一种复合材料与金属叠层结构的正向-反向进给螺旋铣孔方法技术

本发明专利技术公开了一种复合材料与金属叠层结构的正向‑反向进给螺旋铣孔方法，其特征在于具有如下步骤：S1、刀具正向进给螺旋铣孔铣预加工孔，直至刀具切削部的后端切削区伸出出口侧；S2、单次或多次调节刀具偏心量，从出口侧反向进给螺旋铣孔，铣出孔径为D与预加工孔同轴的孔，得到待加工的通孔，加工完毕，其中，D为待加工的通孔的孔径。本发明专利技术用于复合材料和金属叠层结构件制孔时，从金属层开始加工、然后加工复合材料层的情况，可避免复合材料出现超出加工要求的分层、撕裂等缺陷，提高加工质量；复合材料出口侧无需使用额外垫板，节约成本，简化加工过程，提高生产效率，并且降低了刀具设计难度，提高刀具寿命。

Forward backward feed helical milling method for composite material and metal laminated structure

The invention discloses a forward reverse feed spiral milling method for composite material and metal laminated structure, which is characterized by the following steps: S1, cutting tool forward feed spiral milling hole milling pre-machining hole, until the back end cutting area of the cutting tool reaches the exit side; S2, single or multiple adjustment of tool eccentricity, from the exit side. When the hole is fed by helical milling with reverse feed at the mouth side, the hole whose diameter is D is coaxial with the pre-processed hole is milled, and the through hole to be processed is obtained, and the through hole to be processed is finished. Among them, D is the through hole to be processed. When the invention is used for making holes in composite materials and metal laminated structural parts, the composite material layer is processed from the metal layer, and then the composite material layer is processed. The defects such as delamination and tearing beyond the processing requirements of the composite material can be avoided, and the processing quality can be improved; the composite material export side does not need to use additional pads, thus saving cost and simplifying addition. The process improves production efficiency, reduces tool design difficulty and improves tool life.

【技术实现步骤摘要】
一种复合材料与金属叠层结构的正向-反向进给螺旋铣孔方法
本专利技术涉及航空航天飞行器装配中的制孔加工
，具体涉及一种复合材料与金属叠层结构的正向-反向进给螺旋铣孔方法。
技术介绍
航空航天飞行器设计中大量使用复合材料，在飞行器装配过程中经常遇到复合材料与金属叠层结构的制孔问题。由于飞行器结构复杂，装配制孔时作业空间有限或设计上的特殊要求等原因，某些复合材料与金属叠层结构的制孔，刀具必须从金属侧切入，从复合材料侧切出。常用的制孔方法为使用钻头钻孔，使用这种加工方法时，会产生较大的轴向切削力。还有一种新的制孔方法为使用特制立铣刀进行螺旋铣孔，其轴向切削力虽然较钻孔小，但仍然存在。复合材料通常是由多层纤维组合而成的，不同纤维层之间通常为强度较弱的树脂基体材料，加工中的轴向力是引起复合材料加工损伤的主要原因，在刀具从复合材料一侧切出时，在刀具轴向切削力的作用下，靠近出口侧纤维层产生变形，将不同纤维层之间的树脂基体拉断，形成分层、撕裂等加工缺陷，影响制孔质量，如图6所示为钻孔出口侧形成加工缺陷的情况，如图8所示为螺旋铣孔出口侧形成加工缺陷的情况。如果在复合材料后端增加一层垫板，当刀具切削到靠近复合材料出口一侧时，靠近出口侧的纤维层会受到垫板的支撑而不发生大的变形，纤维层间的树脂基体不会被破坏，从而避免分层、撕裂等加工缺陷的出现，如图7所示为钻孔有垫板的情况，如图9所示为螺旋铣孔有垫板的情况。但是实际生产中，有些情况下复合材料背面无法在制孔时加装垫板；有些情况下虽然能在制孔时加装垫板，但垫板的安装拆卸将大幅增加生产成本，降低生产效率。因此，对于必须从复合材料侧切出的复合材料与金属的叠层结构，如何实现无垫板情况下的无缺陷高质量制孔是目前急需解决的技术难题。
技术实现思路
本专利技术针对以上问题，研究设计一种复合材料与金属叠层结构的正向-反向进给螺旋铣孔方法，解决复合材料出口易出现分层、撕裂的等缺陷和垫板安装费时费力的问题。本专利技术采用技术手段如下：一种复合材料与金属叠层结构的正向-反向进给螺旋铣孔方法，具有如下步骤：S1、刀具正向进给以螺旋铣孔方式铣预加工孔，预加工孔的孔径为D1，D1＜D，D为待加工的通孔的最终孔径，直至刀具的切削部的后端切削区伸出出口侧；S2、单次或多次调节刀具偏心量，从出口侧(出口侧的材质为复合材料)反向进给螺旋铣孔铣出孔径为D的通孔。所述步骤S1具有如下步骤：S11、计算预加工孔的孔径D1；S12、选取刀具；S13、装夹待加工工件和所述刀具；S14、将所述刀具偏心量调节至e1＝(D1-d)/2，其中，d为所述刀具的切削部的直径，驱动所述刀具从入口侧正向进给螺旋铣孔铣出孔径为D1的预加工孔，直至所述刀具的切削部的后端切削区伸出出口侧。所述步骤S2具有如下步骤：S21、若D-Di<d-d0，将所述刀具偏心量调节至e＝(D-d)/2，从出口侧反向进给螺旋铣孔，铣出孔径为D与预加工孔同轴的孔，得到待加工的通孔，加工完毕，其中，Di为前一次螺旋铣孔后，出口侧的孔径，d为所述刀具的切削部的直径，d0为所述刀具的颈部的直径，i＝1，2，3，4……；若D-Di≥d-d0，将所述刀具偏心量调节至e(i+1)满足ei<e(i+1)<ei+(d-d0)/2，从出口侧反向进给螺旋铣孔，铣出与预加工孔同轴的通孔，将所述刀具偏心量调节至e0<e(i+1)，正向进给，使所述刀具的切削部的后端切削区伸出出口侧，其中，Di为前一次螺旋铣孔后，出口侧的孔径，d为所述刀具的切削部的直径，d0为所述刀具的颈部的直径，ei为出口侧产生孔径为Di的孔时，所述刀具偏心量，e(i+1)为本次螺旋铣孔时，所述刀具偏心量，i＝1，2，3，4……；S22、重复步骤S21。所述步骤S11中，D1的计算方法为：根据待加工的通孔的孔径D，加工要求的损伤区域径向单边最大宽度K和由以往实验数据和生产经验确定的螺旋铣预加工孔产生的损伤区域径向单边最大宽度K1，则D1满足：D1<D+2×K-2×K1，D1具体数值根据实际情况确定。所述步骤S12中，刀具的选取方法为：刀具包括切削部、颈部和柄部，切削部包括前端切削区、圆周切削区和后端切削区，切削部的直径d满足D1/2<d<D1，颈部直径d0满足d0<d，颈部的长度h>H，H为待加工的通孔的孔深，正向进给至所述刀具的切削部的后端切削区伸出出口侧时，柄部未进入孔内。所述待加工工件为叠层结构，包括至少一层复合材料和至少一层金属材料。所述刀具的驱动装置为加工中心或具有偏心量自动调节功能的螺旋铣专用设备或其他可驱动刀具实现本专利技术所需运动的加工设备。所述步骤S21中，从出口侧反向进给螺旋铣孔的方法为：刀具自身高速旋转的同时，沿螺旋轨迹向出口侧进给，利用所述刀具的切削部的后端切削区对出口侧进行螺旋铣削。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1.可避免复合材料出现超出加工要求的分层、撕裂等缺陷，提高加工质量。在本专利技术螺旋铣孔过程中，由于复合材料背面无垫板，可能产生较大的加工缺陷，但有缺陷的材料会在后续的反向进给螺旋铣孔过程中被切削掉，且反向进给螺旋铣孔过程不会再产生新的加工缺陷。这是因为在反向进给螺旋铣孔过程中复合材料受到的轴向力方向发生了改变，不会使纤维层产生可能导致分层、撕裂的变形。当刀具反向进给螺旋铣孔接近复合材料与金属层的界面时，金属层可充当垫板，使复合材料在此处的纤维层也不出现分层、撕裂等缺陷。2.复合材料出口侧无需使用额外垫板，节约成本，简化加工过程，提高生产效率。3.降低刀具设计难度。本专利技术使用的刀具前端切削区进行正向进给螺旋铣孔时，允许产生一定尺度内的加工缺陷，相当于降低了刀具前端切削区刃形的设计要求，更容易获得可使用的刀具。4.提高刀具寿命。本专利技术使用前端切削区进行正向进给螺旋铣孔时，允许产生一定尺度内的加工缺陷，因此前端切削区切削刃产生一定磨损后，即使加工质量下降，也能继续使用，直至产生的加工缺陷超过本专利技术的允许值。本专利技术使用后端切削区反向进给螺旋铣孔时，由于金属层可以充当垫板，因此即使产生一定程度的磨损，也不会在复合材料靠近金属一侧产生加工缺陷。基于上述理由本专利技术可在制孔加工技术等领域广泛推广。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术的具体实施方式中一种复合材料与金属叠层结构的正向-反向进给螺旋铣孔方法的流程图。图2是本专利技术的具体实施方式中刀具的结构示意图。图3是本专利技术的具体实施方式中刀具从入口侧正向进给螺旋铣预加工孔示意图。图4是本专利技术的具体实施方式中刀具调整偏心量示意图。图5是本专利技术的具体实施方式中刀具从出口侧反向进给螺旋铣孔示意图。图6是本专利技术
技术介绍
中现有钻孔加工方法下复合材料出口侧加工损伤形成原理示意图。图7是本专利技术
技术介绍
中现有钻孔加工方法下复合材料出口侧有垫板时对加工损伤抑制原理示意图。图8是本专利技术
技术介绍
中现有螺旋铣孔加工方法本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合材料与金属叠层结构的正向‑反向进给螺旋铣孔方法，其特征在于具有如下步骤：S1、刀具正向进给螺旋铣预加工孔，预加工孔的孔径为D1，D1＜D，D为待加工的通孔的最终孔径，直至刀具的切削部的后端切削区伸出出口侧；S2、单次或多次调节刀具偏心量，从出口侧反向进给螺旋铣孔，铣出孔径为D的通孔。

【技术特征摘要】
1.一种复合材料与金属叠层结构的正向-反向进给螺旋铣孔方法，其特征在于具有如下步骤：S1、刀具正向进给螺旋铣预加工孔，预加工孔的孔径为D1，D1＜D，D为待加工的通孔的最终孔径，直至刀具的切削部的后端切削区伸出出口侧；S2、单次或多次调节刀具偏心量，从出口侧反向进给螺旋铣孔，铣出孔径为D的通孔。2.根据权利要求1所述的一种复合材料与金属叠层结构的正向-反向进给螺旋铣孔方法，其特征在于：所述步骤S1具有如下步骤：S11、计算预加工孔的孔径D1；S12、选取刀具；S13、装夹待加工工件和所述刀具；S14、将所述刀具偏心量调节至e1＝(D1-d)/2，其中，d为所述刀具的切削部的直径，驱动所述刀具从入口侧正向进给螺旋铣孔，铣出孔径为D1的预加工孔，直至所述刀具的切削部的后端切削区伸出出口侧。3.根据权利要求1所述的一种复合材料与金属叠层结构的正向-反向进给螺旋铣孔方法，其特征在于：所述步骤S2具有如下步骤：S21、若D-Di<d-d0，将所述刀具偏心量调节至e＝(D-d)/2，从出口侧反向进给螺旋铣孔，铣出孔径为D与预加工孔同轴的孔，得到待加工的通孔，加工完毕，其中，Di为前一次螺旋铣孔后，出口侧的孔径，d为所述刀具的切削部的直径，d0为所述刀具的颈部的直径，i＝1，2，3，4……；若D-Di≥d-d0，将所述刀具偏心量调节至e(i+1)满足ei<e(i+1)<ei+(d-d0)/2，从出口侧反向进给螺旋铣孔，铣出与预加工孔同轴的通孔，将所述刀具偏心量调节至e0<e(i+1)，正向进给，使所述刀具的切削部的后端切削区伸出出口侧，其中，Di为前一次螺旋铣孔后，出口侧的孔径，d为所述刀具的切削部的直径，d0为所述刀具的颈部的直径，ei为出口侧产生孔径...

【专利技术属性】
技术研发人员：董志刚，康仁科，杨国林，朱祥龙，高宇，郭东明，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21