CN114770044B - 一种快速加工沉头孔的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及机械加工领域，尤其是涉及一种快速加工沉头孔的方法。本发明规避了沉头孔效率低下的缺陷，有力助推沉头螺钉压紧方式的大量应用。采用本沉头孔钻头加工沉头孔时，机床切削平稳，切削效率高。加工时不需要短距离的循环分层钻制。40mm以下厚度毛料支持一次直接钻到底部，40mm以上厚度支持大距离循环分层钻制。单个沉头孔加工时间在10秒钟左右，效率提升至少12倍。加工后沉头孔质量好，大孔与小孔一次成型，同轴度得到保证。

Description

一种快速加工沉头孔的方法
技术领域
本发明涉及机械加工领域，尤其是涉及一种快速加工沉头孔的方法。
背景技术
在航空结构件制造领域，航空铝合金板材在生产中被大量采用。针对铝合金板材，在加工准备阶段需要将毛料固定。当前最经济、最实用的的方式有两种，分别为：用压板垂直压紧、用沉头螺钉压紧。采用压板压紧优点在于装夹简单方便；其缺点在于毛料成本高，需要足够的压板余量；在加工时还存在机床和刀具碰撞压板的安全隐患。采用沉头螺钉压紧是指：通过在毛料上预制沉头孔并采用沉头螺定压紧毛料。该方式其优点在于可以大幅度缩小毛料余量。配合标准尺寸的螺纹孔系平台，可以按照零件形状及加工需要排布压紧点，从而节省毛料消耗并均匀压紧力。同时，螺丁沉入毛料中可以避免加工时机床和刀具碰撞。其缺点在于需要预制沉头孔，制孔周期限制了沉头螺钉压紧方式的应用。除了以上一个缺点以外，用沉头螺钉压紧的方式远远优于普通压板压紧的方式。
现在常用的制沉头孔的方式为：先采用钻头钻通孔，然后用铣刀铣切沉头孔的方式，单个沉头孔加工时间至少2min，加工周期长，经济性差。针对以上加工沉头孔的缺点，提出本发明方案。
发明内容
为了克服现有技术手段制沉头孔加工周期长，经济性差的问题，并达到降低板材加工的毛料成本的目的，本发明设计了一种快速加工沉头孔的钻头，并利用该钻头进行制孔。
本发明的技术方案如下：
一种快速加工沉头孔的方法，步骤如下：
步骤1：准备工作：加工前在机床工作台上提前固定负压真空吸附平台，其作用是：可将毛料牢固的吸附在数控铣床工作台上。
步骤2：加工第一面：在毛料下方放置在负压真空吸附平台上并拉直找正毛料，以毛料直角边设置XY原点，以毛料下表面为Z原点设置加工坐标系。打开真空吸附开关，将毛料固定；
步骤3：采用沉头孔专用钻头钻制沉头孔，保证孔最下端距离毛料底面1mm以上距离，防止真空失效。
步骤4：采用面铣刀铣毛料上表面；
步骤5：卸下毛料，在已加工完成的沉头孔中塞入圆柱橡胶塞。
步骤6：加工第二面：毛料翻面，同样将毛料放置在真空吸附平台上，打开真空吸附开关，将毛料固定，不需要拉直找正。
步骤7：采用面铣刀铣毛料上表面，保证零件需要的的毛料厚度。此时，沉头孔下端被打通。由此，通过以上七个步骤完成了铣毛料上下平面和制沉头孔的工作，可以支持进行下一步的零件铣切工序。
具体加工参数设置及注意事项如下：
1)对于40mm以下厚度的毛料：加工沉头孔时采用的加工参数为：机床转速n＝2000～3000n/min，钻头进刀速度：300mm/min，加工速度：400～500mm/min，退刀速度：3000mm/min。程序采用点钻，一次直接钻透。
2)对于40mm以上厚度的毛料：考虑钻深过大导致排屑困难的情况，在加工沉头孔时采用的加工参数为：机床转速n＝2000～3000n/min，钻头进刀速度：300mm/min，加工速度：400～500mm/min，退刀速度：3000mm/min。采用局部分层切削，即：40mm以内部分采用点钻，一次直接钻40mm深，剩余深度采用循环分层钻制，每层钻孔深度20mm。
3)对于个别机床受到功率限制，可以全部采用循环分层钻制，每层钻孔深度20mm，降低切削力，同时便于排屑。
4)对于需双面加工的零件，可将沉头孔由单向沉头孔制成双向沉头结构，类似哑铃结构，中间部分厚度8mm即可保证结构强度需求。第二面翻面后的台阶孔加工方式等同于第一面。
一种沉头孔专用钻头，结构如图1所示，包括钻头的钻尖、小直径刃部、倒角连接段、大直径刃部、带排屑槽缩颈部和柄部。钻头刀具螺旋角为30°～35°，两齿结构，便于排屑。
所述钻尖角度为118°～120°。
所述小直径刃部长度20mm，其直径尺寸按沉头螺栓螺纹大径尺寸加1mm设置；所述倒角连接段尺寸为1×45°，便于一次加工沉头孔倒角。
所述大直径刃部长度40mm，其直径尺寸按沉头螺栓头部尺寸加2mm设置。所述带排屑槽缩颈部长度50mm，其直径尺寸比大直径刃部直径小4～6mm为宜，间隙过小不利于排屑，间隙过大影响刀具整体刚性；排屑槽螺旋角与刀刃螺旋角相同，便于制造和排屑。
所述柄部与带排槽缩颈部直径一致。
所述大直径刃部底部平面与倒角连接段均带刀刃。
沉头孔专用钻头适用于加工航空高强度铝合金板材，采用数控铣机床加工。钻孔时采用点钻或者循环分层钻制方式进行加工。
本发明有益效果为：
本发明规避了沉头孔效率低下的缺陷，有力助推沉头螺钉压紧方式的大量应用。采用本沉头孔钻头加工沉头孔时，机床切削平稳，切削效率高。加工时不需要短距离的循环分层钻制。40mm以下厚度毛料支持一次直接钻到底部，40mm以上厚度支持大距离循环分层钻制。单个沉头孔加工时间在10秒钟左右，效率提升至少12倍。加工后沉头孔质量好，大孔与小孔一次成型，同轴度得到保证。
附图说明
图1是钻头主体结构图；
图2是加工示意图；
图3是典型零件结构图。
图中：1钻尖；2小直径刃部；3倒角连接段；4大直径刃部；5带排屑槽缩颈部；6柄部。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施的实力在附图中出示，其中自始自终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是实例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
实施例1：
该发明提供了一种快速实现沉头孔制孔的解决方案，以图2和图3所示加工方式及典型零件为例，给出本发明方案的具体实施步骤：
实施例1：典型零件为单面加工零件，零件最大厚度35mm，其毛料厚度40mm，零件加工前需要将毛料厚度加工至36±0.2mm，并按零件形状提前加工出沉头孔便于装夹，具体实施步骤如下：
一、加工第一面：
1、在毛料下方放置在负压真空吸附平台上并拉直找正毛料，以毛料直角边设置XY原点，以毛料下表面为Z原点设置加工坐标系。打开真空吸附开关，将毛料固定
2、采用钻孔程序钻制沉头孔，钻孔深度39mm(孔最下端距离毛料底面1mm，防止真空失效)。
3、采用面铣刀铣毛料上表面；
4、卸下毛料，在已加工完成的沉头孔中塞入圆柱橡胶塞。
二、加工第二面：
1、毛料翻面，同样将毛料放置在真空吸附平台上，打开真空吸附开关，将毛料固定(不需要拉直找正)。
2、采用面铣刀铣毛料上表面，保证毛料厚度46±0.2mm。此时，沉头孔下端被打通。
4、卸下毛料，取出圆柱橡胶塞，完成了零件加工前的准备工作。
实施例2：典型零件为双面加工零件，零件最大厚度74mm，其毛料厚度80mm，零件加工前需要将毛料厚度加工至75±0.2mm，并按零件形状提前加工出双向沉头孔便于装夹，具体实施步骤如下：
一、加工第一面：
1、在毛料下方放置在负压真空吸附平台上并拉直找正毛料，以毛料直角边设置XY原点，以毛料下表面为Z原点设置加工坐标系。打开真空吸附开关，将毛料固定
2、采用钻孔程序钻制沉头孔，钻孔深度40mm；
3、采用面铣刀铣毛料上表面；
4、铣切XY直角边；
5、卸下毛料，在已加工完成的沉头孔中塞入圆柱橡胶塞。
二、加工第二面：
1、毛料翻面，同样将毛料放置在真空吸附平台上，按第一面加工的XY直角边拉直找正毛料并设置加工坐标系；打开真空吸附开关，将毛料固定。
2、采用钻孔程序钻制沉头孔，钻孔深度40mm。此时孔位与第一面孔位重合，完成了双向沉头孔的加工，类似哑铃结构；
3、采用面铣刀铣毛料上表面，保证毛料厚度75±0.2mm。
4、卸下毛料，取出圆柱橡胶塞，完成了零件加工前的准备工作。

Claims (5)

1.一种快速加工沉头孔的方法，其特征在于，步骤如下：
步骤1：准备工作：加工前在机床工作台上提前固定负压真空吸附平台，将毛料牢固的吸附在数控铣床工作台上；
步骤2：加工第一面：在毛料下方放置在负压真空吸附平台上并拉直找正毛料，以毛料直角边设置XY原点，以毛料下表面为Z原点设置加工坐标系，打开真空吸附开关，将毛料固定；
步骤3：采用沉头孔专用钻头钻制沉头孔，保证孔最下端距离毛料底面1mm以上距离，防止真空失效；
步骤4：采用面铣刀铣毛料上表面；
步骤5：卸下毛料，在已加工完成的沉头孔中塞入圆柱橡胶塞；
步骤6：加工第二面：毛料翻面，同样将毛料放置在真空吸附平台上，打开真空吸附开关，将毛料固定，不需要拉直找正；
步骤7：采用面铣刀铣毛料上表面，保证零件需要的的毛料厚度；此时，沉头孔下端被打通；由此，通过以上七个步骤完成了铣毛料上下平面和制沉头孔的工作，能进行下一步的零件铣切工序；
所述的沉头孔专用钻头，包括钻头的钻尖(1)、小直径刃部(2)、倒角连接段(3)、大直径刃部(4)、带排屑槽缩颈部(5)和柄部(6)；钻头刀具螺旋角为30°～35°，两齿结构，便于排屑；所述倒角连接段(3)尺寸为1×45°，便于一次加工沉头孔倒角；
所述带排屑槽缩颈部(5)长度50mm，其直径尺寸比大直径刃部(4)直径小4～6mm为宜，间隙过小不利于排屑，间隙过大影响刀具整体刚性；排屑槽螺旋角与刀刃螺旋角相同，便于制造和排屑；
所述柄部(6)与带排槽缩颈部(5)直径一致；所述大直径刃部(4)底部平面与倒角连接段(3)均带刀刃。
2.如权利要求1所述的一种快速加工沉头孔的方法，其特征在于，所述的沉头孔专用钻头的钻尖(1)角度为118°～120°。
3.如权利要求1或2所述的一种快速加工沉头孔的方法，其特征在于，所述的沉头孔专用钻头的小直径刃部(2)长度20mm，其直径尺寸按沉头螺栓螺纹大径尺寸加1mm设置；所述大直径刃部(4)长度40mm，其直径尺寸按沉头螺栓头部尺寸加2mm设置。
4.如权利要求1或2所述的一种快速加工沉头孔的方法，其特征在于，所述的毛料厚度为40mm以下时，采用的加工参数为：机床转速n＝2000～3000n/min，钻头进刀速度：300mm/min，加工速度：400～500mm/min，退刀速度：3000mm/min；程序采用点钻，一次直接钻透。
5.如权利要求1或2所述的一种快速加工沉头孔的方法，其特征在于，所述的毛料厚度为40mm以上时，加工参数为：机床转速n＝2000～3000n/min，钻头进刀速度：300mm/min，加工速度：400～500mm/min，退刀速度：3000mm/min；采用局部分层切削，即：40mm以内部分采用点钻，一次直接钻40mm深，剩余深度采用循环分层钻制，每层钻孔深度20mm。
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