本發明提出一種超聲振動輔助鉆削CFRP的軸向力預測方法，首先根據超聲振動條件下鉆削特點，建立兩個主切削刃軸向的運動軌跡方程，并得到鉆削過程中的動態鉆削厚度和一個振動周期內的平均鉆削厚度；其次根據麻花鉆的主切削刃和橫刃在鉆削過程中起到的作用不同，分別對主切削刃和橫刃上的軸向力進行了分析與計算，計算CFRP纖維切削角，建立主切削刃上的切削寬度的微分單元與鉆頭半徑的微分單元的關系；最后根據建立的主切削刃上軸向力和建立的刀具橫刃上的軸向力獲得總的軸向力，對不同參數下的軸向力進行預測；利用本發明的預測方法，其預測結果更加符合實際加工狀況，提高了預測精度。

1.一種超聲振動輔助鉆削CFRP的軸向力預測方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟1、建立兩個主切削刃軸向的運動軌跡方程z_a(θ)和z_b(θ)：首先根據鉆頭軸向所加的超聲振動的軌跡方程得到鉆頭主切削刃上任意一點的軸向運動的軌跡方程，再根據鉆頭轉過的角度和時間的關系，得到鉆頭軸向運動的軌跡方程；最終根據標準麻花鉆兩主切削刃轉過的角度相差π，分別建立兩主切削刃軸向的運動的軌跡方程z_a(θ)和z_b(θ)； 其中，θ為鉆頭轉過的角度；F為超聲振動頻率；A為超聲振幅；v_f為進給速度；n為轉速；步驟2、計算鉆削CFRP過程中的動態軸向鉆削厚度h_D和一個振動周期內的平均鉆削厚度h_Dav：首先根據任意一次刀具與工件接觸的軌跡方程與前一次刀具與工件接觸的軌跡方程的差值，計算鉆削CFRP過程中的動態軸向鉆削厚度h_D；再對動態鉆削厚度進行分析，計算一個振動周期內的平均鉆削厚度h_Dav；步驟3、計算CFRP纖維切削角θ'；將主切削刃切削多向纖維鋪層的CFRP假設為單向纖維鋪層的CFRP，根據主切削刃在刀具端面內的投影在t時刻與纖維方向的夾角公式得到實際切削方向與纖維方向的夾角表達式；步驟4、建立主切削刃上的切削寬度的微分單元dl與鉆頭半徑的微分單元dr的關系式：即建立笛卡爾坐標系，根據主切削刃上的切削單元在水平面內的投影dx與dr的關系，利用刀具的鉆心角，求得主切削刃上的切削寬度的微分單元dl與鉆頭半徑的微分單元dr的關系式；步驟5、建立主切削刃上軸向力F_lipth的數學模型：將刀具上總的切削力可以分解為平行于切削速度方向的力F_C和垂直于 切削速度方向的力F_T，根據刀具鉆頭結構得到刀具法向前角γ_n與刀具前角和參考角的關系式；再根據上述步驟3得到的實際切削方向與纖維方向的夾角表達式，并結合步驟4得到的微分單元dl與鉆頭半徑的微分單元dr的關系式，最后綜合本步驟得到的垂直于 切削速度方向的力F_T得到一條主切削刃的軸向力，再根據標準麻花鉆具有兩條主切削刃進一步得到總的軸向力F_lipth；步驟6、建立刀具橫刃上的軸向力F_chi數學模型：把橫刃壓入材料部分近似為半徑為r_e的圓柱體，根據半徑r_e、橫刃壓入材料寬度的一半a、刀具的楔形角γ_w求得刀具橫刃上的軸向力F_chi；步驟7、根據主切削刃上的軸向力與橫刃上軸向力的合成獲得總的軸向力F_th數學模型，對不同參數下的軸向力進行預測； 其中，d為刀具的直徑；r主切削刃上某點半徑；τ₁，τ₂分別為平行于纖維方向的剪切強度和垂直于纖維方向的剪切強度，a_c為鉆削厚度，β為摩擦角，γ_n為刀具的法向前角；E₃為厚度方向的彈性模量，ν為泊松比；w是橫刃厚度的一半，w是橫刃厚度的一半。2.如權利要求1所述的一種超聲振動輔助鉆削CFRP的軸向力預測方法，其特征在于，前述步驟2中，建立兩個主切削刃軸向的運動軌跡方程z_a(θ)和z_b(θ)步驟如下：1.1、首先根據鉆頭軸向所加的超聲振動的軌跡方程得到鉆頭主切削刃上任意一點的軸向運動的軌跡方程：鉆頭軸向所加的超聲振動的軌跡方程為：x(t)＝Asin(2π×F×t) (1)則鉆頭主切削刃上任意一點的軸向運動的軌跡方程為： 1.2、根據鉆頭轉過的角度和時間的關系，得到鉆頭軸向運動的軌跡方程： 1.3、根據標準麻花鉆兩主切削刃轉過的角度相差π，分別建立兩主切削刃軸向的運動的軌跡方程z_a(θ)和z_b(θ)。3.如權利要求1所述的一種超聲振動輔助鉆削CFRP的軸向力預測方法，其特征在于，前述步驟2中，計算鉆削CFRP過程中的動態軸向鉆削厚度h_D和一個振動周期內的平均鉆削厚度h_Dav，步驟如下：2.1、計算動態軸向鉆削厚度h_D； 鉆頭的動態軸向鉆削厚度為：任意一次刀具與工件接觸的軌跡方程與前一次刀具與工件接觸的軌跡方程的差值，用下式表示：h_D＝z_m+1(θ)-max(z₁(θ),z₂(θ)...,z_m(θ)) (8)其中，m為k的取值范圍，m≥1；步驟2-2：計算一個振動周期內的平均鉆削厚度h_Dav；對動態鉆削厚度進行分析可知，在刀具旋轉過程中動態鉆削厚度是呈周期性變化的，在一個振動周期內平均鉆削厚度表示為： 其中，A_D，b_D分別為一個振動周期內的切削面積和刀具運動的軌跡長度。4.如權利要求1所述的一種超聲振動輔助鉆削CFRP的軸向力預測方法，其特征在于，前述步驟3中，計算CFRP纖維切削角θ'，具體步驟為：步驟3.1、得到主切削刃在刀具端面內的投影在t時刻與纖維方向的夾角關系式：將主切削刃切削多向纖維鋪層的CFRP假設為單向纖維鋪層的CFRP，在單向纖維鋪層的CFRP中，主切削刃在刀具端面內的投影在t時刻與纖維方向的夾角為： 步驟3.2、得實際切削方向與纖維方向的夾角表達式為： 其中，p是鉆頭的半鋒角。5.如權利要求1所述的一種超聲振動輔助鉆削CFRP的軸向力預測方法，其特征在于，前述步驟4中，建立主切削刃上的切削寬度的微分單元dl與鉆頭半徑的微分單元dr的關系式，具體步驟為：步驟4.1、為了計算軸向力，建立如圖3所示的笛卡爾坐標系，主切削刃上的切削單元在水平面內的投影dx與dr的關系為：dx＝drcosω (12)其中，ω為刀具的鉆心角，表示為： 步驟4.2、則刀具的鉆心角表達式為： 步驟4.3、主切削刃上切削寬度微分單元dl表示為：dl＝dx/sinp (15)則，主切削刃上的切削寬度的微分單元dl與鉆頭半徑的微分單元dr的關系： 其中，l為切削寬度，w是橫刃厚度的一半，r主切削刃上某點半徑。6.如權利要求1所述的一種超聲振動輔助鉆削CFRP的軸向力預測方法，其特征在于，前述步驟5中，建立主切削刃上軸向力F_lipth的數學模型，具體步驟為：步驟5.1、作用在刀具上總的切削力分解為垂直與切削速度方向的力F_T，表示為： τ₁，τ₂分別為平行于纖維方向的剪切強度和垂直于纖維方向的剪切強度，a_c為鉆削厚度，β為摩擦角，γ_n為刀具的法向前角；步驟5.2、根據刀具的法向前角γ_n與鉆頭結構有關，得到刀具法向前角γ_n與刀具前角和參考角的關系式：γ_n＝γ_f-ζ (18)其中，γ_f和ζ分別為參考前角和參考角；5.3、結合步驟3得到的實際切削方向與纖維方向的夾角表達式、步驟4得到的微分單元dl與鉆頭半徑的微分單元dr的關系式、步驟5.2得到的刀具法向前角γ_n與刀具前角和參考角的關系式，代入式(17)中，得到在鉆削過程中一條主切削刃上的切削力： 5.4、計算主切削刃上總的軸向力F_lipth的表達式：由幾何關系可得，在鉆削過程中一條主切削刃的軸向力為：dF_lipth＝dF_Tsinp (20)由于鉆頭具有兩條主切削刃，則總的軸向力為： 其中，d為刀具的直徑，d'為橫刃直徑，ψ為橫刃斜角。7.如權利要求1所述的一種超聲振動輔助鉆削CFRP的軸向力預測方法，其特征在于，前述步驟6中，建立刀具橫刃上的軸向力F_chi數學模型，具體步驟為：步驟6.1、建立橫刃上的軸向力F_chi與半徑r_e的關系式：把橫刃壓入材料部分近似為半徑為r_e的圓柱體，由Hertz接觸理論，橫刃上產生的軸向力為： 其中，E₃為厚度方向的彈性模量，ν為泊松比；步驟6.2、根據半徑r_e、橫刃壓入材料寬度的一半a、刀具的楔形角γ_w求得刀具橫刃上的軸向力F_chi：橫刃壓入復合材料的部分的等效圓柱體的半徑r_e在數值等于ΔABC的外接圓半徑，表示如下： a為橫刃壓入材料寬度的一半，由幾何關系可得：a＝δtanγ_w (24)γ_w為刀具的楔形角，與刀具的結構有關：tanγ_w＝tanpsinψ (25)將式(23)、(24)、(25)代入上式(22)中，則可得橫刃上的軸向力表示為：