一种碳纤维复合材料陀螺式铣削钻孔工艺的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明应用于碳纤维复合材料钻孔加工领域，具体涉及一种碳纤维复合材料"陀 螺式"铣削钻孔工艺。
【背景技术】
[0002] 碳纤维复合材料具有轻质、高强、耐腐蚀等优点，被广泛应用在飞机制造工业中。 但是，碳纤维复合材料在钻孔加工时，在孔的出口处容易产生分层现象，对其服役性能产生 很大的影响。因此，解决碳纤维复合材料钻孔时的分层现象成为飞机制造行业急需解决的 问题。
[0003] 目前，解决此类问题的方法主要有：采用金刚石刀具"以磨代钻"工艺、"螺旋铣孔" 工艺等。在金刚石刀具"以磨代钻"工艺中，用金刚石磨粒代替钻头进行钻孔，刀具的运动 方式采用传统的进给方式。在"螺旋铣孔"工艺中，铣刀以螺旋运动形式进给，用铣刀代替 钻头进行钻孔。
[0004] 本发明提出了一种特殊的刀具运动方式，即"陀螺式"运动。在这种方式下，刀具 在绕自身轴线旋转的同时，又进行圆锥摆动方式运动，刀具既"自转"又"公转"，利用铣削方 式实现钻孔，解决碳纤维复合材料钻孔时的出口分层问题。
【发明内容】
[0005] 本发明提出了采用"陀螺式"铣削钻孔方式对碳纤维复合材料进行钻孔，铣刀在绕 自转轴旋转的同时，又绕公转轴公转，即进行"陀螺式"运动。
[0006] 本发明采用的技术方案如下：一种碳纤维复合材料陀螺式铣削钻孔工艺，其特征 在于工艺步骤如下：铣刀安装在三轴数控铣床的主轴上，可以沿数控铣床的Z轴进给；在铣 床的工作台上，安装多轴旋转工作台，使工作台的台面与水平面倾斜角度#;被加工的碳纤 维复合材料工件安装在旋转工作台上，绕工作台的中心轴旋转；在进行钻孔操作时，同时控 制铣刀沿Z向进给的速度和铣床工作台沿X向进给的速度，使合成速度沿旋转工作台的旋 转轴方向，从而实现铣刀的"陀螺式"运动，完成钻孔动作。
[0007] 本发明所述自转轴与共转轴成一夹角_，夹角￡?可以根据被加工孔的形状进行调 整。
[0008] 本发明的优点是：在铣刀进行"陀螺式"运动的同时，沿公转轴向着工件表面进给， 从而利用铣削的方式加工出"孔"来。这一运动方式的最大优势在于可以大大降低碳纤维 工件在"孔"的出口处受到的拉力，从而减少出口分层现象。同时，利用铣削代替了传统的 钻削，可以使孔的内表面质量得到提高，减少碳纤维材料钻孔时的"毛刺"。
【附图说明】
[0009] 图1 "陀螺式"铣削钻孔加工原理。
[0010] 在图中，（a)钻孔开始加工原理图，（b)钻孔结束加工原理图。
[0011] 图2 "陀螺式"铣削钻孔加工实施原理图。
【具体实施方式】
[0012] 本发明提出了采用"陀螺式"铣削钻孔方式对碳纤维复合材料进行钻孔，"陀螺式" 铣削钻孔加工原理如图1所示。铣刀在绕自转轴旋转的同时，又绕公转轴公转，即进行"陀 螺式"运动。自转轴与共转轴成一夹角_，夹角:S1可以根据被加工孔的形状进行调整。在 铣刀进行"陀螺式"运动的同时，沿公转轴向着工件表面进给，从而利用铣削的方式加工出 "孔"来。这一运动方式的最大优势在于可以大大降低碳纤维工件在"孔"的出口处受到的 拉力，从而减少出口分层现象。同时，利用铣削代替了传统的钻削，可以使孔的内表面质量 得到提高，减少碳纤维材料钻孔时的"毛刺"。
[0013] 本发明的【具体实施方式】如图2所示。铣刀安装在三轴数控铣床的主轴上，可以沿 数控铣床的Z轴进给。在铣床的工作台上，安装多轴旋转工作台，使工作台的台面与水平面 倾斜角度翁。被加工的碳纤维复合材料工件安装在旋转工作台上，绕工作台的中心轴旋转。 在进行钻孔操作时，同时控制铣刀沿Z向进给的速度和铣床工作台沿X向进给的速度，使合 成速度沿旋转工作台的旋转轴方向，从而实现铣刀的"陀螺式"运动，完成钻孔动作。
【主权项】
1. 一种碳纤维复合材料陀螺式铣削钻孔工艺，其特征在于工艺步骤如下：铣刀安装在 三轴数控铣床的主轴上，可以沿数控铣床的Z轴进给；在铣床的工作台上，安装多轴旋转工 作台，使工作台的台面与水平面倾斜角度e;被加工的碳纤维复合材料工件安装在旋转工 作台上，绕工作台的中心轴旋转；在进行钻孔操作时，同时控制铣刀沿Z向进给的速度和铣 床工作台沿X向进给的速度，使合成速度沿旋转工作台的旋转轴方向，从而实现铣刀的"陀 螺式"运动，完成钻孔动作。
【专利摘要】本发明是一种碳纤维复合材料陀螺式铣削钻孔工艺，本发明提出的是一种特殊的刀具运动方式，即“陀螺式”运动，铣刀在绕自身轴线旋转的同时，又绕公转轴公转。自转轴与共转轴成一夹角？，夹角可以根据被加工孔的形状进行调整。在铣刀进行“陀螺式”运动的同时，沿着公转轴向工件表面进给，从而利用铣削的方式加工出“孔”来。这一运动方式的最大优势在于可以大大降低碳纤维工件在“孔”的出口处受到的拉力，从而减少出口分层现象。
【IPC分类】B23Q5/32, B23C3/00, B23C9/00
【公开号】CN105269048
【申请号】CN201510709886
【发明人】高延峰, 宋文庆, 路冬, 万文, 柴京富
【申请人】南昌航空大学
【公开日】2016年1月27日
【申请日】2015年10月28日