航空難加工材料螺旋銑制孔專用刀具設計及其質(zhì)量研究.pdf

1、螺旋銑制孔技術與工業(yè)機器人相結(jié)合，可實現(xiàn)干切削工況下的高效制孔，并且在提高加工質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本方面較傳統(tǒng)鉆削體現(xiàn)出顯著優(yōu)勢。但是，航空難加工材料物化屬性特殊、切削性能差，使提高螺旋銑制孔質(zhì)量、避免出口缺陷與抑制刀具磨損變得極具挑戰(zhàn)性。為此，本文基于螺旋銑運動學特征，設計了一種專用刀具分屑結(jié)構，對其切削過程力學理論進行深入分析，并針對鈦合金(TC4-DT)、碳纖維增強復合材料(CFRP)及CFRP/Ti疊層材料，開展系統(tǒng)性試驗研究。

2、r>　　首先，介紹螺旋銑技術及其刀具研究現(xiàn)狀，以航空難加工材料為背景，分析鉆削過程產(chǎn)生的質(zhì)量問題，指出螺旋銑制孔工藝的優(yōu)勢。基于螺旋銑運動學分析，構建運動學方程，對關鍵運動學矢量進行數(shù)學描述;應用MATLAB實現(xiàn)運動軌跡仿真分析，明確切削范圍特點及其與自轉(zhuǎn)/公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速比(R1)、孔徑/刀具直徑比(R2)之間的關系。
　　提出了螺旋銑制孔專用刀具設計方案。介紹分段式端刃、螺旋狀側(cè)刃和齒背冷卻孔結(jié)構特征，重點闡述分段式端刃分屑結(jié)構、四齒

3、同結(jié)構和兩兩對稱同結(jié)構的仿真設計方案;以不同方案獲得的未變形切屑和加工表面形貌的仿真結(jié)果為依據(jù)，實現(xiàn)專用刀具的端刃結(jié)構優(yōu)化與數(shù)學描述;根據(jù)優(yōu)化后的刃型及其關鍵點的運動軌跡特征，綜合R1、R2對軌跡形貌的影響，進一步研究各參數(shù)對未變形切屑仿真結(jié)果的作用規(guī)律;通過不同參數(shù)下產(chǎn)生的切屑幾何形貌、切削力和制孔質(zhì)量，驗證專用刀具的分屑作用。
　　針對螺旋銑制孔專用刀具，構建了一個非線性切削力模型。通過建立用于描述切削量的坐標系，重點對不同刀

4、齒在穩(wěn)定加工階段半自轉(zhuǎn)周期內(nèi)產(chǎn)生的切屑厚度、切削寬度進行數(shù)學描述與數(shù)值計算;采用平均力模型的方法，設計實施切削力系數(shù)標定試驗，對該系數(shù)進行線性擬合與計算;最后通過設計開展TC4-DT螺旋銑制孔試驗，實現(xiàn)對該切削力模型的驗證，并深入分析不同加工參數(shù)下的切削力變化規(guī)律。
　　基于螺旋銑制孔專用刀具，針對航空難加工材料（TC4-DT、CFRP及CFRP/Ti疊層材料）進行了系統(tǒng)性試驗研究。通過對不同參數(shù)下的切屑幾何特征、切削力變化趨勢和