CN111421151A - 一种用于碳纤维构件精度孔的镗削装置及其加工方法 - Google Patents

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Abstract

本申请属于机械加工领域，具体而言是一种用于碳纤维构件精度孔的镗削装置及其加工方法，镗削装置包括刀体、对称分布的粗镗刀片和可调节直径参数的精镗刀片，所述粗镗刀片和精镗刀片均设置在刀体上，粗镗刀片设置在刀体的底部，粗镗刀片整体呈菱形，精镗刀片设置在刀体的中部，精镗刀片整体呈三角形。本申请提高碳纤维构件精度孔加工效率、加工质量，降低出错率及干涉风险，减轻工人的劳动强度，镗削装置不需工人反复调节镗刀直径，采用粗精一体组合镗刀结合角度头进行难加工角度的精度孔加工，相较于传统方法加工效率更高，干涉风险及出错率更低。

Description

一种用于碳纤维构件精度孔的镗削装置及其加工方法
技术领域
本申请属于机械加工领域，具体而言是一种用于碳纤维构件精度孔的镗削装置及其加工方法。
背景技术
碳纤维作为一种理化性能优异的复合材料，在航空领域应用广泛。针对其精度孔的加工，目前，传统的加工方法，使用普通镗刀作为镗削装置，加工过程中，难以一次下刀得到所需孔径的精度孔，工人需要不断测量孔径调节镗刀直径进行加工。
首先，工人加工时粗镗至一定尺寸，然后测量孔径，根据余量信息，调节镗刀直径继续进行加工，然后再测量孔径，根据余量信息重复上述步骤，最终经过多次镗刀直径的调节、加工、孔径的测量后得到所需加工精度孔。此种方法加工周期长，加工效率低，人力干预频繁，易出错。因此采用新的镗削装置，优化传统加工方法，对于提高碳纤维构件精度孔的加工效率、加工质量，降低出错率具有重要意义。
现有技术对镗削装置进行了改进，如专利申请号为CN201610046351.5，名称为《带有定准装置的多功能镗头》的发明专利，其技术内容为：本申请涉及一种带有定准装置的多功能镗头，包括镗头壳体，在镗头壳体内设置有可转动的主轴，主轴上端设置有联动的接合齿轮，主轴内开设有轴孔，轴孔内插接有镗杆，镗杆最下端设置有接头，在接头处连接有定准装置，所述定准装置包括定准圆锥壳体，在定准圆锥壳体下端连接有定准圆柱壳体，在定准圆柱壳体内，轴对称设置有可伸缩的校准顶柱。上述专利仅仅是针对镗头的更换方便进行了改进，但是对于如何增加镗削的精准度却没有进行相关的改进。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本申请提出一种用于碳纤维构件精度孔的镗削装置及其加工方法。
为实现上述目的，本申请所采用的技术方案如下：
一种用于碳纤维构件精度孔的镗削装置，其特征在于：包括刀体、对称分布的粗镗刀片和可调节直径参数的精镗刀片，所述粗镗刀片和精镗刀片均设置在刀体上，粗镗刀片设置在刀体的底部，粗镗刀片整体呈菱形，精镗刀片设置在刀体的中部，精镗刀片整体呈三角形。
所述粗镗刀片为两个，两个粗镗刀片对称分布。
刀体为钢制材料，粗镗刀片的镗孔直径为d，精镗刀片的镗孔直径为D，且D-d=(D-D0)/20，D0为加工前的孔径，两个对称分布的粗镗刀片与一个可调节直径参数的精镗刀片相距L。
粗镗刀片的刀片基体为整体硬质合金，粗镗刀片沿厚度方向的截面为菱形结构，菱形锐角θ1，在刀尖镶嵌有金刚石，设置有厚度为H1、边长为L1的刃尖，刃尖转角为R1，粗镗刀片前角为α1，后角为β1。
精镗刀片的刀片基体为整体硬质合金，刀片沿厚度方向的截面为等边三角形结构，在刀尖镶嵌有金刚石，设置有厚度为H2、边长为L2的刃尖，刃尖转角为R2，精镗刀片前角为α2，后角为β2。
一种用于碳纤维构件精度孔的镗削装置的加工方法，其特征在于：
包括如下步骤：
步骤一：采用粗精一体的用于碳纤维构件精度孔的镗削装置配合作为镗削装置；
步骤二：根据被加工材料、刀具属性确定加工参数；
步骤三：由被加工零件结构，设计走刀轨迹进行加工；
粗加工刃加工的孔径d与精加工刃加工出来的孔径D间阶差为0.1≤(D-D0)/20≤0.3，两个对称分布的粗加工刃先进行粗加工去除大余量，粗加工完后，两个粗加工刃伸出被加工构件孔深为H/20~H/10，H为孔深，随着机床进给运动，后置的精加工刃在粗加工的基础上进行精加工，经过一次镗刀直径的调节，即可得到相应尺寸的精度孔。
步骤三中的走刀轨迹具体为：
1) 机床主轴从位置1斜向下以程序G00空运行至位置2，位置2高于零件镗孔部位最高位置；同时，在位置2调整正确的加工角度，保证刀具与待加工孔轴线平行；
2）从位置2以进给速度F=3000~5000 mm/min向下运行至位置3待加工孔轴线位置，位置2与位置3间距离为30~80mm；
3）再以进给速度F=1000~3000 mm/min沿轴线运行至位置4，位置4离待加工孔口4~8mm；
4）从位置4开始，两个粗镗刀片以进给速度F=50~250mm/min进行粗加工，刀片横向走到位置5粗加工完成，其中位置5距离底部孔口约1~2mm；
5）后置精镗刀片开始精加工，当精镗刀片走到位置5，粗镗刀片横向走到位置6，则零件精加工已完成；
6）刀具退刀，其轨迹与加工相反，参数一致，当刀具退至安全位置2时，零件精度孔加工完成。
本申请的有益效果是：
本申请提高碳纤维构件精度孔加工效率、加工质量，降低出错率及干涉风险，减轻工人的劳动强度，镗削装置不需工人反复调节镗刀直径，采用粗精一体组合镗刀结合角度头进行难加工角度的精度孔加工，相较于传统方法加工效率更高，干涉风险及出错率更低。
附图说明
图1是本方法的粗精一体组合镗刀结构图。
图2粗镗刀片结构图。
图3为图2的A-A剖视图。
图4为精镗刀片结构图。
图5为图4的A-A剖视图。
图6为本方法加工碳纤维构件精度孔时走刀轨迹图。
图7为图6的A-A剖视图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本专利的具体实施方式进行说明。
实施例1
一种用于碳纤维构件精度孔的镗削装置，包括刀体、对称分布的粗镗刀片和可调节直径参数的精镗刀片，所述粗镗刀片和精镗刀片均设置在刀体上，粗镗刀片设置在刀体的底部，粗镗刀片整体呈菱形，精镗刀片设置在刀体的中部，精镗刀片整体呈三角形。
所述粗镗刀片为两个，两个粗镗刀片对称分布。
刀体为钢制材料，粗镗刀片的镗孔直径为d，精镗刀片的镗孔直径为D，且D-d=(D-D0)/20，D0为加工前的孔径，两个对称分布的粗镗刀片与一个可调节直径参数的精镗刀片相距L。
粗镗刀片的刀片基体为整体硬质合金，粗镗刀片沿厚度方向的截面为菱形结构，菱形锐角θ1，在刀尖镶嵌有金刚石，设置有厚度为H1、边长为L1的刃尖，刃尖转角为R1，粗镗刀片前角为α1，后角为β1。
精镗刀片的刀片基体为整体硬质合金，刀片沿厚度方向的截面为等边三角形结构，在刀尖镶嵌有金刚石，设置有厚度为H2、边长为L2的刃尖，刃尖转角为R2，精镗刀片前角为α2，后角为β2。
实施例2
一种用于碳纤维构件精度孔的镗削装置的加工方法，
包括如下步骤：
步骤一：采用粗精一体的用于碳纤维构件精度孔的镗削装置配合作为镗削装置；
步骤二：根据被加工材料、刀具属性确定加工参数；
步骤三：由被加工零件结构，设计走刀轨迹进行加工；
粗加工刃加工的孔径d与精加工刃加工出来的孔径D间阶差为0.1≤(D-D0)/20≤0.3，两个对称分布的粗加工刃先进行粗加工去除大余量，粗加工完后，两个粗加工刃伸出被加工构件孔深为H/20~H/10，H为孔深，随着机床进给运动，后置的精加工刃在粗加工的基础上进行精加工，经过一次镗刀直径的调节，即可得到相应尺寸的精度孔。
步骤三中的走刀轨迹具体为：
1) 机床主轴从位置1斜向下以程序G00空运行至位置2，位置2高于零件镗孔部位最高位置；同时，在位置2调整正确的加工角度，保证刀具与待加工孔轴线平行；
2）从位置2以进给速度F=3000~5000 mm/min向下运行至位置3待加工孔轴线位置，位置2与位置3间距离为30~80mm；
3）再以进给速度F=1000~3000 mm/min沿轴线运行至位置4，位置4离待加工孔口4~8mm；
4）从位置4开始，两个粗镗刀片以进给速度F=50~250mm/min进行粗加工，刀片横向走到位置5粗加工完成，其中位置5距离底部孔口约1~2mm；
5）后置精镗刀片开始精加工，当精镗刀片走到位置5，粗镗刀片横向走到位置6，则零件精加工已完成；
6）刀具退刀，其轨迹与加工相反，参数一致，当刀具退至安全位置2时，零件精度孔加工完成。
实施例3
本发明提供一种镗削装置与加工方法，适用于碳纤维构件精度孔的加工，在以下实施例中，完成Ø52 mm的孔镗至Ø56.8 （+0.01~+0.04）mm的碳纤维构件精度孔加工，其中孔深20mm，具体实施方式是：
本发明中加工碳纤维构件精度孔所使用的镗削装置，采用的是粗精一体组合镗刀，其中，粗镗刀片和精镗刀片间距离为22mm。其中粗镗刀片为两个对称分布的粗加工刃，用于粗加工去除大余量，随着加工进给运动，当两个粗加工刃加工到伸出被加工构件孔口约1~2mm时，粗加工部分完成，后置的粗镗刀片和精镗刀片开始对构件进行精加工，从而不需工人反复测量加工孔径及调节镗刀直径的情况下得到所需确定孔径的精度孔。采用的加工步骤如下：
步骤一：采用粗精一体的组合镗刀作为镗削装置；
组合镗刀用于减少加工过程中工人调节镗刀直径次数，降低人力依赖度；
步骤二：根据被加工材料、刀具属性确定合适的加工参数；
针对碳纤维构件精度孔加工，根据对现场实施所得数据进行总结，确定出合适的主轴转速S=1200r/min，进给速度F=250mm/min。
步骤三：结合被加工构件结构，设计合理的走刀轨迹进行加工，走刀轨迹如图5所示，具体流程如下：
1) 机床主轴从位置1以程序G00空运行至位置2，位置2需高于零件镗孔部位最高位置。同时，在位置2调整正确的加工角度，保证刀具与待加工孔轴线平行；
2）从位置2以进给速度F=3000 mm/min运行至位置3待加工孔轴线位置，位置2与位置3间距离约为60mm；
3）再以进给速度F=2000 mm/min沿轴线运行至位置4，位置4离待加工孔口约5mm；
4）从位置4开始，粗镗刀片开始工作，以进给速度F=250mm/min进行粗加工，刀片走到位置5粗加工完成，其中位置5距离底部孔口约1~2mm；
5）精镗刀片开始工作开始精加工，当精镗刀片走到位置5，粗镗刀片走到位置6，则零件精加工已完成；
6）刀具退刀，其轨迹与加工相反，参数一致，当刀具退至安全位置2时，零件精度孔加工完成。

Claims (7)

1.一种用于碳纤维构件精度孔的镗削装置，其特征在于：包括刀体、对称分布的粗镗刀片和可调节直径参数的精镗刀片，所述粗镗刀片和精镗刀片均设置在刀体上，粗镗刀片设置在刀体的底部，粗镗刀片整体呈菱形，精镗刀片设置在刀体的中部，精镗刀片整体呈三角形。
2.根据权利要求1所述的一种用于碳纤维构件精度孔的镗削装置，其特征在于：所述粗镗刀片为两个，两个粗镗刀片对称分布。
3.根据权利要求2所述的一种用于碳纤维构件精度孔的镗削装置，其特征在于：刀体为钢制材料，粗镗刀片的镗孔直径为d，精镗刀片的镗孔直径为D，且D-d=(D-D0)/20，D0为加工前的孔径，两个对称分布的粗镗刀片与一个可调节直径参数的精镗刀片相距L。
4.根据权利要求2所述的一种用于碳纤维构件精度孔的镗削装置，其特征在于：粗镗刀片的刀片基体为整体硬质合金，粗镗刀片沿厚度方向的截面为菱形结构，在刀尖镶嵌有金刚石，设置有刃尖。
5.根据权利要求2所述的一种用于碳纤维构件精度孔的镗削装置，其特征在于：精镗刀片的刀片基体为整体硬质合金，刀片沿厚度方向的截面为等边三角形结构，在刀尖镶嵌有金刚石，设置有刃尖。
6.一种用于碳纤维构件精度孔的镗削装置的加工方法，其特征在于：
包括如下步骤：
步骤一：采用粗精一体的用于碳纤维构件精度孔的镗削装置配合作为镗削装置；
步骤二：根据被加工材料、刀具属性确定加工参数；
步骤三：由被加工零件结构，设计走刀轨迹进行加工；
粗加工刃加工的孔径d与精加工刃加工出来的孔径D间阶差为0.1≤(D-D0)/20≤0.3，两个对称分布的粗加工刃先进行粗加工去除大余量，粗加工完后，两个粗加工刃伸出被加工构件孔深为H/20~H/10，H为孔深，随着机床进给运动，后置的精加工刃在粗加工的基础上进行精加工，经过一次镗刀直径的调节，即可得到相应尺寸的精度孔。
7.根据权利要求6所述的一种用于碳纤维构件精度孔的镗削装置的加工方法，其特征在于：步骤三中的走刀轨迹具体为：
1) 机床主轴从位置1斜向下空运行至位置2，位置2高于零件镗孔部位最高位置；同时，在位置2调整正确的加工角度，保证刀具与待加工孔轴线平行；
2）从位置2以进给速度F=3000~5000 mm/min向下运行至位置3待加工孔轴线位置，位置2与位置3间距离为30~80mm；
3）再以进给速度F=1000~3000 mm/min沿轴线运行至位置4，位置4离待加工孔口4~8mm；
4）从位置4开始，两个粗镗刀片以进给速度F=50~250mm/min进行粗加工，刀片横向走到位置5粗加工完成，其中位置5距离底部孔口约1~2mm；
5）后置精镗刀片开始精加工，当精镗刀片走到位置5，粗镗刀片横向走到位置6，则零件精加工已完成；
6）刀具退刀，其轨迹与加工相反，参数一致，当刀具退至安全位置2时，零件精度孔加工完成。
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