CN102784954B - 飞机结构件闭角清根专用刀具 - Google Patents

Abstract

一种飞机结构件闭角清根专用刀具，属于航空制造工程领域。所述飞机结构件闭角清根专用刀具，包括非对称圆柱刀杆、等边三角形刀片、连接螺钉，等边三角形刀片利用圆杆刀柄上的定位面定位，通过连接螺钉与刀杆固定，圆柱刀杆上的螺纹孔与刀杆偏心，使刀片旋转半径比刀杆大1-2mm。使用所述专用刀具通过控制刀具旋转角度与刀具空间运动的规律，完成飞机结构件常用闭角的清根。使用本发明所述专用刀具完成的飞机结构件闭角清根其优点有残留材料少，无需人工去除，工作效率高，降低了加工成本，减轻了劳动强度。

Description

飞机结构件闭角清根专用刀具

技术领域

本发明涉及一种机械加工刀具,尤其是一种用于闭角结构加工的专用刀具,具体地说是一种飞机结构件闭角清根专用刀具。

背景技术

随着航空制造技术的飞速发展，在现代飞机设计中，整体数控加工结构件的应用越来越广泛，从框、梁、地板到壁板都大量采用整体数控加工结构件。整体结构件有许多优势，它既可以减轻结构的重量，提高飞机的有效载重，同时也可以增强结构强度，减少连接件数量，提高飞机的疲劳寿命。为了满足飞机外形及气动性能等方面的要求，飞机结构件一般结构复杂，具有一些不利于加工的闭角结构，严重制约了飞机结构件的加工效率。飞机结构件闭角结构加工后往往有比较大的加工残留，严重影响了飞机设计对飞机重量的要求。

传统闭角清根加工时，通常采用圆柱平底铣刀或圆柱球头铣刀，需要不断地减小刀具直径来减少加工残留，考虑到刀具刚性的问题，刀具直径不可能过小，因此闭角加工残留始终存在，最后需要通过人工手动去除，使用常用刀具加工需要用多把刀具，成本高，工作量大，工作效率低，质量不稳定。因此急需发明一种通用性强，成本低，加工效率高，适合飞机结构件闭角清根专用刀具。

发明内容

本发明的目的是针对目前飞机结构件闭角清根加工应缺少合适的加工刀具无法实现低成本高效率加工的问题，设计一种适用于飞机结构件闭角清根的专用刀具，将该刀具与相应的加工程序配套可以提高飞机结构件闭角清根效率，简化闭角清根工艺，节约大量加工成本。

本发明的技术方案是：

一种飞机结构件闭角清根专用刀具，其特征是它包括圆柱刀杆1、三角形刀片2以及连接螺钉3，圆柱刀杆1下端的设有供三角形刀片2定位的定位面，三角形刀片2通过连接螺钉3和所述的定位面固定安装在圆柱刀杆1的下端，三角形刀片2的切削刃201与圆柱刀杆1的轴心线101平行，切削刃201的旋转半径r比圆柱刀杆1的半径R大1-2mm，三角形刀片2的刀尖夹角α小于飞机结构件闭角角度λ。

所述圆柱刀杆1为非对称圆柱刀杆，它的下端设有一个缺口并形成半圆柱状，缺口部分的上底面102为与轴线相交的倾斜面，缺口部分设有一个与轴线平行的定位面103，上底面102用于与三角形刀片2的顶边相抵，定位面103用与刀片的定位面206相抵；半圆柱状刀杆的下底面105与轴线的夹角等于刀尖夹角α。

所述的三角形刀片2为等边三角形外形，刀尖夹角α＝60度，刀片上的安装定位孔位于等边三角形的中心，刀尖修磨0.5mm左右修光刃。

所述等边三角形刀片2的三边均带有切削刃，调换安装在圆柱刀杆上的位置，实现一个刀片3次使用。

所述的连接螺钉3采用复合结构，前部分为螺纹连接部分，后部分为圆柱定位部分，总长度小于圆柱刀杆半径R，使其不与闭角侧壁干涉。

所述的刀尖夹角α不大于闭角角度λ的90%。

所述的刀尖夹角α的取值范围为50-60度。

与上述刀具相配的加工方法包括以下步骤：

步骤一:建立飞机结构件闭角清根加工坐标系。记侧壁与腹板的交点为C，C点绕刀轴旋转的虚拟中心点为O，定义O点为清根加工坐标系原点，刀具沿刀轴离开工件方向为Z轴正方向；从O点到C点定义为X轴的正方向；Y轴的正方向用右手定律判断。

步骤二:根据下式计算刀具虚拟中心点O在清根加工坐标系下的坐标值。

X=X(W)

Y=W·S/360

Z=r(1-cos(W))/tan(λ)

上式中W为刀尖旋转的角度，X(W)为侧壁外形的函数，S为刀具每转进给距离，r为刀具半径，λ飞机结构件闭角角度。

步骤三:通过坐标值生成数控加工刀轨，经后置处理程序生成闭角清根数控加工程序。

步骤四:使用五轴数控铣床，运用专用刀具通过数控加工程序控制刀具旋转角度W与刀具在空间运动的规律，使刀片切削刃清除侧壁残留，刀尖与工件切削接触点在腹板平面上做切削运动，清除腹板残留。最终完成闭角的清根。

本发明具有如下效果：

1、本发明所述专用刀具适应性强，可以完成飞机结构件闭角角度在65度以上的清根加工。

2、使用本发明所述的专用刀具清根工艺简单，效率高，成本低。

3、使用本发明所述的专用刀具清根效果好，残留材料小，减轻了劳动强度。

附图说明

图1为本发明清根专用刀具结构示意图。

图2为本发明刀杆结构示意图三视图。

图3为本发明刀片结构示意图。

图4为本发明连接螺钉示意图。

图5为本发明清根专用刀具与传统刀具加工对比图，图中左边为本发明清根专用刀具加工示意图，图中右边为传统刀具加工及残留材料示意图。

图6为本发明清根专用刀具闭角加工的刀具轨迹图。

图中：1为非对称圆柱刀杆，101为刀杆轴线，102为刀杆侧定位面，103为刀杆底定位面，104为底定位面垂直边，105为底定位面斜边，106为刀杆连接螺纹，2为三角形刀片，201为切削刃，202为备用刀尖，203为安装定位孔，204为前刀面，205为后刀面，206为定位面，207为刀尖，3为连接螺钉，301为螺纹连接部分，302为圆柱定位部分，4为飞机结构件闭角结构，401为闭角侧壁，402为闭角腹板，5为传统圆柱铣刀，6为加工残留材料，7为数控加工刀具中心轨迹，8为刀尖加工轨迹。

具体实施方式

下面结构附图和实施例对本发明作进一步的说明。

如图1所示，一种飞机结构件闭角清根专用刀具，它由非对称圆柱刀杆1、三角形刀片2和连接螺钉3组成。三角形刀片2利用圆杆刀柄1上的定位面102和103定位，连接螺钉3通过刀片安装定位孔203与刀杆1固定，取刀片左边切削刃201旋转半径r＝6mm比圆柱刀杆1半径R=5mm大1mm（具体实施时可根据公式r=R+（1～2）mm，刀片最右边的备用刀尖202旋转半径取5.5mm,介于切削刃旋转半径r和圆柱刀杆半径R的中间，刀尖夹角α＝60小于飞机结构件闭角角度λ＝70。

如图2所示，非对称圆柱刀杆1底面105与刀杆轴线101成一角度，角度值等于刀尖夹角α＝60度，与刀片定位面206重合的刀杆底定位面103过刀杆轴线101，呈半圆柱状，缺口部分的上底面102为与轴线相交的倾斜面，缺口部分设有一个与轴线平行的定位面103，上底面102用于与三角形刀片2的顶边相抵，定位面103用与刀面的上表面或下表面相抵；半圆柱状刀杆的下底面105与轴线的夹角等于刀尖夹角α。

图3，三角形刀片2为等边三角形外形，刀尖夹角α＝60度，刀片上的安装定位孔位203位于等边三角形的中心，刀尖修磨0.5mm左右修光刃，刀片前角为10度，后角为5度。在切削刃和刀尖磨损后，通过调换刀片安装在圆柱刀杆上的位置，实现一个刀片3次使用。

如图4所示，连接螺钉3采用复合结构，前部分为螺纹连接部分301，后部分为圆柱定位部分302，总长度小于圆柱刀杆半径R，使其不与闭角侧壁干涉。

下面结构附图5、6对本发明的使用方法作进一步的说明。图5为一种典型飞机结构件闭角结构，闭角结构4包括闭角侧壁401和闭角腹板402，闭角角度λ＝70度，图中右边所示传统圆柱铣刀5加工的结果，加工后的残留材料6不能满足使用的要求，需要人工去除。图中左边所示为使用本发明的专用刀具1在五轴数控机床上对闭角进行清根。具体步骤如下：

步骤一:建立飞机结构件闭角清根加工坐标系。记侧壁与腹板的交点为C，C点绕刀轴旋转的虚拟中心点为O，定义O点为清根加工坐标系原点，刀具沿刀轴离开工件方向为Z轴正方向；从O点到C点定义为X轴的正方向；Y轴的正方向用右手定律判断。

步骤二:根据下式计算刀具虚拟中心点O在清根加工坐标系下的坐标值。

X=X(W)

Y=W·S/360

Z=r(1-cos(W))/tan(λ)

上式中W为刀尖旋转的角度，X(W)为侧壁外形的函数，此例中侧壁是一直角边，因此X＝0，S为刀具每转进给距离，根据经验取S＝0.5mm，r＝6mm为刀具半径，λ＝70为飞机结构件闭角角度。

坐标值是一个随变量W的变化的函数，取W＝0，1,2···359，刀具旋转每转取360个角度值离散求得360个坐标值，求得坐标值如下（表格中的单位为mm）：

以上是刀具旋转360度内的刀具虚拟中心点的坐标值，刀具旋转其他角度的算法是相同的，此处略。

步骤三:通过坐标值生成数控加工刀轨，如图6所示，经后置处理程序生成闭角清根数控加工程序，。

步骤四:使用UCP 710五轴数控铣床，运用专用刀具1通过数控加工程序控制刀具旋转角度W与刀具在空间运动的规律，使刀片切削刃201清除侧壁残留，刀尖207与工件切削接触点在腹板平面上做切削运动，清除腹板残留。最终完成闭角的清根。

经过上述专用刀具加工的闭角清根残留经检测结果在0.02-0.05mm，结果完全满足飞机结构件的设计要求，相比普通刀具加工的残留材料高度3-4mm有显著提高。

Claims (6)

1.一种飞机结构件闭角清根专用刀具，其特征是它包括圆柱刀杆（1）、三角形刀片（2）以及连接螺钉（3），圆柱刀杆（1）下端的设有供三角形刀片（2）定位的定位面，三角形刀片（2）通过连接螺钉（3）和所述的定位面固定安装在圆柱刀杆（1）的下端，三角形刀片（2）的切削刃（201）与圆柱刀杆（1）的轴心线（101）平行，切削刃（201）的旋转半径r比圆柱刀杆（1）的半径R大1-2mm，三角形刀片（2）的刀尖夹角α小于飞机结构件闭角角度λ；所述圆柱刀杆（1）为非对称圆柱刀杆，它的下端设有一个缺口并形成半圆柱状，缺口部分的上底面（102）为与轴心线相交的倾斜面，缺口部分设有一个与轴心线平行的定位面（103），上底面（102）用于与三角形刀片（2）的顶边相抵，所述缺口部分所设的与轴心线平行的定位面（103）用于与刀片的定位面（206）相抵；半圆柱状刀杆的下底面（105）与轴心线的夹角等于刀尖夹角α。

2.根据权利要求1所述的飞机结构件闭角清根专用刀具，其特征是所述的三角形刀片（2）为等边三角形外形，刀尖夹角α＝60度，刀片上的安装定位孔位于等边三角形的中心，刀尖修磨0.5mm左右修光刃。

3.根据权利要求2所述的飞机结构件闭角清根专用刀具，其特征是所述等边三角形刀片（2）的三边均带有切削刃，调换安装在圆柱刀杆上的位置，实现一个刀片3次使用。

4.根据权利要求1所述的飞机结构件闭角清根专用刀具，其特征是所述的连接螺钉（3）采用复合结构，前部分为螺纹连接部分，后部分为圆柱定位部分，总长度小于圆柱刀杆半径R，使其不与闭角侧壁干涉。

5.根据权利要求1所述的飞机结构件闭角清根专用刀具，其特征是所述的刀尖夹角α不大于闭角角度λ的90%。

6.根据权利要求1所述的飞机结构件闭角清根专用刀具，其特征是所述的刀尖夹角α的取值范围为50-60度。