了由壓緊帶來的副作用。
【專利說明】
控制疊層板鉆孔層間毛刺的壓緊力調(diào)整方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及疊層板結(jié)構(gòu)鉆孔技術(shù)，特別涉及的是一種控制疊層板鉆孔層間毛刺的 壓緊力調(diào)整方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 飛機的生產(chǎn)過程主要包括零部件生產(chǎn)和飛機機體裝配，其中裝配質(zhì)量直接影響飛 機使用性能和安全性能。機體裝配會消耗大量的人力和生產(chǎn)成本，據(jù)統(tǒng)計，其工作量最高可 占到飛機制造總體工作量的40%~50%。飛機機身、機翼等部件之間的定位和聯(lián)接大量使 用鉚接，而鉆孔作為鉚接的前道工序直接影響了鉚接的質(zhì)量。據(jù)統(tǒng)計，70 %的飛機機體疲勞 失效事故起始于結(jié)構(gòu)連接部位，其中80 %的疲勞裂紋產(chǎn)生于連接孔處。
[0003] 鉆孔的過程中總會產(chǎn)生毛刺，其存在容易引起孔壁疲勞裂紋的產(chǎn)生，本身也會劃 傷緊貼的其它零件的表面，脫落后甚至還可能導(dǎo)致周圍電子器件的短路。所以飛機連接孔 的毛刺是飛機制造和裝配過程中必須要控制的關(guān)鍵因素。對于簡單的單層結(jié)構(gòu)而言，毛刺 均產(chǎn)生在工件外表面，可以很方便的去除。而對于飛機機身、機翼和機尾各部件連接處經(jīng)常 出現(xiàn)的疊層式結(jié)構(gòu)，如圖1所示，例如縱向搭接疊層板或橫向搭接疊層板，當(dāng)鉆頭進入疊層 材料的其中一層時，各層薄壁材料由于自身材料屬性和受力不同而產(chǎn)生不同的撓曲變形， 隨之產(chǎn)生的局部層間間隙，為層間毛刺的生長提供空間，從而無法避免的出現(xiàn)層間毛刺；當(dāng) 層間毛刺的高度超出了加工精度的要求，就必須拆除工裝分層并完全去除，額外增加了裝 配的工裝時間和成本，大大影響了效率。所以如何有效的控制層間毛刺的生長，節(jié)省額外的 裝配成本，成為了飛機裝配需要解決的一個重要的問題。
[0004] 目前針對疊層材料層間毛刺的有效控制，國內(nèi)外還沒有比較通用和成熟的解決方 案。大量試驗表明，層間毛刺高度主要受到鉆削過程中層間間隙大小的影響，所以有效的控 制層間間隙的大小，對控制層間毛刺高度具有重要的意義。國內(nèi)外已經(jīng)有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，可以使 用簡單的壓緊裝置，對鉆孔區(qū)域附近施加一定的壓緊力，來減小毛刺尺寸。例如中國專利局 公開的公開號為CN102303261A的發(fā)明申請文件中，提出了一種壓緊結(jié)構(gòu)，可以適應(yīng)復(fù)雜的 待加工曲面，并施加壓緊力;但是如何獲得合適的壓緊力，其并沒有提出成熟有效的方法。 此外，目前的自動化制孔設(shè)備并不能自動化的針對不同的材料、鉆削參數(shù)等完成壓緊力的 選擇，而必須要依靠裝配現(xiàn)場的經(jīng)驗進行調(diào)整，或者只能選擇固定不變的壓緊力，控制壓緊 力的效率不穩(wěn)定，而且容易引起過壓緊或壓緊不足等的問題。
[0005] 綜上，疊層板鉆削過程中，控制層間間隙的最大值，對于控制層間毛刺的高度有決 定性的作用，通過施加合適的壓緊力，可以將層間間隙最大值限制在要求的范圍之內(nèi)，進而 也就使得層間毛刺得到有效的控制。所以高效的壓緊力自動化優(yōu)化方法，對于飛機疊層板 制孔而言愈發(fā)不可或缺。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種控制疊層板鉆孔層間毛刺的壓緊力調(diào)整 方法，通過調(diào)整可獲得最優(yōu)的壓緊力，使疊層板的層間間隙降低到理想的范圍內(nèi)，從而可以 有效的控制層間毛刺的高度，同時又盡可能的避免了由壓緊帶來的副作用。
[0007] 為解決上述問題，本發(fā)明提出一種控制疊層板鉆孔層間毛刺的壓緊力調(diào)整方法， 包括以下步驟：
[0008] S1:根據(jù)鉆削力經(jīng)驗公式和鉆削力試驗數(shù)據(jù)，確定鉆削力預(yù)測公式，以獲得在與鉆 削力試驗數(shù)據(jù)相同的鉆削硬件條件下的待優(yōu)化工況的鉆削力可信預(yù)測值；
[0009] S2:根據(jù)薄板靜力變形假設(shè)和經(jīng)典板殼理論，建立層疊板變形理論模型，分別得到 上層板、下層板的變形撓度的數(shù)學(xué)關(guān)系，從而獲得在鉆削力和壓緊力作用下層疊板的層間 間隙最大值與壓緊力的初步數(shù)學(xué)關(guān)系，所述鉆削力可信預(yù)測值和待調(diào)整壓緊力作為所述初 步數(shù)學(xué)關(guān)系的輸入值，層間間隙最大值作為輸出值；
[0010] S3:在上層板、下層板接觸的部分滿足變形完全相同的條件下，搜索獲得層疊板的 擠壓區(qū)域范圍，結(jié)合初步數(shù)學(xué)關(guān)系確定上下層板撓度與壓緊力的關(guān)系曲線，以獲得關(guān)于層 間間隙最大值與壓緊力的函數(shù)關(guān)系；
[0011] S4:對關(guān)于層間間隙最大值與壓緊力的函數(shù)關(guān)系，進行參數(shù)優(yōu)化，以獲得調(diào)整后的 作用到層疊板上的壓緊力。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，在所述步驟S1中，所述鉆削力經(jīng)驗公式為
[0013] 戸=￡/鄭嘗卿
[0014]其中，Ci、yF和nF均為待定系數(shù)，f為進給率，v為刀具轉(zhuǎn)速，F(xiàn)為鉆削力;所述進給率、 刀具鉆速和鉆削力為鉆削力試驗數(shù)據(jù)。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，在所述步驟S1中，利用最小二乘法或高斯過程，通過多 組鉆削力試驗數(shù)據(jù)對所述鉆削力經(jīng)驗公式進行數(shù)據(jù)擬合，從而確定鉆削力經(jīng)驗公式中的待 定系數(shù)，以獲得鉆削力預(yù)測公式。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，在所述步驟S1中，所述鉆削硬件條件至少包括鉆頭類 型、疊層板的材料。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，在所述步驟S2中，上層板和下層板均為圓形薄板，圓形 薄板的彈性模量和泊松比分別為E和V，上層板和下層板的變形撓度的數(shù)學(xué)關(guān)系為：
[0019] 其中，0<r<R，R為圓形薄板的半徑;w(r)表示薄板在半徑r處的撓度;q(r)表示作 用于圓形薄板的軸對稱分布力;D是一個表示薄板屬性的常數(shù)，表達為
[0020] 根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，在所述步驟S2中，結(jié)合上層板、下層板各處的邊界條件 及上下層板間相互擠壓出應(yīng)滿足的條件，求解根據(jù)上層板和下層板的變形撓度的數(shù)學(xué)關(guān)系 獲得的方程組，以獲得在鉆削力和壓緊力作用下層疊板的層間間隙最大值與壓緊力的初步 數(shù)學(xué)關(guān)系。
[0021] 根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，在所述步驟S3中，在上層板、下層板接觸的部分滿足變 形完全相同的條件下，搜索獲得層疊板的擠壓區(qū)域范圍包括：
[0022] 假定擠壓區(qū)域范圍為最小值或接近最小值或預(yù)設(shè)值，代入至所述初步數(shù)學(xué)關(guān)系中 進行計算，若實際擠壓區(qū)域范圍小于假定的擠壓區(qū)域范圍，則計算獲得的下層板撓度曲線 在某些區(qū)域出現(xiàn)在上層撓度曲線之上；
[0023] 擴大假定的擠壓區(qū)域范圍，重新代入至所述初步數(shù)學(xué)關(guān)系中進行計算，直至下層 板撓度曲線處處低于上層板撓度曲線，從而確定初步數(shù)學(xué)關(guān)系中的待定系數(shù)，以獲得上下 層板撓度與壓緊力的關(guān)系曲線。
[0024] 根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，在所述步驟S3中，確定上下層板撓度與壓緊力的關(guān)系 曲線之后，得到鉆削力作用點處的上下層板的撓度之差，所述鉆削力作用點處的上下層板 的撓度之差表征鉆削力作用點處的層間間隙最大值，關(guān)于層間間隙最大值與壓緊力的函數(shù) 關(guān)系：
[0025] Zgap = g(Fa,Fc) =abs(wi|r=〇-wu|r=o)
[0026] 其中，wi|r=o和wu|r=o分別為下層板和上層板在鉆削力作用點處的撓度值，abs()函 數(shù)為絕對值函數(shù)，F(xiàn) a為鉆削力，F(xiàn)。為壓緊力。
[0027] 根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，在所述步驟S4中，所述參數(shù)優(yōu)化包括:從壓緊力最小的 情況開始，逐步增大壓緊力使層間間隙最大值減小，并小于目標閾值或小于目標閾值且具 有一定的裕度為止。
[0028] 根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，校核上層板在參數(shù)優(yōu)化后的壓緊力作用下的最大 Mises應(yīng)力，使得最大Mises應(yīng)力不超過上層板材料的屈服極限且具有一定的裕度。
[0029] 采用上述技術(shù)方案后，本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下有益效果:首先利用鉆削力 經(jīng)驗公式和鉆削力試驗數(shù)據(jù)，通過數(shù)學(xué)統(tǒng)計學(xué)方法確定鉆削力經(jīng)驗公式中的待定系數(shù)，獲 得待優(yōu)化工況加工過程的鉆削力可信預(yù)測值，根據(jù)現(xiàn)有的理論建立層疊板變形理論模型， 通過搜索調(diào)試的方式確定層疊板變形理論模型的疊層板相互擠壓的擠壓區(qū)域范圍，得到層 間間隙最大值與壓緊力大小的函數(shù)關(guān)系，結(jié)合給定的層間間隙控制目標閾值，對壓緊力大 小進行參數(shù)優(yōu)化，即可獲得最優(yōu)的壓緊力。
[0030] 本發(fā)明通過在疊層板鉆孔區(qū)域附近施加均勻的預(yù)壓緊力，可以將鉆削過程中疊層 板間的層間間隙控制到目標閾值之內(nèi)，便可使層間毛刺的高度得到有效的控制;本發(fā)明建 立了壓緊力參數(shù)優(yōu)化的數(shù)值方法，可以脫離現(xiàn)場實際測量和有限元建模進行分析，過程簡 單，可操作性強，代碼化后可以作為自動化鉆孔設(shè)備非常重要的組成部分，對于壓緊力的自 動高效優(yōu)化提供了可行的方案;本發(fā)明可以建立在不同鉆削參數(shù)、材料參數(shù)等條件下可靠 的最優(yōu)壓緊力數(shù)據(jù)庫，對于裝配現(xiàn)場的工藝規(guī)劃和實踐操作具有非常高的參考價值，可以 用于替代不穩(wěn)定的加工經(jīng)驗。
【附圖說明】
[0031]圖1是飛機的置層結(jié)構(gòu)不意圖；
[0032] 圖2是本發(fā)明實施例的控制疊層板鉆孔層間毛刺的壓緊力調(diào)整方法的簡易流程示 意圖；
[0033] 圖3是本發(fā)明實施例的控制疊層板鉆孔層間毛刺的壓緊力調(diào)整方法的流程示意 圖；
[0034] 圖4是本發(fā)明實施例的疊層板受力情況分析及變形情況示意圖；
[0035]圖5是本發(fā)明實施例的疊層板層間間隙隨壓緊力變化的關(guān)系圖；
[0036]圖6是本發(fā)明實施例的參數(shù)優(yōu)化調(diào)整壓緊力的示意圖。
【具體實施方式】
[0037] 為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明 的【具體實施方式】做詳細的說明。
[0038] 在下面的描述中闡述了很多具體細節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是本發(fā)明能夠以 很多不同于在此描述的其它方式來實施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況 下做類似推廣，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實施的限制。
[0039] 參看圖1，本發(fā)明的控制疊層板鉆孔層間毛刺的壓緊力調(diào)整方法可以用于飛機疊 層板鉆孔中，例如機身艙段A和機身艙段B之間的橫向搭接鉆孔，或者機身艙段A或機身艙段 B自身的縱向?qū)又校幌拗朴诖恕?br>[0040] 參看圖2和圖3,本實施例的控制疊層板鉆孔層間毛刺的壓緊力調(diào)整方法，包括以 下步驟：
[0041] S1:根據(jù)鉆削力經(jīng)驗公式和鉆削力試驗數(shù)據(jù)，確定鉆削力預(yù)測公式，以獲得在與鉆 削力試驗數(shù)據(jù)相同的鉆削硬件條件下的待優(yōu)化工況的鉆削力可信預(yù)測值；
[0042] S2:根據(jù)薄板靜力變形假設(shè)和經(jīng)典板殼理論，建立層疊板變形理論模型，分別得到 上層板、下層板的變形撓度的數(shù)學(xué)關(guān)系，從而獲得在鉆削力和壓緊力作用下層疊板的層間 間隙最大值與壓緊力的初步數(shù)學(xué)關(guān)系，所述鉆削力可信預(yù)測值和待調(diào)整壓緊力作為所述初 步數(shù)學(xué)關(guān)系的輸入值，層間間隙最大值作為輸出值；
[0043] S3:在上層板、下層板接觸的部分滿足變形完全相同的條件下，搜索獲得層疊板的 擠壓區(qū)域范圍，結(jié)合初步數(shù)學(xué)關(guān)系確定上下層板撓度與壓緊力的關(guān)系曲線，以獲得關(guān)于層 間間隙最大值與壓緊力的函數(shù)關(guān)系；
[0044] S4:對關(guān)于層間間隙最大值與壓緊力的函數(shù)關(guān)系，進行參數(shù)優(yōu)化，以獲得調(diào)整后的 作用到層疊板上的壓緊力。
[0045]下面對步驟S1~S4進行詳細的實施例描述，但不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。
[0046]在步驟S1中，提供一現(xiàn)有的鉆削力經(jīng)驗公式，然后可以進行試驗工況下的測試獲 得多組鉆削力試驗數(shù)據(jù)，鉆削力試驗數(shù)據(jù)可以代入到鉆削力經(jīng)驗公式中，從而在多組數(shù)據(jù) 的擬合下，可以獲得鉆削力經(jīng)驗公式中的待定系數(shù)，從而確定鉆削力預(yù)測公式。在鉆削力預(yù) 測公式確定之后，僅需鉆削參數(shù)便可獲得相應(yīng)的鉆削力，因此，可以獲得在與鉆削力試驗數(shù) 據(jù)相同的鉆削硬件條件下的待優(yōu)化工況的鉆削力可信預(yù)測值。
[0047]具體的，鉆削力經(jīng)驗公式可以為
[0048] F = V'%F
[0049] 其中，C^yF和nF均為待定系數(shù)，f為進給率，v為刀具轉(zhuǎn)速，F(xiàn)為鉆削力;進給率、刀具 鉆速和鉆削力為鉆削力試驗數(shù)據(jù)。
[0050] 在獲得鉆削力試驗數(shù)據(jù)的工況和待優(yōu)化調(diào)整壓緊力的工況中，鉆削硬件條件相 同，至少鉆頭類型、疊層板的材料是相同的。每組鉆削力試驗參數(shù)的鉆削參數(shù)最好是不同 的，以便在多組不同試驗數(shù)據(jù)下進行數(shù)據(jù)擬合。
[0051] 下面給出一個具體獲得鉆削力試驗數(shù)據(jù)的實施例，鉆頭使用直徑6mm的高速麻花 鉆頭，其刀尖角和旋轉(zhuǎn)角分別為135°和33°，待加工材料為7075T6鋁合金，鉆削參數(shù)分別為 刀具轉(zhuǎn)速v和進給f，如下：
[0054] 鉆削力試驗數(shù)據(jù)為:n組試驗所采用的鉆削參數(shù)，包括每組試驗采用的刀具轉(zhuǎn)速和 進給率;及每組試驗所測得的鉆削力數(shù)據(jù)。
[0055] 進一步來說，在步驟S1中，由于具有鉆削力經(jīng)驗公式，因而可以通過統(tǒng)計學(xué)方式采 用多組試驗數(shù)據(jù)來確定鉆削力經(jīng)驗公式中的待定系數(shù)。具體可以利用最小二乘法或高斯過 程，通過多組鉆削力試驗數(shù)據(jù)對鉆削力經(jīng)驗公式進行數(shù)據(jù)擬合，從而確定鉆削力經(jīng)驗公式 中的待定系數(shù)，以獲得鉆削力預(yù)測公式。
[0056]執(zhí)行步驟S1之后，可以由確定的鉆削參數(shù)來得到相應(yīng)的鉆削力，壓緊力是需要被 優(yōu)化的，鉆削力和壓緊力作為步驟S2中的輸入?yún)?shù)。
[0057]接著執(zhí)行步驟S2，根據(jù)薄板靜力變形假設(shè)和經(jīng)典板殼理論，建立層疊板變形理論 模型，分別得到上層板、下層板的變形撓度的數(shù)學(xué)關(guān)系，在鉆削力和壓緊力作用下層疊板發(fā) 生撓性變形，如圖4所示，鉆削力qa應(yīng)作用于下層板上表面上，而壓緊力q。作用在上層板上表 面上，上下層板接觸的地方存在相互擠壓，故有相互作用力q xl和qx2,兩者大小相等方向相 反，下上層板的變形撓度的數(shù)學(xué)關(guān)系根據(jù)上下層板之間的關(guān)系聯(lián)合起來，從而可以獲得在 撓性變形處的層間間隙最大值與壓緊力的初步數(shù)學(xué)關(guān)系，鉆削力可信預(yù)測值和待調(diào)整壓緊 力作為初步數(shù)學(xué)關(guān)系的輸入值，層間間隙最大值作為輸出值。
[0058] 在鉆削力和壓緊力這兩個力的作用下，疊層板會發(fā)生變形，因為上下層板撓度的 不同，就會在鉆削力作用的地方取到最大的層間間隙，但是由于擠壓區(qū)域范圍不同時，得到 的公式不同，無法直接確定，因此步驟S2只是建立了含有待定系數(shù)的模型。
[0059] 在一個實施例中，上層板和下層板均為圓形薄板，根據(jù)薄板靜力變形假設(shè)和經(jīng)典 板殼理論，圓形薄板的彈性模量和泊松比分別為E和V，上層板和下層板的變形撓度的數(shù)學(xué) 關(guān)系為：
[0061] 其中，0<r<R，R為圓形薄板的半徑;w(r)表示薄板在半徑r處的燒度;q(r)表示作 用于圓形薄板的軸對稱分布力;D是一個表示薄板屬性的常數(shù)，表達為.
[0062] 下上層板的變形撓度的數(shù)學(xué)關(guān)系根據(jù)上下層板之間的關(guān)系聯(lián)合方式可以是:結(jié)合 上層板、下層板各處的邊界條件及上下層板間相互擠壓出應(yīng)滿足的條件，求解根據(jù)上層板 和下層板的變形撓度的數(shù)學(xué)關(guān)系獲得的方程組，以獲得在鉆削力和壓緊力作用下層疊板的 層間間隙最大值與壓緊力的初步數(shù)學(xué)關(guān)系。
[0063] 由于疊層板的擠壓區(qū)域范圍Rx未知，下上層板的變形撓度的數(shù)學(xué)關(guān)系的求解存在 兩種情況：
[0064] 1)擠壓不充分，即R2<RX彡R，此時下上層板的變形撓度的數(shù)學(xué)關(guān)系分別為：
[0067] 2)擠壓較充分，即辦<心彡R2,此時下上層板的變形撓度的數(shù)學(xué)關(guān)系分別為：
[0070]可見，疊層板擠壓區(qū)域范圍Rx未知的情況下，存在兩種情況，必須先確定Rx的確切 值，才能最終確定撓度曲線公式。
[0071] 其中，W0為上下層板相互擠壓區(qū)域兩層半的撓度，即滿足下列公式中時的變形撓 度：
[0072] wo(r)=wu(r)=wi(r) Rx^；r<R
[0073]參看圖4，qa為壓緊力分布系數(shù)，q。為鉆削力分布系數(shù)，RjPR2分別為壓緊力作用的 環(huán)形范圍的內(nèi)外徑，Rx為疊層板擠壓區(qū)域的范圍，DjPDi分別為上下層板的材料性能參數(shù)， 八13 1、(：1和01(1 = 1，2，一，8)為待定參數(shù)，需要結(jié)合連續(xù)性方程和各處的邊界條件求解。
[0074] 接著執(zhí)行步驟S3,確定步驟S2的在撓性變形處的層間間隙最大值與壓緊力的初步 數(shù)學(xué)關(guān)系中的待定參數(shù)，從而確定層疊板變形理論模型。在上層板、下層板接觸的部分滿足 變形完全相同的條件下，通過設(shè)定值調(diào)試搜索獲得層疊板的擠壓區(qū)域范圍，在搜索過程中 可以根據(jù)初步數(shù)學(xué)關(guān)系調(diào)試獲得實際的擠壓區(qū)域范圍，從而確定上下層板撓度與壓緊力的 關(guān)系曲線，在關(guān)系曲線確定的情況下，便可獲得關(guān)于層間間隙最大值與壓緊力的函數(shù)關(guān)系。
[0075] 在步驟S3中，在上層板、下層板接觸的部分滿足變形完全相同的條件下，搜索獲得 層疊板的擠壓區(qū)域范圍包括：
[0076] 假定擠壓區(qū)域范圍為最小值或接近最小值或預(yù)設(shè)值，代入至所述初步數(shù)學(xué)關(guān)系中 進行計算，若實際擠壓區(qū)域范圍小于假定的擠壓區(qū)域范圍，則計算獲得的下層板撓度曲線 在某些區(qū)域出現(xiàn)在上層撓度曲線之上；
[0077] 擴大假定的擠壓區(qū)域范圍，重新代入至所述初步數(shù)學(xué)關(guān)系中進行計算，直至下層 板撓度曲線處處低于上層板撓度曲線，從而確定初步數(shù)學(xué)關(guān)系中的待定系數(shù)，以獲得上下 層板撓度與壓緊力的關(guān)系曲線。
[0078]換而言之，搜索的方式為:參看圖5,鉆削力作用在上層板的上表面，壓緊力作用在 下層板的上表面，qa為壓緊力分布系數(shù)，q。為鉆削力分布系數(shù)，先假定擠壓區(qū)域范圍為某一 個比較小的值進行計算，參看圖5的(b)中的擠壓區(qū)域范圍R xQ，代入初步數(shù)學(xué)關(guān)系后可以得 到步驟S2中初步數(shù)學(xué)關(guān)系的待定系數(shù)，得到上下層板組合的撓度曲線，但是跟實際情況通 常是有出入的，因而就需要增大擠壓區(qū)域范圍，參看圖5的(c)中的擠壓區(qū)域范圍R xQ，擠壓區(qū) 域范圍調(diào)整對應(yīng)為r = RxQ重新進行計算，直至滿足實際情況，參看圖5的(d)中的擠壓區(qū)域范 圍Rx〇,從而就完全確定了步驟S2的層疊板變形理論模型。層疊板變形理論模型的輸入是鉆 削力和壓緊力，輸出是層間間隙最大值，而其中鉆削力在選定的鉆削參數(shù)下是固定不變的， 因而可以確定關(guān)于層間間隙最大值與壓緊力的函數(shù)關(guān)系。
[0079]在步驟S3中，確定上下層板撓度與壓緊力的關(guān)系曲線之后，得到鉆削力作用點處 的上下層板的撓度之差，鉆削力作用點處的上下層板的撓度之差表征鉆削力作用點處的層 間間隙最大值，關(guān)于層間間隙最大值與壓緊力的函數(shù)關(guān)系：
[0080] ZgaP = g(Fa,Fc) =abs(wi|r=〇-wu|r=o)
[0081 ]其中，wi I r = 0和wu I r=Q分別為下層板和上層板在鉆削力作用點處的撓度值，abs ()函 數(shù)為絕對值函數(shù)，F(xiàn)a為鉆削力，F(xiàn)。為壓緊力。
[0082]接著執(zhí)行步驟S4,由于層間間隙最大值僅與壓緊力有關(guān)(前述Zgap公式），對關(guān)于 層間間隙最大值與壓緊力的函數(shù)關(guān)系，進行參數(shù)優(yōu)化，以獲得調(diào)整后的作用到層疊板上的 壓緊力。
[0083]參看圖6,在步驟S4中，參數(shù)優(yōu)化可以包括:從壓緊力最小的情況(預(yù)壓緊力Fc)開 始，逐步增大壓緊力使層間間隙最大值減小，并小于目標閾值Zmax或小于目標閾值Zmax且 具有一定的裕度為止。
[0084]較佳的，還包括校核步驟，校核上層板在參數(shù)優(yōu)化后的壓緊力作用下的最大Mises 應(yīng)力(Mises應(yīng)力為一維屈服應(yīng)力在多軸應(yīng)力狀態(tài)下的等效表達），使得最大Mises應(yīng)力不超 過上層板材料的屈服極限且具有一定的裕度。
[0085]本發(fā)明雖然以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定權(quán)利要求，任何本領(lǐng)域 技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以做出可能的變動和修改，因此本發(fā)明的 保護范圍應(yīng)當(dāng)以本發(fā)明權(quán)利要求所界定的范圍為準。
【主權(quán)項】
1. 一種控制疊層板鉆孔層間毛刺的壓緊力調(diào)整方法，其特征在于，包括以下步驟： S1:根據(jù)鉆削力經(jīng)驗公式和鉆削力試驗數(shù)據(jù)，確定鉆削力預(yù)測公式，以獲得在與鉆削力 試驗數(shù)據(jù)相同的鉆削硬件條件下的待優(yōu)化工況的鉆削力可信預(yù)測值； S2:根據(jù)薄板靜力變形假設(shè)和經(jīng)典板殼理論，建立層疊板變形理論模型，分別得到上層 板、下層板的變形撓度的數(shù)學(xué)關(guān)系，從而獲得在鉆削力和壓緊力作用下層疊板的層間間隙 最大值與壓緊力的初步數(shù)學(xué)關(guān)系，所述鉆削力可信預(yù)測值和待調(diào)整壓緊力作為所述初步數(shù) 學(xué)關(guān)系的輸入值，層間間隙最大值作為輸出值； S3:在上層板、下層板接觸的部分滿足變形完全相同的條件下，搜索獲得層疊板的擠壓 區(qū)域范圍，結(jié)合初步數(shù)學(xué)關(guān)系確定上下層板撓度與壓緊力的關(guān)系曲線，以獲得關(guān)于層間間 隙最大值與壓緊力的函數(shù)關(guān)系； S4:對關(guān)于層間間隙最大值與壓緊力的函數(shù)關(guān)系，進行參數(shù)優(yōu)化，以獲得調(diào)整后的作用 到層疊板上的壓緊力。2. 如權(quán)利要求1所述的控制疊層板鉆孔層間毛刺的壓緊力調(diào)整方法，其特征在于，在所 述步驟S1中，所述鉆削力經(jīng)驗公式為其中，C^yF和nF均為待定系數(shù)，f為進給率，v為刀具轉(zhuǎn)速，F(xiàn)為鉆削力;所述進給率、刀具 鉆速和鉆削力為鉆削力試驗數(shù)據(jù)。3. 如權(quán)利要求1或2所述的控制疊層板鉆孔層間毛刺的壓緊力調(diào)整方法，其特征在于， 在所述步驟S1中，利用最小二乘法或高斯過程，通過多組鉆削力試驗數(shù)據(jù)對所述鉆削力經(jīng) 驗公式進行數(shù)據(jù)擬合，從而確定鉆削力經(jīng)驗公式中的待定系數(shù)，以獲得鉆削力預(yù)測公式。4. 如權(quán)利要求1所述的控制疊層板鉆孔層間毛刺的壓緊力調(diào)整方法，其特征在于，在所 述步驟S1中，所述鉆削硬件條件至少包括鉆頭類型、疊層板的材料。5. 如權(quán)利要求1所述的控制疊層板鉆孔層間毛刺的壓緊力調(diào)整方法，其特征在于，在所 述步驟S2中，上層板和下層板均為圓形薄板，圓形薄板的彈性模量和泊松比分別為E和v，上 層板和下層板的變形撓度的數(shù)學(xué)關(guān)系為：其中，0<r<R，R為圓形薄板的半徑;w(r)表示薄板在半徑r處的撓度;q(r)表示作用于 圓形薄板的軸對稱分布力;D是一個表示薄板屬性的常數(shù)：6. 如權(quán)利要求1或5所述的控制疊層板鉆孔層間毛刺的壓緊力調(diào)整方法，其特征在于， 在所述步驟S2中，結(jié)合上層板、下層板各處的邊界條件及上下層板間相互擠壓出應(yīng)滿足的 條件，求解根據(jù)上層板和下層板的變形撓度的數(shù)學(xué)關(guān)系獲得的方程組，以獲得在鉆削力和 壓緊力作用下層疊板的層間間隙最大值與壓緊力的初步數(shù)學(xué)關(guān)系。7. 如權(quán)利要求1所述的控制疊層板鉆孔層間毛刺的壓緊力調(diào)整方法，其特征在于，在所 述步驟S3中，在上層板、下層板接觸的部分滿足變形完全相同的條件下，搜索獲得層疊板的 擠壓區(qū)域范圍包括： 假定擠壓區(qū)域范圍為最小值或接近最小值或預(yù)設(shè)值，代入至所述初步數(shù)學(xué)關(guān)系中進行 計算，若實際擠壓區(qū)域范圍小于假定的擠壓區(qū)域范圍，則計算獲得的下層板撓度曲線在某 些區(qū)域出現(xiàn)在上層撓度曲線之上； 擴大假定的擠壓區(qū)域范圍，重新代入至所述初步數(shù)學(xué)關(guān)系中進行計算，直至下層板撓 度曲線處處低于上層板撓度曲線，從而確定初步數(shù)學(xué)關(guān)系中的待定系數(shù)，以獲得上下層板 撓度與壓緊力的關(guān)系曲線。8. 如權(quán)利要求1或7所述的控制疊層板鉆孔層間毛刺的壓緊力調(diào)整方法，其特征在于， 在所述步驟S3中，確定上下層板撓度與壓緊力的關(guān)系曲線之后，得到鉆削力作用點處的上 下層板的撓度之差，所述鉆削力作用點處的上下層板的撓度之差表征鉆削力作用點處的層 間間隙最大值，關(guān)于層間間隙最大值與壓緊力的函數(shù)關(guān)系： Zgap = g(Fa，F(xiàn)c) = abs ( W1 | r=0~Wu | r=0) 其中，wl|r=Q和Wu|r=Q分別為下層板和上層板在鉆削力作用點處的撓度值，abs()函數(shù)為 絕對值函數(shù)，F(xiàn)a為鉆削力，F(xiàn)。為壓緊力。9. 如權(quán)利要求1所述的控制疊層板鉆孔層間毛刺的壓緊力調(diào)整方法，其特征在于，在所 述步驟S4中，所述參數(shù)優(yōu)化包括:從壓緊力最小的情況開始，逐步增大壓緊力使層間間隙最 大值減小，并小于目標閾值或小于目標閾值且具有一定的裕度為止。10. 如權(quán)利要求1所述的控制疊層板鉆孔層間毛刺的壓緊力調(diào)整方法，其特征在于，校 核上層板在參數(shù)優(yōu)化后的壓緊力作用下的最大Mises應(yīng)力，使得最大Mises應(yīng)力不超過上層 板材料的屈服極限且具有一定的裕度。
【文檔編號】G06F17/50GK105930569SQ201610236333
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年4月15日
【發(fā)明人】姚振強, 胡永祥, 宋堯
【申請人】上海交通大學(xué)