[發明專利]碳纖維復合材料的傾斜行星螺旋銑孔方法及裝置

在審

• 申請號: 201410253053.4
• 申請日: 2014-06-09
• 公開（公告）號: CN104028815A
• 公開（公告）日: 2014-09-10
• 發明（設計）人: 王海艷;余建業;孫金;商雨桐;任華蕊
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: B23C3/00
• 分類號: B23C3/00
• 代理公司: 北京聯創佳為專利事務所(普通合伙) 11362
• 代理人: 郭防

技術領域

本發明涉及碳纖維復合材料加工技術，特別是一種碳纖維復合材料的傾斜行星螺旋銑孔方法及裝置。?

背景技術

碳纖維復合材料具有許多優良性能，碳纖維復合材料的軸向強度和模量高，密度低、比性能高，無蠕變，非氧化環境下耐超高溫，耐疲勞性好，比熱及導電性介于非金屬和金屬之間，熱膨脹系數小且具有各向異性，耐腐蝕性好，X射線透過性好，良好的導電導熱性能、電磁屏蔽性好等，碳纖維復合材料被用于航空航天領域、賽車車身、體育用品等。?

然而，這些材料難以用常規銑孔方法加工。軌道銑孔技術成為這一問題的解決方案之一。軌道銑孔類似螺旋銑加工中心。在這種情況下，軌道銑孔刀具被安裝在一個旋轉工具上，這個工具作為行星式旋轉主軸的偏心軸，從而實現螺旋銑孔。用軌道銑孔方法加工出來的孔要比螺旋銑或傳統加工技術加工的圓度更高。但是軌道銑孔有一些缺陷,例如，由于工件的切削原理和機械震動會產生工件分層和毛邊的問題；另外，普通的螺旋銑孔中，刀具與待加工材料的加工面是垂直的，在銑孔時，是通過刀具的高速自轉形成切割刃對材料進行切割，但是刀具的中心與代加工材料的理論相對位移速度為零，這樣刀具在切割時阻力是非常大的，因而銑孔的效率也較低。?

發明內容

本發明的目的在于，提供一種碳纖維復合材料的傾斜行星螺旋銑孔方法及裝置，可以減小銑孔時的阻力，使銑孔更加高效，并且改善?銑孔過程中碳纖維復合材料產生分層和毛邊的問題。?

本發明的技術方案：控制刀具圍繞其中心軸線高速自轉，控制刀具使其中心軸線圍繞公轉軸心線做公轉運動；刀具的中心軸線與公轉軸心線設置傾斜角φ，固定待加工的碳纖維復合材料，利用所述刀具沿公轉軸心線方向對碳纖維復合材料進行銑孔。采用本方法銑孔時，避免了加工時的零速點，因此，可以提高加工效率，節省時間。由于傾斜角φ的存在，使行星運動的刀具減小反速度半徑，在減小切割阻力的同時降低了機械振動，因此，由于銑孔導致碳纖維復合材料出現的毛邊和分層現象都可以得到改善。?

上述碳纖維復合材料的傾斜行星螺旋銑孔方法中，所述傾斜角φ大于0度，小于或者等于2.2度。?

上述碳纖維復合材料的傾斜行星螺旋銑孔方法中，所述傾斜角φ等于2.2度。?

本發明還提供了一種碳纖維復合材料的傾斜行星螺旋銑孔裝置，包括位移機構、自轉機構、公轉機構、固定機構和高速軸，公轉機構安裝在位移機構上，自轉機構安裝在公轉機構上，高速軸安裝在自轉機構上，高速軸上裝有刀具，固定機構上設有抱死裝置。刀具的中心軸線與公轉機構的公轉面的垂線設置傾斜角φ。?

上述碳纖維復合材料的傾斜行星螺旋銑孔裝置中，所述傾斜角φ大于0度，小于或者等于2.2度。?

上述碳纖維復合材料的傾斜行星螺旋銑孔裝置中，所述傾斜角φ等于2.2度。?

實驗例1：為了驗證碳纖維復合材料的傾斜行星螺旋銑孔方法的優越性，發明人進行了理論推導，具體如下：?

普通行星式螺旋銑孔中的刀具9的中心軸與待加工的碳纖維復合材料的加工面是垂直的，由于刀具9是圍繞其中心軸線旋轉的，因?此，刀具9與碳纖維復合材料的接觸面的中心點的相對位移速度理論值為零，這樣加工時刀具9遇到的阻力是非常大的。如圖3所示，由于刀具9在自轉的同時也在公轉，因此，刀具9的底部邊緣在公轉速度的影響下產生反速度半徑(r_n)，反速度半徑即由于運動的合成，刀具9的公轉導致刀具9的自轉半徑減小量，圖3(a)中是切削刃1與碳纖維復合材料的夾角為45度時，兩虛線分別是刀具9自轉速度和公轉速度，實線為刀具9自轉速度和公轉速度的合成速度；圖3(b)中是切削刃1與碳纖維復合材料的夾角為0度時，兩虛線分別是刀具9自轉速度和公轉速度，實線為刀具9自轉速度和公轉速度的合成速度；由于刀具9的自轉和公轉的相互影響，導致刀具9相對于碳纖維復合材料的相對運動速度降低，銑孔的效率也就降低了。?

刀具9的切削刃1移動速度為行星軌道運行速度，即：?

V_o＝2πO_s(r_t+r_o)(1)?

V＝2πRω?

此條件下：R＝r_t+r_o，ω＝O_s；?

所以V_o＝V＝2πRω＝2πO_s(r_t+r_o)?