CN109015886A - 一种用于树脂基碳纤维复合材料杆件的超声辅助打孔方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种用于树脂基碳纤维复合材料杆件的超声辅助打孔方法，步骤1，将超声辅助振动装置安装至机床主轴：将超声振动装置集成刀数控加工中心，集成后的超声辅助打孔设备包括：数控加工中心，超声发生器、超声换能器、变幅杆、打磨工具、BT刀柄；所述超声发生器将高频电信号通过电能传输装置进入超声换能器，驱动超声换能器中的压电陶瓷将电信号转换为机械振动，最后通过变幅杆将超声振幅放大，带动末端的打磨工具进行超声振动，实现超声辅助打孔；步骤2，设置超声辅助打孔工艺参数：开启数控加工中心和超声电源，调节数控加工中心的参数，对树脂基碳纤维复合材料杆件进行打孔。

Description

一种用于树脂基碳纤维复合材料杆件的超声辅助打孔方法

技术领域

本发明涉及机械制造技术领域，具体地，涉及一种用于树脂基碳纤维复合材料杆件的超声辅助打孔方法。

背景技术

树脂基碳纤维复合材料因具有高比强度、低密度、良好的尺寸稳定性、耐磨损、抗高温、电绝缘等性能，显示出比其他传统结构材料更优异的性能，被大量使用在航天器结构上。为了更好的进行装配，往往要对树脂基碳纤维复合材料结构件进行高精度、高质量的制孔加工。

目前航天器树脂基碳纤维复合材料结构件上的装配孔采用传统钻削方式加工。由于树脂基碳纤维复合材料具有材料硬度高、层间强度低、热导率小及各向异性等特性，采用传统钻削方法制孔容易出现孔分层、起毛刺、撕裂、表面质量差以及刀具磨损快等缺陷。

为有效改善树脂基碳纤维复合材料结构件的制孔过程，且降低制孔缺陷，提出一种用于树脂基碳纤维复合材料杆件的超声辅助打孔方法。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种用于树脂基碳纤维复合材料杆件的超声辅助打孔方法，解决树脂基碳纤维复合材料杆件打孔中分层、起毛刺、撕裂、表面质量差以及刀具磨损快等问题，适用于航天器树脂基碳纤维复合材料结构的高质量打孔。

本发明所采取的技术方案为：种用于树脂基碳纤维复合材料杆件的超声辅助打孔方法，包含以下步骤：

步骤1，将超声辅助振动装置安装至机床主轴：

将超声振动装置集成刀数控加工中心，集成后的超声辅助打孔设备包括：数控加工中心，超声发生器、超声换能器、变幅杆、打磨工具、BT刀柄；所述超声发生器将高频电信号通过电能传输装置进入超声换能器，驱动超声换能器中的压电陶瓷将电信号转换为机械振动，最后通过变幅杆将超声振幅放大，带动末端的打磨工具进行超声振动，实现超声辅助打孔；

步骤2，设置超声辅助打孔工艺参数：

开启数控加工中心和超声电源，调节数控加工中心的参数，对树脂基碳纤维复合材料杆件进行打孔。

进一步，所述步骤1包括以下步骤：

步骤1.1，在标准BT刀柄的下端沿圆周方向均匀开设4个M3螺纹通孔；

步骤1.2，将超声辅助振动装置的扭矩套筒的上端装入BT刀柄下端，将4个M3的螺栓旋入步骤1.1中所述的螺纹通孔内，通过螺栓将扭矩套筒沿径向顶紧，保证刀柄与扭矩套筒连接的可靠性；

步骤1.3，将BT刀柄的锥端卡入机床主轴的锥孔内；将L形连接工装的下端通过M5的内六角螺栓固定在超声辅助振动装置的导电滑环定子上，并L形连接工装的上端通过M5的螺栓固定在机床主轴箱外壳上；

步骤1.4，按照杆件图纸上孔的尺寸要求，将对应尺寸的金刚石磨粒套料钻工具安装至超声辅助振动装置的ER夹头内，然后将ER螺母拧紧。

进一步，所述步骤2，调节主轴转速为2000r/min～3000r/min；调节进给速度为10～20mm/min；调节超声频率为17KHZ～19KHZ。

进一步，调节超声功率时，需采用振幅测量仪进行振幅测量。若振幅控制在5微米～10微米之间，则为适宜的超声功率。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：本发明提出的一种用于树脂基碳纤维复合材料杆件的超声辅助打孔方法，采用该方法加工的孔侧壁光滑，无毛刺，无纤维拔出，无分层，质量好，而且效率高，工艺可控性好，重复性高

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明实施例提供了一种用于树脂基碳纤维复合材料杆件的超声辅助打孔方法，其步骤包括：

步骤1，将超声辅助振动装置安装至机床主轴，将超声振动装置集成刀数控加工中心，集成后的超声辅助打孔设备包括：数控加工中心，超声发生器、超声换能器、变幅杆、打磨工具、BT刀柄；所述超声发生器将高频电信号通过电能传输装置进入超声换能器，驱动超声换能器中的压电陶瓷将电信号转换为机械振动，最后通过变幅杆将超声振幅放大，带动末端的打磨工具进行超声振动，实现超声辅助打孔；

步骤2，设置超声辅助打孔工艺参数：开启数控加工中心和超声电源，调节数控加工中心的参数，对树脂基碳纤维复合材料杆件进行打孔。

本发明具体实施例中，用于树脂基碳纤维复合材料杆件的超声辅助打孔方法，包括如下步骤：

步骤1，在标准BT刀柄的下端沿圆周方向均匀开设4个M3螺纹通孔；

步骤2，将超声辅助振动装置的扭矩套筒的上端装入BT刀柄下端，将4个M3的螺栓旋入步骤1.1中所述的螺纹通孔内，通过螺栓将扭矩套筒沿径向顶紧，保证刀柄与扭矩套筒连接的可靠性。

步骤3，将BT刀柄的锥端卡入机床主轴的锥孔内；将L形连接工装的下端通过M5的内六角螺栓固定在超声辅助振动装置的导电滑环定子上，并L形连接工装的上端通过M5的螺栓固定在机床主轴箱外壳上。

步骤4，按照杆件图纸上孔的尺寸要求，将对应尺寸的金刚石磨粒套料钻工具安装至超声辅助振动装置的ER夹头内，然后将ER螺母拧紧。

步骤5，调节主轴转速为2000r/min～3000r/min；调节进给速度为10～20mm/min；调节超声频率为17KHZ～19KHZ。

步骤6，调节超声功率时，需采用振幅测量仪进行振幅测量。若振幅控制在5微米～10微米之间，则为适宜的超声功率。

步骤7，对树脂基碳纤维复合材料杆件进行打孔。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (7)

1.一种用于树脂基碳纤维复合材料杆件的超声辅助打孔方法，其特征在于，包含以下步骤：

步骤1，将超声辅助振动装置安装至机床主轴：

将超声振动装置集成刀数控加工中心，集成后的超声辅助打孔设备包括：数控加工中心，超声发生器、超声换能器、变幅杆、打磨工具、BT刀柄；所述超声发生器将高频电信号通过电能传输装置进入超声换能器，驱动超声换能器中的压电陶瓷将电信号转换为机械振动，最后通过变幅杆将超声振幅放大，带动末端的打磨工具进行超声振动，实现超声辅助打孔；

步骤2，设置超声辅助打孔工艺参数：

开启数控加工中心和超声电源，调节数控加工中心的参数，对树脂基碳纤维复合材料杆件进行打孔。

2.根据权利要求1所述的一种用于树脂基碳纤维复合材料杆件的超声辅助打孔方法，其特征在于，所述步骤1包括以下步骤：

步骤1.1，在标准BT刀柄的下端沿圆周方向均匀开设4个M3螺纹通孔；

步骤1.2，将超声辅助振动装置的扭矩套筒的上端装入BT刀柄下端，将4个M3的螺栓旋入步骤1.1中所述的螺纹通孔内，通过螺栓将扭矩套筒沿径向顶紧，保证刀柄与扭矩套筒连接的可靠性；

步骤1.3，将BT刀柄的锥端卡入机床主轴的锥孔内；将L形连接工装的下端通过M5的内六角螺栓固定在超声辅助振动装置的导电滑环定子上，并L形连接工装的上端通过M5的螺栓固定在机床主轴箱外壳上；

步骤1.4，按照杆件图纸上孔的尺寸要求，将对应尺寸的金刚石磨粒套料钻工具安装至超声辅助振动装置的ER夹头内，然后将ER螺母拧紧。

3.根据权利要求1所述的一种用于树脂基碳纤维复合材料杆件的超声辅助打孔方法，其特征在于，所述步骤2中调节主轴转速为2000r/min～3000r/min。

4.根据权利要求1所述的一种用于树脂基碳纤维复合材料杆件的超声辅助打孔方法，其特征在于，所述步骤2中调节进给速度为10～20mm/min。

5.根据权利要求1所述的一种用于树脂基碳纤维复合材料杆件的超声辅助打孔方法，其特征在于，所述步骤2中调节超声频率为17KHZ～19KHZ。

6.根据权利要求1所述的一种用于树脂基碳纤维复合材料杆件的超声辅助打孔方法，其特征在于，所述步骤2中调节超声功率时，采用振幅测量仪进行振幅测量。

7.根据权利要求6所述的一种用于树脂基碳纤维复合材料杆件的超声辅助打孔方法，其特征在于，所述步骤2中若振幅控制在5微米～10微米之间。