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CFRP螺旋铣孔过程工艺研究及切削参数优化

op=2万nP /60(rad/s)

C2-2)

轴向进给速度

fa=axnp

(2-3)

刀具中心轨述嫘旋角

a=arctan(I（/

万x(Dh- D。)Xnp))

(2-4)

见图2-2可知

ta位 ＝ a = 3

I

=

=

(？－5)

I巩Dh - D。) np欢Dh -[)。) s,zn

I

则有切向每齿进给拯

p3=n兀（Di.,-D.)

p

nz (2-6)

从公式2-1)到公式(.l-6)可以看出，自转迂度、切向每齿进给足、轴向进给速度是螺旌铣孔过程中主要切削参数。本汽主要研究CFRP嫘旋铣孔过程中自转速度、切向每齿进给岳和轴向进给昼对切削力、加工质昼等的影呐．

CFRP螺旋铣孔工艺切削试验设计

在生产实践中，切削力是监控切削状态，设计和使用机床、刀具的重要依据，直换膨响滔加工枯度、加工表而质预租刀具席损(56]。对CFRP螺旋铣孔工艺过程开展试验研究，通过实时监测嫘旋铣孔过程中切闱力的变化估况，比较分析孔加工质兄和刀具肪损，研究螺旋铣孔加工工艺参数对加工过程的影响．

l、试验设备

嫘旋铣孔作为新兴的制孔工艺，其品终的实现目标是通过使携式制孔单元与柔性机钺臂配合完成制孔。但是，在研制升发嫘雄铣孔单元之前，需要对螺旋铣孔动力学、加工工艺等进行基础比研究，为优化螺旋铣孔工艺参数、研制螺旋铣孔单元、制定螺旋铣孔单元切削用壺提供依据．

加工中心粘度商｀刚度大，适合做基础性试验研究。本螺旋铣孔切削试验在五轴窝速加工中心DMC7SV!ineat．上完成，如图2-3所示。该加工中心可实现五轴联动加工，通过蛛旋插补实现刀具的蛛旋进给，其主要技术性能指标见表2-1.

图2-3DMC75Vlii,e也．五轴布速加丁一中心 图2-4婌旋铣孔专用铣刀

2、试验样木材料

目前，飞机复合材料结构的主要形式是由单向培强碳纤维预没骨逐层铺叠、漫祯在基体树脂中并固化而成的层压结构，本试验中复合材料选用双马来酰戏胺树脂(BMI)碳纤维复合材料（预没料）5428/T?OO，纤维铺层方向为[+45/0/90/-45]趴其性能为准各向同性，其性訰参数见表2-2。本文试验中所有工件样板均采用200mmX1201111n, CFRP 单板试验时试件佴5mm.

表2-1 DMC75Vli虚杠主要技术性能折标

扭矩(40/100%D_2 主轴功率(40/100%DC)80/60l-f.m 46/35kW

表2-2CFRP性能参数

最大转速 奻大进给速度

28000北m 90000mm/mi11

材料

树脂含址

穹曲强度

拉伸强度

比强度

CFRP

35士3%

1865MPa

1760MPa

1100MP立但,ll．｝1

密度

挥发性含扯

拉伸校社

层问剪切强度

比刚度

0.134 cm3

1.2%

130GPa

96.5MPa

SIGPa,ri;:c1心

3、试验刀具

试验用刀具为螺旋铣孔专用立铣刀，如图2-4所示。该刀具为整体硬质合金刀具，直径6mm,长55mm, 四刃，螺旋角为3o·, 抗弯强疫为 4500N /mm2。本

试验选用问时适用于CFRP租饮合金切削伯TiAIN涂摆刀具，该刀具刃口耐磨性好，具有良好的韧性和抗热变形能力。刀具铣孔过程中，底刃与侧刃问时参与切削，底刃主要参与轴向进给，侧刃主要参与孔壁的加工。

4、试验检测设备

测力传感器的选择是测虽切削力首要觯决的问题。在本试验过程中，采用瑞

I:Kist上公司的Kistler9257B三向庄电式利力仪，同时测侄XY、乙三个方向的铣削力变化恃况，配套仕用Kistler5070A电荷放大器，采用Dyi10W丽e数据采拱分析系统，对力伯号进行采揉处理．本试验中测力仪安装在工件上，故采线到的力伯号是工件所受的力．测力系统如图2-5所示．

在实验过程中，同时采用离线检测方式，实时地踉踪观察刀具切削过程中的磨损估况。实验采用图2.6所示的普心森SQJOOA视损显微锐，加工一定数控孔后，取下刀具，对刀具的肝炽进行实时拍照，井进行磨抇值的测昼，研究不问加工妖件下刀具的肝损悄i兄．

泭加工孔质性的检测主要有孔径误差、圆度误差、出入口质呈和孔壁表而杻糙度等方而。其中孔径误差和圆度误差的检测在三坐标测巠仪上完成，出入口质登的观察在超保深靠微俭上完成，钦合金孔壁表而粗栈度利用