飞机壁板柔性装配螺旋铣孔单元的研制

针对现代飞机壁板高效精密制孔的需求,研制一种面向大型航空组件柔性装配的新型螺旋铣孔单元。首先,通过对国内外现有机身自动制孔系统的技术分析,并结合壁板装配制孔的作业特点,引入一种新兴的制孔技术——螺旋铣孔。其次,对螺旋铣孔运动进行功能分解,展开了螺旋铣孔单元的模块化设计,确定了偏心调节模块的传动方案,设计了铣刀结构与装夹方式。最后,基于螺旋铣孔单元样机,对航空铝合金和碳纤维复合材料进行了切削试验,结果表明铣孔质量基本满足飞机装配的精度要求。     

飞机壁板柔性装配螺旋铣孔单元的研制

针对现代飞机壁板高效精密制孔的需求,研制了一种新型的螺旋铣孔单元。首先,通过对国内外现有机身自动制孔系统的技术分析,并结合壁板装配制孔的作业特点,引入一种新兴的制孔技术—螺旋铣孔。其次,对螺旋铣孔运动进行功能分解,展开了螺旋铣孔单元的模块化设计,确定了偏心调节模块的传动方案,设计了铣刀结构与装夹方式。最后,基于螺旋铣孔单元样机,对航空铝合金和碳纤维复合材料进行了切削试验,结果表明铣孔质量基本满足飞机装配的精度要求。样机的成功研制,对提升我国飞机柔性装配整体水平具有重要的现实意义。     

钛合金螺旋铣孔与传统钻孔的加工质量对比

对钛合金进行了螺旋铣孔与传统钻孔试验,研究了两种孔的加工质量及影响因素。结果表明:钛合金螺旋铣孔的质量相对较高,表面粗糙度相对较小;对于螺旋铣孔工艺,轴向每转进给量是影响孔表面粗糙度的主要因素,切向每齿进给量是影响孔圆度的主要因素,螺旋铣孔参数对孔径的影响不大;对于传统钻孔工艺,轴向每转进给量是影响孔表面粗糙度、圆度和孔径的主要因素。     

基于ABAQUS的钛合金螺旋铣孔仿真及试验验证

为了提高螺旋铣孔的制孔质量,需要预测加工过程中的切削力大小规律。通过ABAUQS/Explicit求解器模块对螺旋铣孔进行试验验证,分析并建立了钛合金螺旋铣孔仿真中的一系列模型,提出综合位移分离法和能量分离法来定义材料的分离属性。针对螺旋铣孔的特殊运动路径,运用连接器与边界载荷条件协同模拟实现。通过仿真模拟得出螺旋铣孔加工中切削力的变化规律,同时分析了最大应力应变的属性和分布特点。     

基于有限元仿真的碳纤维复合材料螺旋铣孔研究

碳纤维复合材料传统钻孔过程中,常常出现毛刺、撕裂、分层等缺陷,螺旋铣孔作为一种新的制孔工艺,能有效减少制孔过程中出现的问题。基于ABAQUS有限元软件分别建立碳纤维复合材料螺旋铣孔和传统钻孔的三维模型,并且从轴向力和加工质量两方面进行了对比和研究。结果表明,无论是切削轴向力还是加工质量,螺旋铣孔的效果都比传统钻孔好。     

螺旋铣孔技术的原理及其应用

螺旋铣孔技术相对于传统钻孔技术具有很大的优势,在航空制造业中得到了应用。本文在对比了传统钻孔与螺旋铣孔特点的基础上,分析了螺旋铣孔的切削过程与切屑形成机理,并在钛合金的孔加工中得到验证。试验结果表明,螺旋铣孔加工钛合金时,切向力与法向力随着每齿轴向进给量的增加而增大,随着每齿切向进给量的增加而减小;由于不同的切屑流向而形成2种不同的切屑,并与切屑形成的机理相吻合。     

钛合金螺旋铣孔工艺参数对孔加工质量的影响

现代飞机制造业中钛合金使用日益广泛,而螺旋铣孔是飞机制造装配中大孔径连接孔加工的一种新工艺方法。对于钛合金的大孔加工,螺旋铣孔制孔质量显著高于钻孔。实验研究了每齿轴向进给量、每齿切向进给量、切削速度与偏距四个参数对于钛合金螺旋铣孔质量的影响。实验结果表明:每齿轴向进给量与切削速度是出口毛刺高度的主要影响因素;孔径偏差的主要影响因素是每齿切向进给量与每齿轴向进给量;每齿切向进给量与每齿轴向进给量的增加会导致切削表面残余高度增加,从而造成螺旋铣孔孔壁表面粗糙度随着而上升;偏距增加会保证足够的排屑空间,从而避免孔壁划伤,对于提高孔壁质量有利。通过优化选择工艺参数,可以满足飞机制孔工艺质量的要求。     

钛合金/CFRP叠层构件螺旋铣孔界面切削热研究

随着钛合金和复合材料(Carbon fiber reinforced plastic, CFRP)在航空航天制造业的应用比例逐渐增多,其叠层构件切削加工也成为研究热点。由于切削温度不仅影响刀具的磨损和耐用度,同时也会直接影响工件的加工精度和表面质量,本文在分析螺旋铣孔特点的基础上,对钛合金/CFRP叠层构件界面热传递机理进行了研究,建立了钛合金/CFRP叠层构件界面热传递模型,通过有限差分法对模型进行数值仿真求解;结合钛合金/CFRP螺旋铣孔实验,修正了刀具与工件的热传递系数以及工件界面温度传导率,通过钛合金/CFRP叠层构件螺旋铣孔切削热理论模型与试验结果对比,发现本文提出的理论模型分析结果和实验测量结果具有较高的一致性,能为钛合金/CFRP叠层螺旋铣孔加工工艺优化提供理论依据。     

基于分屑原理的螺旋铣孔专用刀具研究

基于分屑原理,结合螺旋铣孔中刀具的运动特点,设计一种具有分布式多点阵端部切削刃的螺旋铣孔专用刀具。通过各切削刃运动轨迹描述和切屑形状模拟,对专用刀具的分屑效果、端部和侧部切削刃不同切削作用及刀具使用寿命进行分析;通过铝合金、钛合金、复合材料螺旋铣孔对比试验寿命试验,对专用刀具的分屑及制孔效果、使用寿命进行验证。结果表明专用刀具在飞机装配现场干切削条件下能够实现钛合金孔无毛刺、复材孔无分层加工,同时大幅提升刀具寿命。解决了干切削条件下传统立铣刀对钛合金、复合材料等航空难加工材料进行螺旋铣孔加工时刀具寿命低、加工质量差等问题,满足实际工程应用的需要。     

基于运动学及力热分析的CFRP超声振动辅助螺旋铣孔质量影响机制

碳纤维增强复合材料(Carbon fiber reinforced polymer/plastic,CFRP)因其较高的比强度、耐腐蚀性、耐疲劳性等优异性能,被广泛应用于航空航天领域,但作为各向异性的难加工材料,制孔过程易产生损伤.针对CFRP超声振动辅助螺旋铣孔质量为研究内容,首先建立了轴向超声辅助螺旋铣孔的运动学方...     

钛合金大直径孔螺旋铣削工艺优化研究

本文基于螺旋铣孔技术,采用正交试验和极差值分析方法,在钛合金上进行了19.05mm直径孔的螺旋铣削试验。分析了不同切削参数对轴向切削力、钛合金孔径、粗糙度等的影响,以此为指标优化出最佳工艺参数。在此基础上研究了最佳参数下切削力、加工质量和刀具磨损随加工孔数的变化,发现在大直径孔加工中,螺旋铣孔技术可有效改善加工质量、提高加工效率。     

基于斜角切削理论的钛合金螺旋铣孔切削力建模

通过分析螺旋铣孔的加工原理和计算加工过程中的运动向量,结合侧刃和底刃对切削力的影响,建立了螺旋铣孔过程的切削力解析模型。提出了基于斜角切削的切削力系数辨识方法,并根据斜角切削过程几何关系推导出摩擦角、剪切角、剪切应力的约束方程。开展切削力系数辨识试验和钛合金螺旋铣孔试验对仿真值进行验证,结果表明,切削力的仿真值与试验值误差较小,平均误差为9.55%,从而验证了斜角切削系数辨识方法的有效性和切削力模型的正确性。     

碳纤维复合材料螺旋铣孔刀具磨损研究

碳纤维复合材料传统钻孔时轴向力较大,容易产生毛刺、撕裂以及分层等加工缺陷。作为一种新型制孔工艺,螺旋铣孔能有效地减小轴向力,从而改善加工质量。在螺旋铣孔过程中,铣刀底刃和侧刃均参与材料的切除,因此,其磨损形式也与传统钻削时的钻头不尽相同。通过碳纤维复合材料螺旋铣孔试验,观察铣刀底刃、侧刃和刀尖的磨损情况,并分析它们对轴向力、孔径和出口质量的影响。结果表明,由于切削环境和材料切除量的差异,铣刀底刃和刀尖的磨损要比侧刃严重得多;螺旋铣孔下孔的直径主要与铣刀侧刃的磨损情况有关;铣刀底刃的磨损会直接导致轴向力的增大,从而间接影响孔的加工质量。     

CFRP/Ti6Al4V叠层构件大螺距螺旋铣孔试验研究

提出了一种大螺距螺旋铣孔工艺。首先,通过对切削参数协同优化、加工设备性能需求等方面的深入分析,探讨了该项工艺实施的可行性。接着,进行了CFRP/Ti6Al4V叠层构件大螺距螺旋铣孔与钻孔的对比试验。分析发现,大螺距螺旋铣孔的孔口与壁面质量及贴合面处孔径精度都优于钻孔;层间切削力突变,Ti6Al4V高温切屑烧(划)伤CFRP壁面等问题,使大螺距螺旋铣削叠层构件的贴合面处孔径精度和孔面质量仍需进一步提高。研究成果为后续探索大螺距螺旋铣孔的工艺优化措施提供了一定的试验依据。     

镍基合金螺旋铣孔加工质量研究

进行了GH4169镍基合金螺旋铣孔加工的正交试验及后续检测,研究了加工质量(尺寸精度、表面质量),并以此探究采用螺旋铣孔工艺替代常规钻孔加工镍基高温合金的可行性。试验及检测结果表明:螺旋铣孔工艺制孔的入口质量良好,无毛刺,但出口处质量稍差,出现了较明显的毛刺;在合理的参数选取范围内,制孔的孔径偏差和圆度偏差能够满足航空工业的要求;孔壁最大表面粗糙度Ra为0. 345μm,远低于常规钻孔的孔壁表面粗糙度,达到了精加工的水平;孔壁表面层出现了一定程度的加工硬化(硬化程度为118. 8%-125. 1%),但并没有出现热软化现象;孔壁表面残余应力表现为压应力(应力范围-902. 0MPa～-396. 3MPa),有利于提高孔的疲劳寿命。因此,螺旋铣孔工艺能够提高镍基高温合金制孔的加工质量,在加工镍基合金时替代常规钻孔工艺是可行的。     

航空难加工材料螺旋铣孔专用刀具设计及开发

对于飞机上用到的难加工的钛合金以及复合材料,螺旋铣孔技术表现出了一定优势,但因操作过程中多使用传统的立铣刀,所以仍存在不少问题,需要对飞机装配的螺旋铣孔专用刀具进行改良。本文将对航空难加工材料螺旋铣孔专用刀的设计与应用进行研究,通过分析螺旋铣孔过程中刀具的运动特点以及传统立铣刀在螺旋铣孔加工中出现的问题,进而设计出适合现代加工材料的钻孔刀具,从而为提高钻孔刀具的利用效率创造条件。     

螺旋铣孔主轴单元的精度分配

基于螺旋铣孔的加工原理设计了螺旋铣孔专用主轴单元,为提高整个单元的精度,对主轴单元的关键部件在设计阶段早期进行了精度分配。对影响孔精度的主要因素进行了分析,分别使用改进的统计方法和遗传算法建立了精度分配模型,统计模型中考虑了权重影响系数和精度储备系数,从刀尖的位置和定位误差角度对主轴单元进行了精度分配。     

螺旋铣孔主轴单元的动态特性分析

螺旋铣孔加工过程中,刀具在自转的基础上公转并保持轴向进给,是适合于航空工业典型难加工材料的先进制孔工艺技术。根据螺旋铣孔的加工原理设计了螺旋铣孔专用主轴单元,其典型特征为三转子、双偏心结构及具有类似于行星轮系的自转公转系统。对修改的整体传递矩阵方法建立该主轴单元的动态模型进行研究,分析了主轴单元的固有频率特性,并通过有限元软件进行了验证。采用灵敏度方法对影响主轴动态特性的设计参数进行了分析。结果显示,轴承跨距、轴承刚度及单元总长度对于主轴单元的动态特性有显著影响。     

CFRP/Ti叠层材料螺旋铣孔与钻孔的刀具磨损对比与分析

针对螺旋铣孔与传统钻孔刀具磨损的问题,对CFRP/Ti叠层材料进行螺旋铣孔与传统钻孔试验。在相同加工效率及切削速度的基础上,对两种工艺加工孔的切削力及刀具后刀面磨损长度进行了测量。结果表明:制孔过程中,螺旋铣削制孔的切削力明显小于钻削制孔的切削力;加工过程中,螺旋铣削制孔的切削力比钻削制孔的切削力更加平缓;同等参数条件下,螺旋铣削加工到24孔时刀具失效,传统钻削加工到18孔时刀具失效;螺旋铣削制孔的刀具比钻削制孔的刀具更加耐磨,加工孔数更多。     

CFRP/Ti叠层材料超声辅助螺旋铣孔的轴向力研究

针对CFRP/Ti叠层材料在一体化制孔过程中轴向力过大而引起的分层损伤和出口毛刺等制孔问题,从降低叠层制孔轴向力的角度出发,采用螺旋铣孔的方式,结合超声辅助加工技术应用于CFRP/Ti叠层材料叠层制孔。设计系列加工试验,对比研究了有无超声辅助条件下叠层材料螺旋铣孔的轴向力,以及主轴转速、螺距、切向每齿进给量、偏心距和振幅对轴向力的影响规律,并初步得到工艺参数优化结论。结果表明,在超声辅助条件下CFRP/Ti叠层材料螺旋铣孔的轴向力明显减小。其他工艺参数对轴向力的影响程度大小顺序为偏心距>螺距>切向每齿进给量>振幅>主轴转速。