CN107832546A - 一种叠层结构钻削轴向力的预测方法及系统 - Google Patents
一种叠层结构钻削轴向力的预测方法及系统 Download PDFInfo
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Abstract
一种叠层结构钻削轴向力的预测方法及系统。方法包括：根据单层结构变形引起的附加进给率，获得钻头的动态进给率；根据所述动态进给率，采用微元化钻削刃的方式，建立单层结构的钻削轴向力模型；将叠层结构的钻削过程划分为不同的阶段，根据所述单层结构的钻削轴向力模型，建立每个阶段的叠层结构的钻削力模型；获取叠层结构的物理参数、钻头的物理参数和钻头的给定进给率；根据叠层结构的物理参数、钻头的物理参数和钻头的给定进给率，利用每个阶段的叠层结构的钻削力模型，预测叠层结构的每个阶段的钻削轴向力，实现对叠层结构全阶段钻削轴向力的预测，保证叠层结构钻削全过程的钻削轴向力的预测精度。
Description
技术领域
本发明涉及工件加工领域，特别涉及一种叠层结构钻削轴向力的预测方法及系统。
背景技术
钻削力尤其是轴向力是制孔加工中一个非常重要的过程量，它既与复材分层、钛板毛刺和刀具磨损等钻削缺陷密切相关，又取决于工艺参数、刀具角度和刀具材料。轴向力是工艺参数和制孔质量间的桥梁，其预测模型的建立有助于更加深入的理解钻削过程、优化工艺参数以及辅助刀具设计。目前，钻削轴向力建模多数采用实验拟合法和理论解析法，以钻削力最大值和进入段曲线为预测目标，以金属叠层或复材单层结构为对象。这种方法在用于薄壁复材-金属叠层结构轴向力预测时，存在如下问题：1)无法求解叠层界面区域的钻削力曲线，叠层界面区域是复材和金属接触面附近的区域，该区域中钻削刃同时切削比例不断变化的复合材料和金属材料，现有方法不能处理异质材料的切削力预测问题；2)未能考虑结构变形对切削过程的影响，薄壁结构在钻削轴向力作用下发生变形及回弹，改变了工件与刀具间的相对速度，使钻削力曲线呈现出不一样的形态，即现有方法并未将工件刚度作为影响因素纳入预测模型中。
综上所述，现有的叠层结构的钻削轴向力的预测方法，无法保证叠层结构钻削全过程的钻削轴向力的预测精度。
发明内容
本发明的目的是，为了保证叠层结构钻削全过程的钻削轴向力的预测精度，提供一种叠层结构钻削轴向力的预测方法及系统。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种叠层结构钻削轴向力的预测方法，所述叠层结构钻削轴向力的获取方法包括如下步骤：
根据单层结构变形引起的附加进给率，获得钻头的动态进给率；
根据所述动态进给率，采用微元化钻削刃的方式，建立单层结构的钻削轴向力模型；
将叠层结构的钻削过程划分为不同的阶段，根据所述单层结构的钻削轴向力模型，建立每个阶段的叠层结构的钻削力模型；
获取叠层结构的物理参数、钻头的物理参数和钻头的给定进给率；
根据叠层结构的物理参数、钻头的物理参数和钻头的给定进给率，利用每个阶段的叠层结构的钻削力模型，预测叠层结构的每个阶段的钻削轴向力。
可选的，根据单层结构变形引起的附加进给率，计算钻头动态进给率，具体包括：
利用公式(1)，计算单层结构的刚度K；
K＝CKEbh3/l3 (1)
其中，CK为刚度系数，E为被切削材料的弹性模量，b为单层结构宽度，h为单层结构的厚度，l单层结构的支撑长度；
根据单层结构的刚度K，利用公式(2)，表示钻头的动态进给率f；
其中，f0为给定进给率，F'(t)为钻削轴向力的一阶微分，ns为钻头的转速。
可选的，根据所述动态进给率，采用微元化钻削刃的方式，建立单层结构的钻削轴向力模型，具体步骤包括：
利用公式(3)计算钻头的钻削刃的前角γ；
其中，p为钻头的半顶角，ψ为钻头的横刃切角，θ为钻头的螺旋角，μ进给速度与切削速度的夹角，f0为设定进给率，r为钻削刃被选中点的轴线间距，为为垂直于轴线的平面内切削刃与选定点径向之间的夹角，w为钻头的半韧带厚度，Rch横刃半径，R为钻头半径；
利用公式(4)计算钻头的钻削刃的刃倾角i；
根据所述动态进给率、所述钻削刃的前角和所述钻削刃的刃倾角，利用公式(5)，建立钻削轴向力模型；
F(t)＝G(t)f (5)；
其中，G(t)为轴向力系数，f为动态进给率；
可选的，根据所述动态进给率，采用微元化钻削刃的方式，建立单层结构的钻削轴向力模型的步骤还包括：根据公式(6)计算轴向力系数；
G(t)＝(Ga(t)kc1+Gb(t)kc2)f-α (6)；
其中，kc1、kc2为材料相关系数，α为材料切削系数，Ga(t)，Gb(t)为刀具形状相关系数；
其中，ns为钻头的转速，h为单层结构厚度，hlip为钻头的钻削刃高度，R为钻头半径，w为半韧带厚度，Rch为横刃半径，p为钻头的半顶角。
可选的，将叠层结构的钻削过程划分为不同的阶段，根据所述单层结构的钻削轴向力模型，建立每个阶段的叠层结构的钻削力模型，获得叠层结构的钻削力模型，具体步骤包括：
根据叠层结构的钻削过程包括接触、分离、进入和回弹，将叠层结构的钻削过程分为分离前阶段和分离后阶段；
根据单层结构的钻削轴向力模型建立分离前阶段的叠层结构的钻削轴向力模型；
根据单层结构的钻削轴向力模型建立分离后阶段的叠层结构的钻削轴向力模型。
可选的，根据单层结构的钻削轴向力模型建立分离前阶段的叠层结构的钻削轴向力模型，具体步骤包括：
根据分离前阶段叠层机构的上层板和下层板具有相同的动态进给率，利用公式(7)表示分离前阶段的叠层结构的钻削力模型，
其中，Gtp(t)为上层板的钻削轴向力系数，Gbt(t)为下层板的钻削轴向力系数，Ktp为上层板的刚度系数，Kbt为下层板的刚度系数。
可选的，根据单层结构的钻削轴向力模型建立分离后阶段的叠层结构的钻削轴向力模型，具体步骤包括：
根据分离后阶段叠层结构的上层板和下层板动态进给率不同，分离后阶段叠层结构的钻削轴向力为上层板的钻削轴向力和下层板的钻削轴向力的和，利用公式(8)表示分离后阶段的叠层结构的钻削力模型；
F(t)＝Ftp(t)+Fbt(t) (8)
其中，Ftp(t)为上层板的单层结构模型Fbt(t)为下层板的单层结构模型，Gtp(t)为上层板的钻削轴向力系数，Gbt(t)为下层板的钻削轴向力系数，Ktp为上层板的刚度系数，Kbt为下层板的刚度系数。
可选的，根据叠层结构的物理参数、钻头的物理参数和钻头的给定进给率，利用叠层结构的钻削轴向力模型，预测叠层结构的每个阶段的钻削轴向力，具体步骤包括：
将叠层结构的物理参数、钻头的物理参数和钻头的给定进给率，代入叠层结构的钻削力模型；
根据分离前阶段的初始时刻的钻削轴向力为0，获得初始条件：
F(0)＝0；
根据分离前阶段的初始条件求解分离前阶段的叠层结构的钻削力模型，获得分离前阶段的钻削轴向力；
根据分离后阶段的初始时刻为分离时刻tsp，上层板的钻削轴向力Ftp(tsp)引起的上层板的变形与下层板的钻削轴向力Fbt(tsp)引起的下层板的形变相同，计算分离时刻tsp的上层板的钻削轴向力Ftp(tsp)和下层板的钻削轴向力Fbt(tsp)，作为分离后阶段的初始条件：
其中，Ktp为上层板的刚度系数，Kbt为下层板的刚度系数，Ftp(tsp)分离时刻上层板的轴向钻削轴向力；Fbt(tsp)分离时刻下层板的轴向钻削轴向力；
根据分离后阶段的初始条件求解分离后阶段的叠层结构的钻削力模型，得到分离后阶段的钻削轴向力。
一种叠层结构钻削轴向力的预测系统，所述叠层结构钻削轴向力的获取系统包括：
动态进给率获取模块，用于根据单层结构变形引起的附加进给率，获得钻头的动态进给率；
单层结构模型建立模块，用于根据所述动态进给率，采用微元化钻削刃的方式，建立单层结构的钻削轴向力模型；
双层结构模型建立模块，用于将叠层结构的钻削过程划分为不同的阶段，根据所述单层结构的钻削轴向力模型，建立每个阶段的叠层结构的钻削力模型；
参数获取模块，用于获取叠层结构的物理参数、钻头的物理参数和钻头的给定进给率；
钻削轴向力计算模块，用于根据叠层结构的物理参数、钻头的物理参数和钻头的给定进给率，利用每个阶段的叠层结构的钻削力模型，预测叠层结构的每个阶段的钻削轴向力。
可选的，所述动态进给率获取模块，具体包括：
刚度计算子模块，用于利用公式(1)，计算单层结构的刚度K；
K＝CKEbh3/l3 (1)
其中，CK为刚度系数，E为被切削材料的弹性模量，b为单层结构宽度，h为单层结构的厚度，l单层结构的支撑长度；
动态进给率计算子模块，用于根据单层结构的刚度K，利用公式(2)，表示钻头的动态进给率f；
其中，f0为给定进给率，F'(t)为钻削轴向力的一阶微分，ns为钻头的转速。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明公开了一种叠层结构钻削轴向力的预测方法及系统，通过微元化钻削刃建立叠层结构钻削轴向力预测模型，将变形引起的附加进给率表示为工件挠度对时间微分的函数，构建叠层结构轴向力预测模型，实现对叠层结构全阶段钻削轴向力的预测，保证叠层结构钻削全过程的钻削轴向力的预测精度。
附图说明
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。
图1为本发明提供的一种叠层结构钻削轴向力的预测方法的流程图。
图2为本发明提供的一种叠层结构钻削轴向力的预测方法的获取动态进给率的示意图。
图3为本发明提供的一种叠层结构钻削轴向力的预测方法的钻头参数的示意图。
图4为本发明提供的一种叠层结构钻削轴向力的预测方法的叠层结构的钻削过程的示意图。
图5为本发明提供的一种叠层结构钻削轴向力的预测系统的结构框图。
图6为本发明提供的一种叠层结构钻削轴向力的预测方法及系统的预测钻削轴向力与实验测量钻削轴向力的对比图。
具体实施方式
本发明的目的是提供一种叠层结构钻削轴向力的预测方法及系统，以保证叠层结构钻削全过程的钻削轴向力的预测精度。
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发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本发明提供了一种叠层结构钻削轴向力的预测方法，所述叠层结构钻削轴向力的获取方法包括如下步骤：
步骤101，根据单层结构变形引起的附加进给率，获得钻头的动态进给率；
步骤102，根据所述动态进给率，采用微元化钻削刃的方式，建立单层结构的钻削轴向力模型；
步骤103，将叠层结构的钻削过程划分为不同的阶段，根据所述单层结构的钻削轴向力模型，建立每个阶段的叠层结构的钻削力模型；
步骤104，获取叠层结构的物理参数、钻头的物理参数和钻头的给定进给率；
步骤105，根据叠层结构的物理参数、钻头的物理参数和钻头的给定进给率，利用每个阶段的叠层结构的钻削力模型，预测叠层结构的每个阶段的钻削轴向力。
可选的，步骤101根据单层结构变形引起的附加进给率，计算钻头动态进给率，具体包括：
利用公式(1)，计算单层结构的刚度K；
K＝CKEbh3/l3 (1)
其中，CK为刚度系数，E为被切削材料的弹性模量，b为单层结构宽度，h为单层结构的厚度，l单层结构的支撑长度；
根据单层结构的刚度K，利用公式(2)，表示钻头的动态进给率f；如图2所示，图中，a表示钻入阶段、b表示全刃阶段、c表示钻出阶段，f0表示给定进给率，f表示钻头的动态进给率；
其中，f0为给定进给率，F'(t)为钻削轴向力的一阶微分，ns为钻头的转速。
可选的，步骤102根据所述动态进给率，采用微元化钻削刃的方式，建立单层结构的钻削轴向力模型，具体步骤包括：
利用公式(3)计算钻头的钻削刃的前角γ；
其中，如图3所示，图中的(a)图为钻头的主视图，(b)为钻头的俯视图，p为钻头的半顶角，ψ为钻头的横刃切角，θ为钻头的螺旋角，μ进给速度与切削速度的夹角，f0为设定进给率，r为钻削刃选中点的轴线间距，为为垂直于轴线的平面内切削刃与选定点径向之间的夹角，w为钻头的半韧带厚度，Rch横刃半径，R为钻头半径；
利用公式(4)计算钻头的钻削刃的刃倾角i；
根据所述动态进给率、所述钻削刃的前角和所述钻削刃的刃倾角，利用公式(5)，建立钻削轴向力模型；
F(t)＝G(t)f (5)；
其中，G(t)为轴向力系数，f为动态进给率；
可选的，步骤102根据所述动态进给率，采用微元化钻削刃的方式，建立单层结构的钻削轴向力模型的步骤还包括：根据公式(6)计算轴向力系数；
G(t)＝(Ga(t)kc1+Gb(t)kc2)f-α (6)；
其中，kc1、kc2为材料相关系数，α为材料切削系数，Ga(t)，Gb(t)为刀具形状相关系数；
其中，ns为钻头的转速，h为单层结构厚度，hlip为钻头的钻削刃高度，R为钻头半径，w为半韧带厚度，Rch为横刃半径，p为钻头的半顶角。
可选的，步骤103将叠层结构的钻削过程划分为不同的阶段，根据所述单层结构的钻削轴向力模型，建立每个阶段的叠层结构的钻削力模型，获得叠层结构的钻削力模型，具体步骤包括：
如图4所示，根据叠层结构的钻削过程包括接触、分离、进入和回弹，将叠层结构的钻削过程分为分离前阶段和分离后阶段；图中A、B、C、D分别表示钻削过程中的接触、分离、进入和回弹；
根据单层结构的钻削轴向力模型建立分离前阶段的叠层结构的钻削轴向力模型；
根据单层结构的钻削轴向力模型建立分离后阶段的叠层结构的钻削轴向力模型。
可选的，根据单层结构的钻削轴向力模型建立分离前阶段的叠层结构的钻削轴向力模型，具体步骤包括：
根据分离前阶段叠层机构的上层板和下层板具有相同的动态进给率，利用公式(7)表示分离前阶段的叠层结构的钻削力模型，
其中，Gtp(t)为上层板的钻削轴向力系数，Gbt(t)为下层板的钻削轴向力系数，Ktp为上层板的刚度系数，Kbt为下层板的刚度系数。
可选的，根据单层结构的钻削轴向力模型建立分离后阶段的叠层结构的钻削轴向力模型，具体步骤包括：
根据分离后阶段叠层结构的上层板和下层板动态进给率不同，分离后阶段叠层结构的钻削轴向力为上层板的钻削轴向力和下层板的钻削轴向力的和，利用公式(8)表示分离后阶段的叠层结构的钻削力模型；
F(t)＝Ftp(t)+Fbt(t) (8)
其中，Ftp(t)为上层板的单层结构模型Fbt(t)为下层板的单层结构模型，Gtp(t)为上层板的钻削轴向力系数，Gbt(t)为下层板的钻削轴向力系数，Ktp为上层板的刚度系数，Kbt为下层板的刚度系数。
可选的，步骤105根据叠层结构的物理参数、钻头的物理参数和钻头的给定进给率，利用叠层结构的钻削轴向力模型，预测叠层结构的每个阶段的钻削轴向力，具体步骤包括：
将叠层结构的物理参数、钻头的物理参数和钻头的给定进给率，代入叠层结构的钻削力模型；
根据分离前阶段的初始时刻的钻削轴向力为0，获得初始条件：
F(0)＝0；
根据分离前阶段的初始条件求解分离前阶段的叠层结构的钻削力模型，获得分离前阶段的钻削轴向力；
根据分离后阶段的初始时刻为分离时刻tsp，上层板的钻削轴向力Ftp(tsp)引起的上层板的变形与下层板的钻削轴向力Fbt(tsp)引起的下层板的形变相同，计算分离时刻tsp的上层板的钻削轴向力Ftp(tsp)和下层板的钻削轴向力Fbt(tsp)，作为分离后阶段的初始条件：
其中，Ktp为上层板的刚度系数，Kbt为下层板的刚度系数，Ftp(tsp)分离时刻上层板的轴向钻削轴向力；Fbt(tsp)分离时刻下层板的轴向钻削轴向力；
根据分离后阶段的初始条件求解分离后阶段的叠层结构的钻削力模型，得到分离后阶段的钻削轴向力。
如图5所示，本发明还提供一种叠层结构钻削轴向力的预测系统，所述叠层结构钻削轴向力的获取系统包括：
动态进给率获取模块501，用于根据单层结构变形引起的附加进给率，获得钻头的动态进给率；
单层结构模型建立模块502，用于根据所述动态进给率，采用微元化钻削刃的方式，建立单层结构的钻削轴向力模型；
双层结构模型建立模块503，用于将叠层结构的钻削过程划分为不同的阶段，根据所述单层结构的钻削轴向力模型，建立每个阶段的叠层结构的钻削力模型；
参数获取模块504，用于获取叠层结构的物理参数、钻头的物理参数和钻头的给定进给率；
钻削轴向力计算模块505，用于根据叠层结构的物理参数、钻头的物理参数和钻头的给定进给率，利用每个阶段的叠层结构的钻削力模型，预测叠层结构的每个阶段的钻削轴向力。
可选的，所述动态进给率获取模块501，具体包括：
刚度计算子模块，用于利用公式(1)，计算单层结构的刚度K；
K＝CKEbh3/l3 (1)
其中，CK为刚度系数，E为被切削材料的弹性模量，b为单层结构宽度，h为单层结构的厚度，l单层结构的支撑长度；
动态进给率计算子模块，用于根据单层结构的刚度K，利用公式(2)，表示钻头的动态进给率f；
其中，f0为给定进给率，F'(t)为钻削轴向力的一阶微分，ns为钻头的转速。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Plastic/Polymers，FRPs)具备高比强度、高比刚度、性能可裁剪设计以及易于整体成型等优异性能，相比铝合金、钛合金等常规航空金属可减重25％～30％，在飞机这种对重量极为敏感的结构中使用FRPs能够获得很高的成本效益。国际民机市场上，FRPs的应用部位和重量占比已经成为衡量飞机先进性与市场竞争力的重要指标之一。飞机装配过程中，FRPs不可避免地要与钛合金、铝合金等航空材料连接形成FRP/金属叠层结构，而FRPs/钛合金比CFRP/铝合金拥有更高的比强度且不存在电位腐蚀现象，极具发展潜力。装配作业占飞机制造总工作量的40％～60％，其中装配报废零件约有60％是由制孔缺陷造成的。FRPs和钛合金同属难加工材料且切削性能差异极大，使得FRPs/钛合金叠层结构的一体化制孔面临极大挑战，特别是存在于薄壁易变形壁板部件中的叠层结构，其低损伤制孔技术尚处于发展阶段。
薄壁叠层结构制孔过程中，在轴向力作用下叠层层间出现间隙，切屑在间隙中扩展、累积造成层间缺陷。而在出口阶段，工件材料在轴向力作用下发生塑形变形或者断裂，形成毛刺、分层等缺陷。因此，钻削轴向力与分层、毛刺、层间损伤等制孔缺陷间存在极强的关联性，是制孔工艺与孔壁质量间的桥梁，平稳且极值适中的轴向力曲线意味着良好的制孔质量和加工效率。因此，钻削轴向力是低损伤制孔工艺的选取的基础与关键。快速、准确地预测薄壁FRPs/钛合金叠层结构钻削轴向力演变规律，有助于加工参数、刀具角度、装夹配置等制孔工艺的优化，对薄壁异质结构低损伤制孔技术的发展和应用具有十分重要的意义。
目前学者围绕钻削轴向力预测的研究主要有三种方法。第一种是实验拟合法，它基于实验数据通过线性函数、指数函数和神经网络等方法建立钻削力与工艺参数间实验模型，该方法无需考虑切削机理，但需要大量的实验数据作为支撑(A,Aldas K,et al.Analysis of thrust force in drilling B4C-reinforcedaluminium alloy using genetic learning algorithm[J].International Journal ofAdvanced Manufacturing Technology,2014,75(1-4):237-245)；第二种是有限元仿真法，在有限元软件中通过设置或自定义材料属性、接触关系和单元失效准则等，经大量计算得到钻削轴向力，该方法能得到较为全面得体现钻削过程，但需要大量的时间成本且精度较差(Singh I,Bhatnagar N,Viswanath P.Drilling of uni-directional glass fiberreinforced plastics:Experimental and finite element study[J].Materials&Design,2008,29(2):546-553)；第三种理论解析法，将钻削刃分为切削角度相同的微元刃，以直角或斜角切削模型计算微元力，沿径向积分所有微元力得到轴向力及扭矩，该方法计算为(LazarM B,Xirouchakis P.Mechanical load distribution along the maincutting edges in drilling[J].Journal of Materials Processing Technology,2013,213(2):245–260)。
本发明公开了一种叠层结构钻削轴向力的预测方法及系统，通过微元化钻削刃建立叠层结构钻削轴向力预测模型，将变形引起的附加进给率表示为工件挠度对时间微分的函数，构建叠层结构轴向力预测模型，实现对叠层结构全阶段钻削轴向力的预测，保证叠层结构钻削全过程的钻削轴向力的预测精度，具体的效果如图6所示，其中A、B、C、D分别表示钻削过程中的接触、分离、进入和回弹时刻，实线是层叠结构的钻削轴向力实验测量曲线，虚线是采用本发明的预测方法得到的预测曲线，在整个钻削过程中两条曲线并无较大的差别，可见本发明提供的叠层结构的钻削轴向力预测方法保证了叠层结构钻削全过程的钻削轴向力预测精度。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对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，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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。
Claims (10)
1.一种叠层结构钻削轴向力的预测方法，其特征在于，所述叠层结构钻削轴向力的获取方法包括如下步骤：
根据单层结构变形引起的附加进给率，获得钻头的动态进给率；
根据所述动态进给率，采用微元化钻削刃的方式，建立单层结构的钻削轴向力模型；
将叠层结构的钻削过程划分为不同的阶段，根据所述单层结构的钻削轴向力模型，建立每个阶段的叠层结构的钻削力模型；
获取叠层结构的物理参数、钻头的物理参数和钻头的给定进给率；
根据叠层结构的物理参数、钻头的物理参数和钻头的给定进给率，利用每个阶段的叠层结构的钻削力模型，预测叠层结构的每个阶段的钻削轴向力。
2.根据权利要求1所述的叠层结构钻削轴向力的预测方法，其特征在于，根据单层结构变形引起的附加进给率，计算钻头动态进给率，具体包括：
利用公式(1)，计算单层结构的刚度K；
K＝CKEbh3/l3 (1)
其中，CK为刚度系数，E为被切削材料的弹性模量，b为单层结构宽度，h为单层结构的厚度，l单层结构的支撑长度；
根据单层结构的刚度K，利用公式(2)，表示钻头的动态进给率f；
<mrow>
<mi>f</mi>
<mo>=</mo>
<msub>
<mi>f</mi>
<mn>0</mn>
</msub>
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<mrow>
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</mrow>
<mrow>
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<mi>Kn</mi>
<mi>s</mi>
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</mrow>
</mfrac>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mn>2</mn>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
其中，f0为给定进给率，F'(t)为钻削轴向力的一阶微分，ns为钻头的转速。
3.根据权利要求1所述的叠层结构钻削轴向力的获取方法，其特征在于，根据所述动态进给率，采用微元化钻削刃的方式，建立单层结构的钻削轴向力模型，具体步骤包括：
利用公式(3)计算钻头的钻削刃的前角γ；
其中，p为钻头的半顶角，ψ为钻头的横刃切角，θ为钻头的螺旋角，μ进给速度与切削速度的夹角，f0为设定进给率，r为钻削刃选定点的轴线间距，为为垂直于轴线的平面内切削刃与选定点径向之间的夹角，w为钻头的半韧带厚度，Rch横刃半径，R为钻头半径；
利用公式(4)计算钻头的钻削刃的刃倾角i；
根据所述动态进给率、所述钻削刃的前角和所述钻削刃的刃倾角，利用公式(5)，建立钻削轴向力模型；
F(t)＝G(t)f (5)；
其中，G(t)为轴向力系数，f为动态进给率。
4.根据权利要求3所述的叠层结构钻削轴向力的预测方法，其特征在于，根据所述动态进给率，采用微元化钻削刃的方式，建立单层结构的钻削轴向力模型的步骤还包括：根据公式(6)计算轴向力系数；
G(t)＝(Ga(t)kc1+Gb(t)kc2)f-α (6)；
其中，kc1、kc2为材料相关系数，α为材料切削系数，Ga(t)和Gb(t)为刀具形状相关系数；
<mrow>
<msub>
<mi>G</mi>
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其中，ns为钻头的转速，h为单层结构厚度，hlip为钻头的钻削刃高度，R为钻头半径，w为半韧带厚度，Rch为横刃半径，p为钻头的半顶角。
5.根据权利要求1所述的叠层结构钻削轴向力的预测方法，其特征在于，将叠层结构的钻削过程划分为不同的阶段，根据所述单层结构的钻削轴向力模型，建立每个阶段的叠层结构的钻削力模型，获得叠层结构的钻削力模型，具体步骤包括：
根据叠层结构的钻削过程包括接触、分离、进入和回弹，将叠层结构的钻削过程分为分离前阶段和分离后阶段；
根据单层结构的钻削轴向力模型建立分离前阶段的叠层结构的钻削轴向力模型；
根据单层结构的钻削轴向力模型建立分离后阶段的叠层结构的钻削轴向力模型。
6.根据权利要求5所述的叠层结构钻削轴向力的预测方法，其特征在于，根据单层结构的钻削轴向力模型建立分离前阶段的叠层结构的钻削轴向力模型，具体步骤包括：
根据分离前阶段叠层机构的上层板和下层板具有相同的动态进给率，利用公式(7)表示分离前阶段的叠层结构的钻削力模型，
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其中，Gtp(t)为上层板的钻削轴向力系数，Gbt(t)为下层板的钻削轴向力系数，Ktp为上层板的刚度系数，Kbt为下层板的刚度系数。
7.根据权利要求5所述的叠层结构钻削轴向力的预测方法，其特征在于，根据单层结构的钻削轴向力模型建立分离后阶段的叠层结构的钻削轴向力模型，具体步骤包括：
根据分离后阶段叠层结构的上层板和下层板动态进给率不同，分离后阶段叠层结构的钻削轴向力为上层板的钻削轴向力和下层板的钻削轴向力的和，利用公式(8)表示分离后阶段的叠层结构的钻削力模型；
F(t)＝Ftp(t)+Fbt(t) (8)
其中，Ftp(t)为上层板的单层结构模型Fbt(t)为下层板的单层结构模型，Gtp(t)为上层板的钻削轴向力系数，Gbt(t)为下层板的钻削轴向力系数，Ktp为上层板的刚度系数，Kbt为下层板的刚度系数。
8.根据权利要求1或5所述的叠层结构钻削轴向力的预测方法，其特征在于，根据叠层结构的物理参数、钻头的物理参数和钻头的给定进给率，利用叠层结构的钻削轴向力模型，预测叠层结构的每个阶段的钻削轴向力，具体步骤包括：
将叠层结构的物理参数、钻头的物理参数和钻头的给定进给率，代入叠层结构的钻削力模型；
根据分离前阶段的初始时刻的钻削轴向力为0，获得初始条件：
F(0)＝0；
根据分离前阶段的初始条件求解分离前阶段的叠层结构的钻削力模型，获得分离前阶段的钻削轴向力；
根据分离后阶段的初始时刻为分离时刻tsp，上层板的钻削轴向力Ftp(tsp)引起的上层板的变形与下层板的钻削轴向力Fbt(tsp)引起的下层板的形变相同，计算分离时刻tsp的上层板的钻削轴向力Ftp(tsp)和下层板的钻削轴向力Fbt(tsp)，作为分离后阶段的初始条件：
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其中，Ktp为上层板的刚度系数，Kbt为下层板的刚度系数，Ftp(tsp)分离时刻上层板的轴向钻削轴向力；Fbt(tsp)分离时刻下层板的轴向钻削轴向力；
根据分离后阶段的初始条件求解分离后阶段的叠层结构的钻削力模型，得到分离后阶段的钻削轴向力。
9.一种叠层结构钻削轴向力的预测系统，其特征在于，所述叠层结构钻削轴向力的获取系统包括：
动态进给率获取模块，用于根据单层结构变形引起的附加进给率，获得钻头的动态进给率；
单层结构模型建立模块，用于根据所述动态进给率，采用微元化钻削刃的方式，建立单层结构的钻削轴向力模型；
双层结构模型建立模块，用于将叠层结构的钻削过程划分为不同的阶段，根据所述单层结构的钻削轴向力模型，建立每个阶段的叠层结构的钻削力模型；
参数获取模块，用于获取叠层结构的物理参数、钻头的物理参数和钻头的给定进给率；
钻削轴向力计算模块，用于根据叠层结构的物理参数、钻头的物理参数和钻头的给定进给率，利用每个阶段的叠层结构的钻削力模型，预测叠层结构的每个阶段的钻削轴向力。
10.根据权利要求9所述的叠层结构钻削轴向力的预测系统，其特征在于，所述动态进给率获取模块，具体包括：
刚度计算子模块，用于利用公式(1)，计算单层结构的刚度K；
K＝CKEbh3/l3 (1)
其中，CK为刚度系数，E为被切削材料的弹性模量，b为单层结构宽度，h为单层结构的厚度，l单层结构的支撑长度；
动态进给率计算子模块，用于根据单层结构的刚度K，利用公式(2)，表示钻头的动态进给率f；
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