航空難加工材料螺旋銑制孔專用刀具設(shè)計(jì)及其質(zhì)量研究.pdf

1、螺旋銑制孔技術(shù)與工業(yè)機(jī)器人相結(jié)合，可實(shí)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(yùn)動(dòng)學(xué)特征，設(shè)計(jì)了一種專用刀具分屑結(jié)構(gòu)，對其切削過程力學(xué)理論進(jìn)行深入分析，并針對鈦合金(TC4-DT)、碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(CFRP)及CFRP/Ti疊層材料，開展系統(tǒng)性試驗(yàn)研究。

2、r>　　首先，介紹螺旋銑技術(shù)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(yùn)動(dòng)學(xué)分析，構(gòu)建運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，對關(guān)鍵運(yùn)動(dòng)學(xué)矢量進(jìn)行數(shù)學(xué)描述;應(yīng)用MATLAB實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)軌跡仿真分析，明確切削范圍特點(diǎn)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(guān)系。
　　提出了螺旋銑制孔專用刀具設(shè)計(jì)方案。介紹分段式端刃、螺旋狀側(cè)刃和齒背冷卻孔結(jié)構(gòu)特征，重點(diǎn)闡述分段式端刃分屑結(jié)構(gòu)、四齒

3、同結(jié)構(gòu)和兩兩對稱同結(jié)構(gòu)的仿真設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)專用刀具的端刃結(jié)構(gòu)優(yōu)化與數(shù)學(xué)描述;根據(jù)優(yōu)化后的刃型及其關(guān)鍵點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡特征，綜合R1、R2對軌跡形貌的影響，進(jìn)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(yàn)證專用刀具的分屑作用。
　　針對螺旋銑制孔專用刀具，構(gòu)建了一個(gè)非線性切削力模型。通過建立用于描述切削量的坐標(biāo)系，重點(diǎn)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(jìn)行數(shù)學(xué)描述與數(shù)值計(jì)算;采用平均力模型的方法，設(shè)計(jì)實(shí)施切削力系數(shù)標(biāo)定試驗(yàn)，對該系數(shù)進(jìn)行線性擬合與計(jì)算;最后通過設(shè)計(jì)開展TC4-DT螺旋銑制孔試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)對該切削力模型的驗(yàn)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(jìn)行了系統(tǒng)性試驗(yàn)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