[发明专利]一种CFRP异型孔切削加工装置及加工方法

说明书

本发明公开了一种CFRP异型孔切削加工装置，其包括夹具体，夹具体的顶部向下设置有加工槽，夹具体的两端均设置有台阶面，台阶面的顶面均设置有压板，加工槽内设置有CFRP层合板，CFRP层合板的两端通过压板固定，夹具体的顶部设置为机床主轴，机床主轴的下部垂直设置有人字形纹铣刀，机床主轴的一侧设置有菱形纹铣刀。本发明的加工方法把CFRP层合板装夹在夹具体上，根据异型孔形状特征确定几何中心，预钻中心孔，采用人字形纹铣刀走“回字形”进行异型孔内腔铣削，再用菱形纹铣刀精铣异型孔，可有效制备三角形、矩形、梯形、正多边形异型孔，无毛刺与分层缺陷，孔壁质量佳、精度高，操作简单、可实施性强。

技术领域

本发明涉及机械切削加工技术领域，具体为一种CFRP异型孔切削加工装置及加工方法。

背景技术

近年来，碳纤维复合材料（Carbon Fiber Reinforced Polymer，简称CFRP）以其轻质、比强度高、比高度高、耐腐蚀的特点，是新型航空大飞机、能源风机及石化行业耐腐蚀鼓风机的优选材料。为满足CFRP与钛合金、铝合金的高可靠性连接装配要求，往往需要制备异型孔。然而，CFRP是典型的难加工材料，异型孔入口、出口及拐角处存在严重的毛刺、撕裂、分层损伤，致使联结强度低，无法满足承载要求。因此，如何高质量的制备CFRP异型孔是当前亟待解决的技术难题。

为了制备高质量CFRP孔，国内外研究人员开展的广泛研究。公开号为CN103786265A的发明专利提供了CFRP的开孔方法，该方法包括用具有金刚石涂层的第一钻头进行钻孔和第二钻头扩孔，能够迅速将CFRP平滑切削，防止刀具温度过高，采用先钻孔，再扩孔的方式进行开孔，并根据孔径大小调整所用的钻头，使得开孔快速且所开的孔孔壁平滑，开孔质量好；公开号为CN106777733A的发明专利供一种CFRP与钛合金叠层结构钻孔工艺的优化方法，该方法综合考虑复材钻孔缺陷、钻孔刀具后刀面磨损和钻孔刀具使用寿命等约束，依据当前钻头结构参数、复材分层/撕裂缺陷标准和制孔数量，优化钻孔的切削速度和进给量，大幅提高CFRP与钛合金叠层结构钻孔效率，降低零件的不合格率和报废率；公开号为CN102896660A的发明专利提供了一种基于钻削力控制的碳纤维增强复合材料层合板无分层钻孔方法，通过建立CFRP层合板的分层稳定状态方程，实现了CFRP层合板的无分层钻孔加工，避免了钻孔的分层损伤缺陷；公开号为CN205889366U实用新型专利提供了一种碳纤维复合材料的分步钻孔装置，该技术方案在胚料钻孔前，利用跳水板对胚料的待加工孔进行预定位，然后使用钻头定位孔约束钻头的钻孔操作，提高钻孔效率，有益效果显著；公开号为CN203863095U实用新型专利提供了一种碳纤维复合材料的倾斜行星螺旋铣孔装置，在对碳纤维复合材料进行铣孔时，加工角度不是垂直于加工面的，此时刀具与碳纤维复合材料接触面的中心点相对运动速度不为零，从而减小铣孔的阻力，增加加工效率并改善毛边和分层的问题。

然而，所有上述专利主要针对CFRP圆孔，无法解决三角形、矩形、梯形、正多边形异性孔拐角处的毛刺、撕裂与分层损伤，因此，均不适用于制备CFRP异型孔。

发明内容

为了克服上述问题，本发明提供一种CFRP异型孔切削加工装置及加工方法。

本发明的技术方案是提供一种CFRP异型孔切削加工装置，其包括夹具体，其特征在于：所述夹具体包括有加工槽、台阶面、压板，所述加工槽内设置有CFRP层合板，所述CFRP层合板的两端通过所述压板固定，所述夹具体的顶部设置为机床主轴，所述机床主轴包括有人字形纹铣刀和菱形纹铣刀；

一种CFRP异型孔切削加工方法，其包括如下步骤：

（1）将CFRP层合板安装在加工槽内，以夹具体台阶面及螺栓共同限制除z轴平动外的5个自由度，配合压板，实现工件定位与夹紧；

（2）合理设定工艺零点，计算异型孔的几何中心坐标，设定预钻中心孔；