一种复合材料变截面燕尾盲槽加工方法与流程

本发明属于复合材料机械加工技术领域，具体涉及一种复合材料变截面燕尾盲槽加工方法，它是一种针对复合材料实现变截面燕尾盲槽的可加工性。

背景技术：

燕尾槽属于一种机械结构，该结构形式一般用于作机械相对运动，也用于装配导向、定位和支撑。因为其运动精度高、稳定，在机床制造中被广泛应用。在导轨、滑槽等类似燕尾槽结构工件中，其燕尾槽一般为贯通结构，加工方式采用插削方式或定制燕尾槽成型铣刀进行铣削。

当燕尾槽为复合材料变截面燕尾盲槽时，燕尾槽内两侧面及底面相对于工件底面均为斜面，且截面延伸末端呈未贯通的盲槽结构形式，采用传统的燕尾槽加工方法会在燕尾槽末端位置产生过切问题，其加工工艺需对刀具切削路径进行优化，即在刀具与工件不干涉的情况下完成对燕尾槽的加工。同时，传统的燕尾槽加工方法无法满足复合材料的加工需求，刀具耐用度降低，同时相应提高了生产成本，降低了加工表面质量。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术的缺陷，提出一种复合材料变截面燕尾盲槽加工方法，以满足加工需求，降低生产成本，提高加工表面质量。

本发明采用的技术方案是，一种复合材料变截面燕尾盲槽加工方法，包括以下步骤：

一种复合材料变截面燕尾盲槽加工方法，包括以下步骤：

步骤1：制作粗加工刀具、半精加工刀具和嵌块，其中，所述嵌块的尺寸与标准变截面燕尾盲槽尺寸匹配；

步骤2：使用所述粗加工刀具去除大余量，形成矩形截面凹槽；

步骤3：使用所述半精加工刀具从所述矩形截面凹槽的截面外侧横向进刀，使刀具最大回转圆的切线位于所述变截面燕尾盲槽的槽底面轮廓线上，去除所述矩形截面凹槽盲端面及两侧面余量，形成盲端夹角处具有余量的变截面燕尾盲槽毛坯；

步骤4：将所述嵌块嵌入所述变截面燕尾盲槽毛坯内，去除变截面燕尾盲槽盲端夹角处余量，得到具有变截面燕尾盲槽的工件。

在一可选实施例中，所述复合材料变截面燕尾盲槽的开口面积小于槽底面积，且槽底所在平面与开口所在平面具有夹角，所述变截面燕尾盲槽的截面面积沿远离盲端的方向逐渐增大。

在一可选实施例中，所述粗加工刀具为表面设有金刚石磨粒的立铣刀，所述金刚石磨粒的粒径为60～80目。

在一可选实施例中，所述半精加工刀具为表面设有金刚石磨粒的燕尾槽铣刀，所述金刚石磨粒的粒径为60～80目。

在一可选实施例中，步骤2中所述粗加工刀具主轴转速为1500～2000rpm，进给速度不超过600mmpm。

在一可选实施例中，步骤3中所述半精加工刀具主轴转速为1500～2000rpm，进给速度不超过150mmpm。

在一可选实施例中，所述刀具底刃开十字排屑槽，侧刃开螺旋排屑槽。

在一可选实施例中，所述粗加工刀具的直径不大于所述变截面燕尾盲槽的最小开口宽度；所述精加工刀具的最大直径不大于所述变截面燕尾盲槽的最小底面宽度。

在一可选实施例中，步骤2或步骤3中使用吸尘设备清理切削粉尘。

在一可选实施例中，所述嵌块包括限位板及与所述限位板连接的嵌块基体，所述嵌块基体上相应于标准变截面燕尾盲槽盲端的一端设有凹槽，所述凹槽的侧表面为斜面，且与所述嵌块基体的侧表面相交形成尖角，所述限位板位于所述嵌块基体的与所述尖角相对的一端，用于限制所述嵌块基体嵌入变截面燕尾盲槽毛坯的深度。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明提供了一种复合材料变截面燕尾盲槽的加工方法，通过粗加工、半精加工、最后试配精修的工艺流程实现了对工件的加工；

通过控制半精加工过程中的刀路轨迹，避免了对盲端的过切；

同时，采用专用电镀金刚石刀具，有效地提高了刀具耐用度，降低了生产成本；

降低半精加工过程的进给量，防止了工件燕尾槽加工过程的崩角，较好的保证了工件的加工质量。

附图说明

图1是本发明实施例提供了一种复合材料变截面燕尾盲槽加工方法流程图；

图2是本发明实施例中变截面燕尾盲槽的结构示意图；

图3是图2的左视图；

图4是图2的俯视图；

图5是本发明实施例半精加工刀具路径；

图6是本发明实施例提供的电镀金刚石磨粒的立铣刀；

图7是本发明实施例提供的电镀金刚石磨粒的燕尾槽铣刀。

图8是本发明实施例提供的嵌块结构示意图；

图9为本发明实施例提供的嵌块的另一视角结构示意图；

图10为本发明实施例提供的嵌块的尖角局部示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

参见图1，本发明实施例提供了一种复合材料变截面燕尾盲槽加工方法，包括以下步骤：

步骤1：制作粗加工刀具、半精加工刀具和嵌块，其中，所述嵌块的尺寸与标准变截面燕尾盲槽尺寸匹配；

具体地，本发明实施例中，所述复合材料变截面燕尾盲槽的开口面积小于槽底面积，且槽底所在平面与开口所在平面具有夹角，所述变截面燕尾盲槽的截面面积沿远离盲端的方向逐渐增大；所述复合材料为玻璃纤维、石英纤维、芳纶纤维等纤维增强树脂基复合材料。

具体地，参见图2-4，本发明实施例中，步骤1包括：

步骤1a：确定标准变截面燕尾盲槽尺寸，包括燕尾盲槽燕尾边最小距离(开口最小宽度)l1，燕尾盲槽根部最小距离(槽底面最小宽度)l2，燕尾盲槽内侧面与槽底面夹角θ1，槽底面与工件底面夹角θ2，燕尾边与中心线夹角θ3；

步骤1b：根据步骤1a所记录尺寸定制刀具：1)根据尺寸l1定制作为粗加工刀具的立铣刀，其直径d1应小于l1；2)根据尺寸l1、l2、θ1定制作为半精加工刀具的燕尾槽铣刀，刀具侧刃角度θ等于θ1，底部最大回转直径d2小于l2；

参见图6和7，本发明实施例中，为提高刀具耐用度，降低生产成本，所述粗加工刀具为表面设有金刚石磨粒的立铣刀1，所述金刚石磨粒的粒径为60～80目；所述半精加工刀具为表面设有金刚石磨粒2的燕尾槽铣刀3，所述金刚石磨粒的粒径为60～80目。所述金刚石磨粒通过电镀的方式设置在刀具表面。为便于排除复合材料碎屑，所述刀具底刃开十字排屑槽，侧刃开螺旋排屑槽。本发明实施例尤适用于玻璃纤维复合材料。

步骤2：使用所述粗加工刀具去除大余量，形成矩形截面凹槽；

具体地，在待加工燕尾盲槽的复合材料工件上，找准加工位置，使用所述粗加工刀具去除大余量，形成矩形截面凹槽，加工时所述粗加工刀具主轴转速为1500～2000rpm，进给速度不超过600mmpm。为避免纤维无法切断，进给速度控制在一定范围内操作，同时选用规定范围内较高的切削参数，以提高粗加工效率。

步骤3：使用所述半精加工刀具从所述矩形截面凹槽的截面外侧横向进刀，使刀具最大回转圆的切线位于所述变截面燕尾盲槽的槽底面轮廓线上，去除所述矩形截面凹槽盲端面及两侧面余量，形成盲端夹角处具有余量的变截面燕尾盲槽毛坯；

具体地，本发明实施例步骤3中所述半精加工刀具主轴转速为1500～2000rpm，进给速度不超过150mmpm。通过控制主轴转速及进给速度，避免复合材料发生崩角，提高了工件加工精度。

步骤4：将所述嵌块嵌入变截面燕尾盲槽毛坯内，去除所述变截面燕尾盲槽盲端夹角处余量，得到具有变截面燕尾盲槽的工件。

具体地，由于纤维复合材料加工过程形成的切屑与金属不同，呈粉尘状，对人体有害。切削液对纤维复合材料本身性能会产生较大的影响，本发明实施例中，步骤2或步骤3中不使用切削液，进刀过程中使用吸尘设备及时清理复合材料的切削粉尘。

具体地，在一可选实施例中，参见图8-10，所述嵌块包括限位板4和嵌块基体5，嵌块基体5的轮廓尺寸与标准变截面燕尾盲槽尺寸相同，唯一不同的是嵌块基体5上相应于标准变截面燕尾盲槽盲端的一端设有凹槽，所述凹槽的侧表面为斜面，且与嵌块基体5的侧表面相交形成尖角，限位板4位于嵌块基体5的与尖角相对的一端，用于限制嵌块基体5嵌入变截面燕尾盲槽毛坯的深度。通过限位板保证燕尾槽盲端不存在过切问题，精确控制燕尾盲槽的加工深度；通过设置尖角，利用所述尖角作为切削刃，在插入嵌块时对变截面燕尾盲槽毛坯的侧壁进行精加工，直接去除余量，得到型面精度较高的变截面燕尾盲槽，本发明实施例中，嵌块材质采用高速钢，具有良好的韧性及较高的硬度，尖角角度α为15—25°；角度越大，根部材料加工抗力越大；角度越小，抗力较小，但其尖角强度随之下降，容易出现崩边的情况。

在其他实施例中，嵌块轮廓尺寸可以与标准变截面燕尾盲槽的尺寸相同，精修时，将所述嵌块嵌入变截面燕尾盲槽毛坯内，当嵌块被卡时，计算嵌块被卡位置，根据嵌块被卡位置对毛坯内余量进行切削，然后再将嵌块嵌入变截面燕尾盲槽毛坯内，若嵌块外端面与燕尾盲槽外端面完全重合，则停止加工，得到高精度变截面燕尾盲槽，若嵌块外端面仍然无法与燕尾盲槽外端面完全重合，则计算两端面差值。根据所述差值确定加工位置，继续对燕尾盲槽进行精加工，直至嵌块外端面与燕尾盲槽外端面完全重合，则停止加工，得到高精度变截面燕尾盲槽。

本发明提供了一种复合材料变截面燕尾盲槽的加工方法，通过粗加工、半精加工、最后试配精修的工艺流程实现了对工件的加工；通过控制精加工过程中的刀路轨迹，避免了对盲端的过切；同时采用专用电镀金刚石刀具，有效地提高了刀具耐用度，降低了生产成本；降低半精加工过程的进给量，防止了工件燕尾槽加工过程的崩角，较好的保证了工件的加工质量。

以下为本发明的一具体实施例：

待加工工件是由模压工艺成型的树脂基玻璃纤维复合材料，待加工变截面燕尾盲槽位于毛坯内弧面上，其加工具体步骤如下：

s1：测量变截面燕尾盲槽尺寸，燕尾盲槽燕尾边最小距离l1＝15mm，燕尾盲槽根部最小距离l2＝19.5mm，燕尾盲槽内侧面与底面夹角θ1＝60°，底面与工件底面夹角θ2＝5°，燕尾边与中心线夹角θ3＝8.25°；

s2：根据步骤s1所记录尺寸定制刀具：1)根据尺寸l1定制电镀金刚石立铣刀，其直径d1＝10mm；2)根据尺寸l1、l2、θ1定制电镀金刚石燕尾槽铣刀，刀具侧刃角度等于θ＝60°，底部最大回转直径d2＝15mm；金刚石磨粒粒度选用60～80目，刀具底刃开十字排屑槽，侧刃开螺旋排屑槽。

s3：将万能转台放置在机床工作台上，将工件毛坯放置于万能转台上，并定位夹紧，调整万能转台角度至燕尾槽底面与机床工作台平行，即燕尾槽底面与主轴垂直，找正底面及毛坯端面中心，确定加工原点，然后在水平面内调整工件毛坯位置，使工件毛坯在机床坐标系内与三维模型中的加工坐标系内保持相同位置；

s4：利用ug软件的计算机辅助制造功能模块根据三维模型编制粗加工程序，采用专用镀金刚石立铣刀，主轴转速为1600rpm，进给速度为500mmpm，采用跟随部件周边刀路策略去除大余量，形成矩形截面凹槽，加工不使用切削液，进刀过程中使用吸尘设备及时清理复合材料的切削粉尘；

s5：更换刀具，使用镀金刚石燕尾槽铣刀半精加工变截面燕尾盲槽，控制刀具从燕尾槽截面外侧横向进刀，主轴转速为1600rpm，进给速度为120mmpm，根据刀具直径设置刀具半径补偿，控制精加工刀具路径，从燕尾槽外侧横向进刀，参见图5，在进刀点(x1,y1)开始切削，作直线插补进给，到达燕尾槽根部拐点(x2,y2)后，平行于工作台x方向进给，到达根部与(x2,y2)对称的点(x3,y3)，最后到与(x1,y1)对称的点(x4,y4)，完成燕尾槽两侧燕尾处残余切削，切削过程中，燕尾槽底面为z向零点，刀轴轨迹始终平行于燕尾槽的内侧面；对于燕尾槽根部处避免过切，使刀具最大回转圆的切线位于所述变截面燕尾盲槽的槽底面轮廓线上；加工不使用切削液，进刀过程中使用吸尘设备及时清理复合材料的切削粉尘；

s6：根据变截面燕尾盲槽尺寸制作嵌块，所述嵌块包括限位板4，嵌块基体5，连接螺钉6；嵌块基体5与燕尾盲槽尺寸相配合对应，唯一不同的是嵌块基体5上相应于标准变截面燕尾盲槽盲端的一端设有凹槽，所述凹槽的侧表面为斜面，且与嵌块基体5的侧表面相交形成为20°尖刃；

s7：钳工试装嵌块，从侧面滑入燕尾盲槽并与燕尾面配合，精修燕尾槽根部余量，使用工具对根部进行锉修，得到具有变截面燕尾盲槽的工件，同时通过嵌块的试配验证了加工完成工件的燕尾盲槽。

本发明实施例提供的变截面燕尾盲槽加工表面纤维平齐，无崩边；测量燕尾槽角度60.017°，槽底部最小宽度20.2mm，最大宽度40.15mm，与对应安装的双斜燕尾槽滑块装配精度高，无装配干涉问题，实现了纤维增强复合材料双斜燕尾盲槽工件的加工。

本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知常识。所述的具体实施例仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的人员可以对所述的具体实施例做不同的修改或补充或采用类似的方式代替，但不偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。