[發明專利]一種適于工業機器人疊層構件螺旋銑孔專用復合刀具

在審

• 申請號: 201710359225.X
• 申請日: 2017-05-19
• 公開（公告）號: CN107262796A
• 公開（公告）日: 2017-10-20
• 發明（設計）人: 秦旭達;徐青山;李士鵬;劉亞軍;周猛
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: B23C5/10
• 分類號: B23C5/10
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所12201
• 代理人: 王麗英

技術領域

本發明涉及基于工業機器人的疊層構件螺旋銑加工大深度(20mm以上)、大直徑(19mm以上)孔專用復合刀具，特別涉及加工碳纖維復合材料(CFRP)和鈦合金等航空航天難加工材料疊層構件的大深度大直徑孔螺旋銑孔專用復合刀具。

背景技術

隨著我國航空航天事業的發展，CFRP和鈦合金等難加工材料大量的應用，傳統的鉆孔技術已經不能夠滿足現今航空制造產業對制孔質量的實際要求。螺旋銑孔是一種新的制孔加工技術，是用一把小于孔直徑刀具通過自身自轉的同時圍繞著制孔中心以一定偏移量做公轉的螺旋制孔工藝，其僅用一把刀即可加工出不同直徑的孔，并且其加工質量更好，效率更高，這些突出的優點使其在CFRP/鈦合金疊層構件制孔加工中的應用越來越多。近年來，在航空制造業中，柔性化機器人加工成為先進飛機制造技術的發展方向，工業機器人制孔技術也得到了廣泛的應用。然而，由于工業機器人自身結構特點決定了其相對于傳統機床較低剛度，這致使在機器人加工過程中因受較大的切削力而產生顫振，尤其在進行大深度、大直徑疊層構件制孔時會產生更大的切削力，從而易造成加工質量、加工精度不高等不良后果，如孔徑誤差、毛刺、復合材料的分層和撕裂等。

因此，從刀具結構優化設計方面出發減小切削力以保證制孔質量是實現機器人高效率、高質量、低損傷的疊層構件一體化制孔的必要措施和重要手段。面對國內航空制造業對大深度大直徑機器人加工的迫切需求，國內目前對于適合機器人的疊層構件大深度大直徑螺旋銑孔并沒有專用刀具。

發明內容

本發明的目的在于克服已有技術的缺點，提供一種能夠有效減小機器人加工顫振，保證制孔表面精度和整體制孔質量，同時能夠有效減小CFRP的分層、撕裂等損傷的出現的適于工業機器人疊層構件螺旋銑孔專用復合刀具。

本發明解決上述問題所采用的技術方案是：

本發明的一種適于工業機器人疊層構件螺旋銑孔專用復合刀具，包括前端和第一刀刃部分的后端相連的第二刀刃部分，所述的第二刀刃部分通過縮頸結構與刀柄相連，所述的第一刀刃部分直徑小于第二刀刃部分直徑，所述的第一刀刃部分芯厚小于第二刀刃部分的芯厚，第一刀刃部分芯體和第二刀刃部分芯體之間采用錐形平滑過渡連接，所述的第一刀刃部分包括沿刀體外緣周向上設置的四個不等間距的第一螺旋切削刃、第二螺旋切削刃、第三螺旋切削刃和第四螺旋切削刃，所述第一螺旋切削刃部分的第一螺旋切削刃的底刃和第三螺旋切削刃的底刃有兩個刃帶，第二螺旋切削刃的底刃和第四螺旋切削刃的底刃有一個刃帶，所述第二刀刃部分包括設置在刀體外緣周向上并且與所述的第一螺旋切削刃、第二螺旋切削刃、第三螺旋切削刃和第四螺旋切削刃分別通過圓弧過渡底刃一一對應平滑連接的四個不等間距的螺旋切削刃，所述的第一刀刃部分的四個螺旋切削刃之間的成型容屑槽與第二刀刃部分的四個螺旋切削刃之間的容屑槽一一對應設置，并且第一刀刃部分的成型容屑槽與第二刀刃部分的成型容屑槽的相交部分為階梯式過渡容屑槽，第二刀刃部分的各螺旋切削刃夾角、側刃前角、側刃第一后角、側刃第二后角、底刃第一后角、底刃第二后角以及螺旋角均與第一刀刃部分的四個螺旋切削刃的各切削刃夾角、側刃前角、側刃第一后角、側刃第二后角、底刃第一后角、底刃第二后角以及螺旋角分別相同設置。

與現有發明相比，本發明具有以下優勢：

本發明刀具采用階梯式復合刀具，在大深度大直徑CFRP/鈦合金疊層構件(鈦合金在上層，CFRP在下層)螺旋銑孔時，鈦合金切削力遠大于CFRP切削力。第一刀刃部分對鈦合金先進行初切削銑孔，之后第二刀刃部分在第一刀刃部分已加工的基礎上再進行大孔邊緣銑削，此時第一刀刃部分已經在疊層構件的上層銑削完成，進入下層CFRP銑削，此時第一刀刃部分承受切削力較小，此時只有第二刀刃部分在進行鈦合金孔邊緣少量切削。之后當第二刀刃部分進入CFRP切削時，第一刀刃部分已經完成初切削銑孔或小厚度切削，此時第二刀刃部分再進行CFRP孔邊緣少量切削。此外，根據實際加工需求可調整復合刀具結構尺寸，如加長第一刀刃部分長度，當第二刀刃部分進入鈦合金先進行大孔邊緣銑削時，第一刀刃部分已經完成在疊層構件的初始孔銑削，此時只有第二刀刃部分在進行疊層孔邊緣少量切削。因此，綜合不同方案本發明結構能夠有效減小第二刀刃部分最終切削銑孔的切削力，以減小機器人加工顫振，保證第二刀刃部分制孔表面精度和整體制孔質量，同時能夠有效減小CFRP的分層、撕裂等損傷的出現。

采用在第一刀刃部分與第二刀刃部分的錐形平滑過渡芯體處設有階梯過渡容屑槽，便于復合刀具排屑，有利于散熱；