浅谈钻头与钻削的研究及发展趋势（二）

　 3.2钻削力建模的发展

　　对于钻削力建模的研究是随着人们对各种新型钻头和钻削工艺的开发而不断深入的。WuSM等人在建立群钻切削力模型方面做了大量工作。其中，LeeSW(1986年)和FuhKH(1987年)以工作切削角度为准，对主切削刃使用斜角切削模型，对第二切削刃使用直角切削模型，建立了群钻的切削力模型；HuangHT(1992年)等人提出了一个用普通麻花钻的力学模型预报群钻轴向力和扭矩的方法。ArmaregoEJA和ZhaoH(1996年)建立了薄钻芯标准麻花钻、薄钻芯多沟槽钻和圆弧中心刃麻花钻切削力预报模型。BhatnagarN(2004年)等人研究了用4种不同的钻尖钻削各向异性纤维补强复合材料时工件的非预期损坏，建立了钻削轴向力和扭矩的模型。SahuSK(2004年)等人提出了带断屑槽锥面麻花钻的切削力预报模型，该模型用具有四种不同断屑槽的钻头进行标定，可适用于具有任意断屑槽形状的钻头。ElhachimiM(1999年)综合应用直角和斜角切削模型建立了高速切削钻头的切削力模型，在转速为4000r/min～18000r/min、进给量为0.12mm/r～0.36mm/r时，实验结果与模型预报值一致。WangLP(1998年)等人提出通过对组成主刃和横刃的单元刀具的振动分析得到整个钻头的动态力学特性，并据此建立了振动钻削过程中动态轴向力和扭矩的预报模型。

　　随着研究的不断深入，研究人员发现，由于结构的差异，过去已经建立的力学模型不能适用于新的钻型。为此，StepensonDA(1992年)采用一个用大量车削实验标定的单元刀具斜角切削力模型，建立了用任意刃形硬质合金或镶嵌硬质合金钻头钻削灰铸铁时的主刃扭矩、轴向力和径向力预报模型。LinGC(1982年)和WatsonAR(1985年)指出，对钻削扭矩和轴向力的低估是由于排屑干涉，这一发现最终导致了单元刀具非线性综合法的产生，也使用分析方法建立复杂刃形钻头的切削力模型成为可能。WangJL(1994年)研究了切削过程中的排屑干涉，应用单元刀具非线性综合法，建立了基于经验性单元刀具斜角切削力模型的任意刃形钻头的切削力模型。

　　除了钻头的基本几何形状以外，钻削过程中的许多因素都会对钻削力产生影响。1996年，ChandrasekharanV等人考虑了钻头的制造和刃磨误差如两主刃的等高性、半径误差、轴向偏斜等的影响，建立了锥面钻头完整的三维切削力模型，随后又将其拓展到预报任意形状钻尖钻头(如群钻)的切削力。SriramR在考虑了钻头刃磨和安装误差对钻削力影响的条件下，建立了预报钻削径向力的模型。2001年，GongYP和EhmannK建立了一个综合考虑到钻头几何特性、刃磨和安装误差以及钻头偏斜对主刃和横刃动态切削厚度和切削面积影响的微孔钻头轴向力、扭矩和径向力模型。

　　3.2钻削力建模的发展

　　3.3钻削力建模方法

　　随着科技的进步，建立预报钻削力模型的方法也在不断发展。1997年，IslamAU和LiuMC提出了用人工神经网络预报群钻轴向力和扭矩的方法，其训练用数据直接从文献资料中提取。2001年KawajiS等人也提出了一种用神经网络模型估计和控制钻削轴向力的方法：①离线构建一个轴向力神经网络模型；②以该模型为基础，通过在线最小二乘法训练，建立一个模拟神经控制器；③将经过训练的神经控制器应用于钻削系统，得到轴向力。1999年，ChenY应用有限元方法分析具有刃口圆弧半径刀具的斜角切削过程，建立了一个用有限次任意刃形钻头标定的任意刃形钻头钻削力模型。2004年，StrenkowskiJS等人用一个欧拉有限单元模型模拟组成切削刃的单元刀具的切削力，提出了用有限元技术预报麻花钻轴向力和扭矩的方法。2002年，YangJA等人提出了一种用I-DEASCAE软件系统实现的钻削过程仿真模型，可以预报动态钻削力。

　　4．研究发展趋势

　　(1)钻削过程建模成为研究热点

　　影响钻削过程的各种因素，包括钻头几何结构、制造和安装误差、物理特性(静态和动态特性)、切削条件、环境温度、工件尺寸和材料等都将逐步纳入建模研究的范围，各种钻型、切削条件和钻削工艺有关的钻削力、钻削温度、钻头磨损与寿命、切屑变形与排出、钻削质量、钻削效率和钻削成本等都将成为钻削过程建模的对象，建模方法将更加多元化，模型预报的准确性将进一步提高，钻削模型将不仅用于仿真和预报，而且将更多地用于指导钻头设计、制造和钻削过程的优化与监控。

　　(2)钻头的几何设计和制造方法仍将是研究的重点

　　适合于加工各种材料和加工条件的新钻型将继续涌现，适用于微机械制造和印刷电路板制造的微型钻头的研究将走向深入。钻头制造方法的研究将向集成制造系统的方向发展，钻头特别是群钻的自动刃磨问题将得到解决，并会特别注重设计与制造的一体化、自动化和智能化。

　　(3)钻削机理的研究将逐渐受到重视

　　钻头与钻削过程研究越来越需要钻削机理研究的支持，钻削机理研究是制约钻头与钻削工艺研究的瓶颈；钻削是最为复杂的切削加工过程之一，而关于切削原理的基础研究必然会从相对简单的车削加工研究向更复杂的钻削加工研究过渡。

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