AUTOMATIC HOLE-MAKING METHOD WITH SELF-ADAPTING ADJUSTMENT OF PROCESSING PARAMETER

本发明涉及航空航天飞行器装配中的制孔加工技术领域，具体涉及一种加工参数自适应调整的自动制孔方法。

航空航天飞行器中大量采用包含复合材料、铝合金、钛合金、高强钢等难加工材料，以及两种以上材料组成的不同形式的叠层结构。飞行器结构件装配过程中存在大量的制孔加工需求。和单层材料相比，航空航天飞行器叠层结构件的材料和结构特点使得其加工难度更大，对制孔技术提出了更高的要求。飞行器装配的自动制孔中大量使用气动加工设备，包括采用气动主轴或气动马达的自动进给钻、便携式螺旋铣孔单元、制孔末端执行器等。气动工具的特点是主轴转速不能精确控制，且主轴转速随外界负载变化而变化。这些加工设备缺少加工材料自识别功能，给装配制孔加工造成了困难，主要表现在：(1)不同材料适宜的加工参数是不同的。如果针对每种材料采用不同的加工参数，加工设备的程序编写和参数设置将十分繁琐；如果所有的材料都采用相同的加工参数，那只能根据工艺性最差的材料来设置一个进给速度最低的加工参数，保证制孔刀具以该加工参数切入任何材料时切削过程都能顺利进行且加工质量满足要求，此时加工其他适用于高进给速度的材料时就会浪费加工时间，降低生产效率。(2)不同制孔位置加工材料的厚度是不同的。如果针对每个加工位置分别设置不同的制孔深度，加工设备的程序编写和参数设置将十分繁琐；如果所有的位置都设置相同的制孔深度，那只能根据材料最厚的地方来设置一个最大的制孔深度，保证工件材料每个加工位置都被加工透，此时加工其他厚度小的材料时就会浪费加工时间，降低生产效率。(3)制孔加工中，材料的实际厚度和理论值是存在误差的，制孔刀具与工件材料的距离与实际值同样存在误差，这些误差带来两方面的影响。一方面增加了轴向对刀的难度；另一方面，为保证每一组工件材料都被加工透，设置的制孔总行程必须额外调大一些，使加工过程中存在较大的进给空程，额外浪费加工时间，降低生产效率。

发明内容

针对上述问题，为了克服现有技术的不足，利用刀具驱动装置(气动马达 或气动主轴)工作时转速随负载变化而变化的特性，本发明提出了一种加工参数自适应调整的自动制孔方法。具体思路为：不同叠层材料的切削性能差异导致切削工具过界面时的加工载荷会发生变化，加工载荷的变化会影响气动工具的转速。通过监测刀具驱动装置转速的变化，判断叠层结构界面、并改变制孔参数，实现叠层结构的高效精密制孔。这里的界面既包括叠层结构不同材料的过渡界面，也包括工件的上表面(既所加工孔的入口)、和工件的下表面(既所加工孔的出口)。本发明采用的技术手段如下：

一种加工参数自适应调整的自动制孔方法，具有如下步骤：

S1、启动制孔设备，其上刀具对工件进行制孔加工；

S2、刀具自身高速旋转，并以设定加工参数向前进给；

S3、在刀具向前进给的同时利用传感器监测刀具驱动装置转速变化，若刀具驱动装置转速发生变化，则执行步骤S4，若刀具驱动装置转速未发生变化，则执行步骤S2；

S4、控制器根据刀具驱动装置稳定后的新转速判断加工材料种类，自动调整加工参数使其适应该材料的加工；

S5、刀具继续向前进给进行加工制孔；

S6、在刀具向前进给的同时利用传感器监测刀具驱动装置转速变化，若刀具驱动装置转速发生变化，则执行步骤S7，若刀具驱动装置转速未发生变化，则执行步骤S5；

S7、控制器根据刀具驱动装置稳定后的新转速判断制孔加工是否完成，若制孔加工完成，则执行步骤S8，若制孔加工未完成，则执行步骤S4；

S8、刀具以设定加工参数退刀，制孔完成。

所述步骤S4中，根据刀具驱动装置气动马达稳定后的新转速判断加工材料种类的具体步骤如下：

传感器测量出刀具驱动装置的实时转速n_a，控制器将采集到的刀具驱动装置实时稳定后的新转速n_a与n₀和n_i逐个比较，自动寻找到最接近n_a的值，如最接近n₀，则刀具尚未接触工件，如最接近n_i中某个值，则此时制孔设备正在加工n_i对应的工件材料；

其中，n₀和n_i通过以下步骤获得：

S41、启动制孔设备，刀具驱动装置在空载下旋转，传感器测量并记录下此时的刀具驱动装置空载转速n₀；

S42、在刀具驱动装置输出端上外加可变且可测得的扭矩，启动刀具驱动装置使其旋转，不断调节外加扭矩的大小，传感器测量不同扭矩下对应的刀具驱动装置转速n，根据测得试验数据绘制出刀具驱动装置的转速-扭矩特性曲线，并对其进行数学函数拟合，得到刀具驱动装置输出扭矩T_d关于刀具驱动装置转速n的函数表达式为T_d＝f(n)；

S43、利用切削力模型建立制孔加工过程中的刀具驱动装置扭矩预测模型，推导出扭矩的计算公式为T_d＝g(n,m,k)，其中m为与加工材料相关的系数，k为除刀具驱动装置转速外的其他加工参数；

S44、将步骤S42中得到的T_d＝f(n)，与步骤S43中得到的T_d＝g(n,m,k)联立，得到方程f(n)＝g(n,m,k)；

S45、制孔加工前，对加工中涉及的所有工件材料进行统计，针对每一种材料确定对应的系数m_i(i＝1,2,3…)，确定除刀具驱动装置转速外的其他加工参数，得到此时对应的系数k_a；

S46、将k＝k_a和m_i带入S44中的方程f(n)＝g(n,m,k)中，求解出不同材料对应的刀具驱动装置转速n_i(i＝1,2,3…)，将不同材料对应的刀具驱动装置转速n_i输入控制器。

步骤S41-S46也可在步骤S1或步骤S4前执行。

所述刀具驱动装置为气动主轴或气动马达。

所述步骤S2中加工参数的具体设定方法为：通过试验和操作人员经验，设定一组进给速度较低的加工参数，保证刀具以该加工参数切入任何材料时切削过程都能顺利进行且加工质量满足要求。

所述步骤S3和步骤S6中，刀具驱动装置转速发生变化指稳定且较大幅度的变化，不包含由于供给压缩空气气压波动或加工状态不稳定造成的刀具驱动装置转速小幅度波动变化。

所述步骤S7中根据刀具驱动装置稳定后的新转速判断制孔加工是否完成的具体方法为：制孔加工时，传感器测量出刀具驱动装置的实时转速n_a，控制器将采集到的刀具驱动装置实时稳定后的新转速n_a与n₀比较，若最接近n₀，则刀具已经切透工件，则刀具与工件不再接触，制孔加工已完成，刀具驱动装置重新回到空载状态。

所述步骤S8中加工参数的具体设定方法为：通过试验和操作人员经验，设定一组进给速度较高的加工参数，尽量缩短退刀时间并保证退刀过程中已加工 表面加工质量不产生严重的下降。

所述步骤S42中获得刀具驱动装置的转速-扭矩特性曲线，也可通过进行变参数制孔加工试验获得，加工试验时将工件固定在可测加工中扭矩的测力仪上，在不同的参数下启动制孔设备进行加工试验，记录下不同参数下测力仪测得的扭矩和刀具驱动装置转速，从而获得刀具驱动装置的转速-扭矩特性曲线。

所述步骤S43中，m为一个数组，具体定义根据所选用切削力模型确定，k为一个数组，包括刀具直径、偏心量、进给速度、公转速度等；

所述步骤S45中，m_i通过进行切削力系数标定试验或查阅资料获得。

所述步骤S43中，也可通过有限元计算仿真的方法得到制孔加工时的刀具驱动装置扭矩；

所述步骤S46中，方程的求解可借助计算机通过专用数学软件进行。

所述制孔设备包括但不限于自动进给钻、便携式螺旋铣孔单元、制孔末端执行器等。

所述气动马达上设有与所述刀具连接的制孔设备主轴；

所述气动主轴上设有所述刀具。

所述制孔设备包括多台气动马达或气动主轴。

所述气动马达和所述气动主轴为叶片式、涡轮式或其他形式，通过压缩空气驱动。

所述气动马达和所述气动主轴在供给压缩空气压力不变时，输出转速随负载增大而减小。

所述刀具的进给速度可适时调整，并可由所述控制器控制。

所述制孔设备上集成了用于检测所述刀具驱动装置实时转速的传感器，并将转速信息传输给所述控制器。

所述的工件为单层材料结构或为不同材料组成的叠层材料结构，如碳纤维增强树脂基复合材料、铝合金、钛合金、高强钢材料单层或两种以上材料构成的叠层结构。

所述刀具包括但不限于钻头、铣刀、铰刀、扩孔钻、锪窝钻、套料钻等。

所述传感器包括但不限于编码器、圆光栅、磁栅、霍尔元件等。

所述传感器是制孔设备自带的，也可以是为实现本发明额外安装的。

所述加工参数包括但不限于轴向进给速度、公转转速、气动马达进气压力、是否使用中心冷却、是否使用啄钻等。

所述控制器为但不限于PLC、工控机、CNC、单片机等。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1.简化制孔操作过程。操作人员使用本发明进行制孔时，首先无需事先了解每个加工孔工件材料的种类，无需针对每种材料分别设定加工参数；其次无需进行轴向的对刀，刀具接触工件后自动进行加工参数改变；再次无需事先了解每个加工孔的材料总厚度并分别进行进给行程设定，刀具切透工件后自动识别并开始退刀。

2.缩短加工时间。使用本发明进行制孔加工时，每种材料都能在适宜的最大进给速度下被加工，缩短了加工时间；刀具切入工件后自动变参数，切透工件后自动退刀，避免了空行程，提高了生产效率。

基于上述理由本发明可在航空航天飞行器装配中的制孔加工技术等领域广泛推广。

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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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是本发明的具体实施例中一种加工参数自适应调整的自动制孔方法流程图。

图2是本发明的实施例1中基于螺旋铣刀切削刃上的微元切削力解析模型示意图。

图3是本发明的实施例2中基于麻花钻切削刃上的微元切削力解析模型示意图。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。

如图1所示，一种加工参数自适应调整的自动制孔方法适用于单层材料的制孔加工，同时也适用于不同材料组成的叠层结构，如碳纤维增强树脂基复合 材料、铝合金、钛合金、高强钢材料单层或两种以上材料构成的叠层结构。本发明所提到的方向用语上、下、左、右等，仅是参考附图的方向，因此，使用的方向用语是用来说明，而非用来限制本发明。

本发明主要利用刀具驱动装置(气动马达或气动主轴)本身，在供给压缩空气压力一定时输出转速随负载增大而变小的特性。制孔加工时，刀具未接触工件前或切透工件后，刀具驱动装置处于空载状态，输出转速最高；制孔加工时，加工材料不同时，切削力大小不同，刀具驱动装置所受负载大小不同，转速必然有所不同，且都必然低于空载转速。根据刀具驱动装置稳定后的转速，可以判断出当前是否为空载状态、正在加工何种材料。

一种加工参数自适应调整的自动制孔方法，具有如下步骤：

S1、启动制孔设备，其上刀具对工件进行制孔加工；

S2、刀具自身高速旋转，并以设定加工参数向前进给；

S3、在刀具向前进给的同时利用传感器监测刀具驱动装置转速变化，若刀具驱动装置转速发生变化，则执行步骤S4，若刀具驱动装置转速未发生变化，则执行步骤S2；

S4、控制器根据刀具驱动装置稳定后的新转速判断加工材料种类，自动调整加工参数使其适应该材料的加工；

S5、刀具继续向前进给进行加工制孔；

S6、在刀具向前进给的同时利用传感器监测刀具驱动装置转速变化，若刀具驱动装置转速发生变化，则执行步骤S7，若刀具驱动装置转速未发生变化，则执行步骤S5；

S7、控制器根据刀具驱动装置稳定后的新转速判断制孔加工是否完成，若制孔加工完成，则执行步骤S8，若制孔加工未完成，则执行步骤S4；

S8、刀具以设定加工参数退刀，制孔完成。

所述步骤S4中，根据刀具驱动装置气动马达稳定后的新转速判断加工材料种类的具体步骤如下：

传感器测量出刀具驱动装置的实时转速n_a，控制器将采集到的刀具驱动装置实时稳定后的新转速n_a与n₀和n_i逐个比较，自动寻找到最接近n_a的值，如最接近n₀，则刀具尚未接触工件，如最接近n_i中某个值，则此时制孔设备正在加工n_i对应的工件材料；

其中，n₀和n_i通过以下步骤获得：

S41、启动制孔设备，刀具驱动装置在空载下旋转，传感器测量并记录下此时的刀具驱动装置空载转速n₀；

S42、在刀具驱动装置输出端上外加可变且可测得的扭矩，启动刀具驱动装置使其旋转，不断调节外加扭矩的大小，传感器测量不同扭矩下对应的刀具驱动装置转速n，根据测得试验数据绘制出刀具驱动装置的转速-扭矩特性曲线，并对其进行数学函数拟合，得到刀具驱动装置输出扭矩T_d关于刀具驱动装置转速n的函数表达式为T_d＝f(n)；

S43、利用切削力模型建立制孔加工过程中的刀具驱动装置扭矩预测模型，推导出扭矩的计算公式为T_d＝g(n,m,k)，其中m为与加工材料相关的系数，k为除刀具驱动装置转速外的其他加工参数；

S44、将步骤S42中得到的T_d＝f(n)，与步骤S43中得到的T_d＝g(n,m,k)联立，得到方程f(n)＝g(n,m,k)；

S45、制孔加工前，对加工中涉及的所有工件材料进行统计，针对每一种材料确定对应的系数m_i(i＝1,2,3…)，确定除刀具驱动装置转速外的其他加工参数，得到此时对应的系数k_a；

S46、将k＝k_a和m_i带入S44中的方程f(n)＝g(n,m,k)中，求解出不同材料对应的刀具驱动装置转速n_i(i＝1,2,3…)，将不同材料对应的刀具驱动装置转速n_i输入控制器。

步骤S41-S46也可在步骤S1或步骤S4前执行。

实施例1

一种加工参数自适应调整的自动制孔方法，待加工工件为碳纤维增强树脂基复合材料与钛合金材料的叠层结构，制孔设备为便携式螺旋铣孔单元，制孔刀具为螺旋铣刀，所述方法具有如下步骤：

S1、启动便携式螺旋铣孔单元，刀具驱动装置在空载下旋转，便携式螺旋铣孔单元自身集成有用于刀具驱动装置转速测量的编码器，测量并记录下此时的刀具驱动装置空载转速n₀；

S2、在便携式螺旋铣孔单元刀具驱动装置输出端上串联扭矩传感器和阻尼器，启动便携式螺旋铣孔单元的刀具驱动装置使其旋转，不断调节阻尼器改变外加负载大小，通过扭矩传感器测量此时刀具驱动装置输出扭矩的准确值，利用便携式螺旋铣孔单元自身携带的编码器测量不同扭矩下对应的刀具驱动装置转速n，根据测得试验数据绘制出便携式螺旋铣孔单元刀具驱动装置的转速-扭 矩特性曲线，并对其进行数学函数拟合，得到刀具驱动装置输出扭矩T_d关于刀具驱动装置转速n的函数表达式为T_d＝f(n)；

S3、利用切削力模型建立螺旋铣孔加工过程中的刀具驱动装置扭矩预测模型，推导出扭矩的计算公式为T_d＝g(n,m,k)，其中m为与加工材料相关的系数，k为除刀具驱动装置转速外的其他加工参数。

所述的切削力模型为基于螺旋铣刀切削刃上的微元切削力解析模型；

如图2所示，所述的切削力解析模型的具体公式如下：

分别得到周刃上微元的切向切削力dF_pt、径向切削力dF_pr和轴向切削力dF_pa，端刃上微元的切向切削力dF_bt、径向切削力dF_br和轴向切削力dF_ba，周刃、端刃微元切削力解析模型可分别表示为：

其中，K_tcp、K_rcp、K_acp表示由于变形作用对周刃产生的切向、径向和轴向作用力的作用系数；K_tep、K_rep、K_aep表示由于摩擦作用对周刃产生的切向、径向和轴向作用力的作用系数，K_tcb、K_rcb、K_acb表示由于变形作用对端刃产生的切向、径向和轴向作用力的作用系数；K_teb、K_reb、K_aeb表示由于摩擦作用对端刃产生的切向、径向和轴向作用力的作用系数；h_p、h_b分别表示当前周刃、端刃上该微元未变形切屑的厚度；dz、dr分别表示周刃、端刃上微元的宽度。

所述m为与加工材料相关的系数，包括变形作用分别对周刃、端刃产生的切向作用力的作用系数K_tcp、K_tcb和由于摩擦作用分别对周刃、端刃产生的切向作用力的作用系数K_tep、K_teb，通过切削力实验进行标定得到，表示为：

m＝{K_tcp,K_tep,K_tcb,K_teb}

所述k为除刀具驱动装置转速外的其他加工参数，包含螺旋铣刀直径D_c、螺旋铣刀齿数N、螺旋铣刀螺旋角β、偏心量e、进给速度f_a、公转速度n_p，表示为：

k＝{D_c,N,β,e,f_a,n_p}

所述周刃上微元未变形切屑厚度h_p的计算式为：

其中切向每齿进给量f_zt的计算式为：

第i个切削刃的瞬时啮合角 的计算式为：

其中 是螺旋铣刀齿间角，

所述端刃上微元未变形切屑厚度h_b的计算式为：

h_b＝f_za

其中轴向每齿进给量f_za的计算式为：

所述推导出扭矩的计算公式为T_d＝g(n,m,k)的具体公式如下：

螺旋铣孔过程中周刃所产生的切削力对产生扭矩有贡献的是切向切削力dF_pt，将以上各式代入螺旋铣孔周刃微元切向切削力dF_pt表达式中，得到周刃微元切向切削力dF_pt产生的扭矩dT_p表示为：

螺旋铣孔过程中端刃所产生的切削力对产生扭矩有贡献的是切向切削力dF_bt，将以上各式代入螺旋铣孔端刃微元切向切削力dF_bt表达式中，得到端刃微元切向切削力dF_bt产生的扭矩dT_b表示为：

其中r为端刃上的该微元距离刀具中心的距离。

根据上述计算结果得到螺旋铣孔过程中在一定加工状态下扭矩的计算模型表示为：

其中a_p为导程，计算式为a_p＝f_a/n_p。

分别将dT_p和dT_b代入上式，得到所述的扭矩模型为多元函数表示为：

通过考虑到所有参加切削的刀齿，全局工件坐标系中的瞬时力矩可以表示为：

即为推导出的扭矩的计算公式。

其中 为窗函数，用来判断当前切削刃是否参与切削，螺旋铣刀切削刃微元切入角设为 切出角设为 表示为：

S4、将步骤S2中得到的T_d＝f(n)，与步骤S3中得到的T_d＝g(n,m,k)联立，得到方程f(n)＝g(n,m,k)，表示为：

S5、螺旋铣孔加工前，针对碳纤维增强树脂基复合材料和钛合金材料，分别进行切削力系数的标定，得到对应的{K_tcp,K_tep,K_tcb,K_teb}，从而确定对应的系数分别为m₁,m₂，由于螺旋铣刀直径D_c、螺旋铣刀齿数N、螺旋铣刀螺旋角β、偏心量e、进给速度f_a、公转速度n_p已确定，故得到k_a＝{D_c,N,β,e,f_a,n_p}；

S6、将k＝k_a和m₁,m₂分别带入S4中的方程f(n)＝g(n,m,k)中，借助计算机通过专用数学软件求解出不同材料对应的刀具驱动装置转速n₁,n₂，即对应分别为碳纤维增强树脂基复合材料、钛合金所对应的主轴转速，将n₁,n₂输入控制器。

S7、启动便携式螺旋铣孔单元，其上螺旋铣刀对叠层结构工件进行制孔加工；

S8、螺旋铣刀自身高速旋转，并以设定加工参数向前进给；

S9、在螺旋铣刀向前进给的同时利用传感器监测刀具驱动装置转速变化，若刀具驱动装置转速发生变化，则执行步骤S10，若刀具驱动装置转速未发生变化，则执行步骤S8；

S10、传感器测量出刀具驱动装置稳定后的新转速n_a，控制器根据采集到的 刀具驱动装置稳定后的新转速n_a与步骤S6中的n₁,n₂和步骤S1中的n₀进行对比，并自动查找最接近n₁，进而判断此时加工材料种类为碳纤维增强树脂基复合材料，并自动调整加工参数使其适应该材料的加工；

S11、螺旋铣刀继续向前进给进行加工制孔；

S12、在螺旋铣刀向前进给的同时利用传感器监测刀具驱动装置转速变化，若刀具驱动装置转速发生变化，则执行步骤S13，若刀具驱动装置转速未发生变化，则执行步骤S11；

S13、传感器测量出刀具驱动装置稳定后的新转速n_a′，控制器根据采集到的刀具驱动装置稳定后的新转速n_a′与步骤S6中的n₁,n₂和步骤S1中的n₀进行对比，并自动查找最接近的数据n₂，进而判断此时加工材料种类为钛合金材料，并自动调整加工参数使其适应该材料的加工；

S14、螺旋铣刀继续向前进给进行加工制孔；

S15、在螺旋铣刀向前进给的同时利用传感器监测刀具驱动装置转速变化，若刀具驱动装置转速发生变化，则执行步骤S16，若刀具驱动装置转速未发生变化，则执行步骤S14；

S16、传感器测量出刀具驱动装置稳定后的新转速n_a″，控制器根据采集到的刀具驱动装置稳定后的新转速n_a″与步骤S6中的n₁,n₂和步骤S1中的n₀进行对比，并自动查找最接近的数据n₀，此时刀具驱动装置输出转速为空载转速，则制孔加工完成，控制器控制螺旋铣刀以设定加工参数退刀，制孔完成。

实施例2

一种加工参数自适应调整的自动制孔方法，待加工工件为碳纤维增强树脂基复合材料与钛合金材料的叠层结构，制孔设备为ADU，制孔刀具为麻花钻，所述方法具有如下步骤：

S1、启动ADU，刀具驱动装置在空载下旋转，ADU自身集成有用于刀具驱动装置转速测量的编码器，测量并记录下此时的刀具驱动装置空载转速n₀；

S2、在ADU刀具驱动装置输出端上串联扭矩传感器和阻尼器，启动ADU的刀具驱动装置使其旋转，不断调节阻尼器改变外加负载大小，通过扭矩传感器测量此时刀具驱动装置输出扭矩的准确值，利用ADU自身携带的编码器测量不同扭矩下对应的刀具驱动装置转速n，根据测得试验数据绘制出ADU刀具驱动装置的转速-扭矩特性曲线，并对其进行数学函数拟合，得到刀具驱动装置输出扭矩T_d关于刀具驱动装置转速n的函数表达式为T_d＝f(n)；

S3、利用切削力模型建立钻孔加工过程中的刀具驱动装置扭矩预测模型，推导出扭矩的计算公式为T_d＝g(n,m,k)，其中m为与加工材料相关的系数，k为除刀具驱动装置转速外的其它加工参数。

所述的切削力模型为基于麻花钻切削刃上的微元切削力解析模型：

如图3所示，所述的微元切削力解析模型的具体公式如下：

麻花钻切屑力由横刃和主切削刃产生，由于横刃产生的力矩可以忽略不计，因此只对主切削刃进行计算，得到主切削刃上微元的切向切削力dF_t、径向切削力dF_f和切屑流动方向切削力dF_τ，微元切削力解析模型可表示为：

其中，K_tc、K_rc、K_fc表示切削力系数，利用数学公式求得；K_te、K_re、K_fe表示刃口力系数，通过实验获得，h表示每个主切削刃微元切除的切屑厚度；Δb表示每个主切削刃微元切除的切屑宽度。

所述m为与加工材料相关的系数，包括切向方向上的切削力系数K_tc和刃口力系数K_te，通过数学计算和切削力实验进行标定得到，表示为：

m＝{K_tc,K_te}

所述k为除主轴转速外的其它加工参数，包含麻花钻半峰角κ_t、钻头向材料中进给时的进给率c、钻芯偏离钻头轴线的偏移量w、横刃斜角 切削工件材料主切削刃的长度b表示为：

所述每个主切削刃微元切除的切屑厚度h的计算式为：

所述每个主切削刃微元切除的切屑宽度Δb的计算式为：

其中dz表示每个主切削刃微元切除的切屑高度。

所述推导出扭矩的计算公式为T_d＝g(n,m,k)的具体公式如下：

钻孔过程中主切削刃所产生的切削力对产生扭矩有贡献的是切向切削力dF_t，将以上各式代入钻孔主切削刃上微元的切向切削力dF_t表达式中，得到主切 削刃微元切向切削力dF_t产生的扭矩dT表示为：

dT＝dF_t×r

其中r为微元与钻头轴线之间的径向距离，表示为：

则所述主切削刃上微元的切向切削力dF_t产生的扭矩dT为：

其中z表示主切削刃上微元的高度。

根据上述计算结果得到钻孔过程中在一定加工状态下扭矩的计算模型表示为：

其中M为主切削刃微元的总数，计算式为M＝b/Δb。

将dT代入上式，得到所述的扭矩模型为多元函数表示为：

即为推导出的扭矩的计算公式。

S4、将步骤S2中得到的T_d＝f(n)，与步骤S3中得到的T_d＝g(n,m,k)联立，得到方程f(n)＝g(n,m,k)，表示为：

S5、钻孔加工前，针对碳纤维增强树脂基复合材料和钛合金材料，分别进行切削力系数的标定，得到对应的{K_tc,K_te}，从而确定对应的系数分别为m₁,m₂，由于麻花钻半峰角κ_t、钻头向材料中进给时的进给率c、钻芯偏离钻头轴线的偏移量w、横刃斜角 切削工件材料主切削刃的长度b已确定，故得到

S6、将k＝k_a和m₁,m₂分别带入S4中的方程f(n)＝g(n,m,k)中，借助计算机通过专用数学软件求解出不同材料对应的刀具驱动装置转速n₁,n₂，即对应分别为碳纤维增强树脂基复合材料、钛合金所对应的主轴转速，将n₁,n₂输入控制器。

S7、启动ADU，其上麻花钻对叠层结构工件进行制孔加工；

S8、麻花钻自身高速旋转，并以设定加工参数向前进给；

S9、在麻花钻向前进给的同时利用传感器监测刀具驱动装置转速变化，若刀具驱动装置转速发生变化，则执行步骤S10，若刀具驱动装置转速未发生变化，则执行步骤S8；

S10、传感器测量出刀具驱动装置稳定后的新转速n_a，控制器根据采集到的刀具驱动装置稳定后的新转速n_a与步骤S6中的n₁,n₂和步骤S1中的n₀进行对比，并自动查找最接近n₁，进而判断此时加工材料种类为碳纤维增强树脂基复合材料，并自动调整加工参数使其适应该材料的加工；

S11、麻花钻继续向前进给进行加工制孔；

S12、在麻花钻向前进给的同时利用传感器监测刀具驱动装置转速变化，若刀具驱动装置转速发生变化，则执行步骤S13，若刀具驱动装置转速未发生变化，则继续步骤S11；

S13、传感器测量出刀具驱动装置稳定后的新转速n_a′，控制器根据采集到的刀具驱动装置稳定后的新转速n_a′与步骤S6中的n₁,n₂和步骤S1中的n₀进行对比，并自动查找最接近的数据n₂，进而判断此时加工材料种类为钛合金材料，并自动调整加工参数使其适应该材料的加工；

S14、麻花钻继续向前进给进行加工制孔；

S15、在麻花钻向前进给的同时利用传感器监测刀具驱动装置转速变化，若刀具驱动装置转速发生变化，则执行步骤S16，若刀具驱动装置转速未发生变化，则执行步骤S14；

S16、传感器测量出刀具驱动装置稳定后的新转速n_a″，控制器根据采集到的刀具驱动装置稳定后的新转速n_a″与步骤S6中的n₁,n₂和步骤S1中的n₀进行对比，并自动查找最接近的数据n₀，此时刀具驱动装置输出转速为空载转速，则制孔加工完成，控制器控制麻花钻以设定加工参数退刀，制孔完成。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。