螺旋铣孔技术研究进展

各种连接孔的加工是航空航天构件装配中的重要工作之一。新型大型飞机等难加工材料使用越来越多、制孔孔径深度越来越大、制孔精度质量要求越来越高，使得制孔加工变得越发困难，传统制孔方法逐渐不能满足需求。螺旋铣孔是一种针对航空航天构件装配制孔需求出现的新技术，其采用特制刀具通过偏心铣削的方式实现圆孔加工。由于材料去除原理改变，螺旋铣孔相对传统制孔方法在加工精度、生产效率、刀具成本、适用性等多个方面表现出优势，成为当前航空航天领域制孔技术的研究热点之一。首先在阐述螺旋铣孔基本原理的基础上分析了其技术优势；然后重点围绕加工机理与专用装备两个方面，概述了螺旋铣孔技术的发展现状；最后，分析了螺旋铣孔技术的发展趋势。     

C/SiC复合材料螺旋铣削与钻削制孔效果对比

采用PCD刀具对C/SiC复合材料螺旋铣削与钻削制孔的制孔效果进行了对比研究。在同等加工效率条件下测量了两种制孔方法产生的切削力及切削热,并观察制孔质量。试验结果表明:螺旋铣孔产生的轴向力小于钻孔,约为钻孔的56.9%;孔壁粗糙度及孔径差均小于钻削;钻孔产生的切削热少于螺旋铣削制孔,约占螺旋铣的58.7%,但螺旋铣产生的切削热对材料及刀具的影响小。     

Ti/Al叠层结构低频振动制孔试验研究

钛合金与铝合金叠层构件的装配孔制备过程中存在孔壁质量差、尺寸超差等问题,为解决该问题,开展了低频轴向振动扩孔、铰孔与传统扩孔、铰孔的对比试验,重点分析了其在切屑形态、加工质量等方面的差异.结果表明,振动制孔技术能够产生C形或发条形切屑,利于切屑排出,减小铝合金孔壁的划伤.使用振动辅助技术进行一次扩孔与一次铰孔后,钛合金与铝合金孔壁粗糙度均可低于Ra0.6μm,孔径精度可满足H7公差等级,出口毛刺高度小于200μm.     

大部件对接后交点孔精加工方法研究

飞机上大部件对接大多采用叉耳式交点对接,装配中常采用在交点孔内径上留有工艺余量,对接时通过扩、铰孔的精加工方法来消除装配误差,保证飞机的装配要求。某型飞机大部件对接交点沿上下两条轴线分布着多组交点孔,耳片不连续,形成不连续的深孔,这种对接方式在国内飞机装配中首次采用。通过对部件结构进行研究,设计了合理的精加工方法和加工刀具,并通过生产验证,达到了理想的效果。     

飞机数字化装配系统中机身交点孔加工方法研究

针对传统交点孔加工方法加工精度低且存在回弹变形的问题,设计了一种满足飞机大部件数字化装配要求的机身交点孔精加工方法,根据交点孔的加工特性完成了机身定位与固持、数控加工中心定位以及加工工艺的总体设计,确定了交点孔加工程序原点的计算方法和编程原则,最后通过交点孔试切加工试验验证了加工方法的可行性。     

CFRP/Ti叠层构件螺旋铣孔层间孔径偏差研究

螺旋铣孔是航空航天领域装配孔加工的一种新型加工工艺,与传统钻孔工艺相比,具有加工质量好、制孔效率高、刀具成本低等优势。在进行碳纤维复合材料（CFRP）/钛合金（Ti）叠层构件螺旋铣孔时,由于两种材料特性差异巨大,易导致层间出现孔径偏差,影响制孔精度,成为螺旋铣孔技术应用过程中亟须解决的关键问题。基于便携式螺旋铣孔单元搭建了试验装置,开展了CFRP/Ti叠层构件螺旋铣孔工艺试验,分析了CFRP/Ti叠层构件螺旋铣孔层间孔径偏差的形成原因,提出了通过改变螺旋铣孔工艺参数和铣削方式减小CFRP/Ti叠层构件层间孔径偏差的工艺方法,并进行了试验验证。结果表明,变工艺参数加工可使层间孔径偏差有效降低,不超过0.02 mm。     

拉削工艺用于飞机总装精加工

拉削工艺在机械制造业中被广泛地用于零件的内孔精加工,但是很少用干机械装配(包括飞机装配)的最后精加工。我厂为了提高飞机总装的结合工作效率和精加工质量,采用了拉削工艺。首先在部件装配中进行偿试,进而用于飞机总装大部件结合交点孔的精加工。这项工艺改革的成功,取得了显著的技术经济效果。飞机部件交点孔的精加工,有两种类型:一种是飞机的几何参数,靠部件处于水平测量的状态下,在精加工台中用铰孔来保证;另一种是飞机的几何参数靠总装时全机处于水平测量的状态下,采用手工铰孔的办法来保证。我     

振动对铰孔粗糙度和精度的影响

国外来料加工,我们承担了一项波音737飞机零件的机械加工任务,该零件毛坯为356—T6(美国牌号)铝合金铸件,需要加工一个通孔,孔的直径为φ31.827~(+0·05)毫米,孔长为52毫米,粗糙度要求,相当于我国的6级。我们的加工方法是:钻孔后扩孔至φ31.3毫米,然后用我厂设计制造的一组(三把)专用铰刀铰至最后尺寸。使用并装铰模装夹工件和引导刀具,开始我们使用的机床为苏联59年生产的2A53摇臂钻床(该机床已用了二十余年),铰出的孔粗糙度只有4级,为了提高铰孔粗糙度,于是将冷却润滑液由乳化液改为豆油,又多次改变切削速度(V)和走刀量(S),然而铰孔粗糙度却仍然停留在4级,严重地威胁着国外订货任务的完成。恰在这时我们新购的一台升降台立式铣镗床(X5430B)安装完毕。于是我们改用该铣镗床加工。钻模、刀具和冷却润滑液(乳化液)不变,切削速度(V)和走刀量(S)也基本相同,然而铰孔粗糙度竟稳定地超过了6级,顺利地完成了生产任务。     

钛合金螺旋铣孔的切削力和切削温度试验研究

螺旋铣孔技术是航空装备制造领域新出现的制孔技术,因具有加工质量好、效率高等优点被用于加工钛合金、复合材料等难加工材料.采用包括切削速度、切向每齿进给量、轴向每齿进给量和螺旋导程4个基本加工参数描述螺旋铣孔过程,分析了基本参数和螺旋铣孔输入加工参数(自转、公转、进给)之间的关系.在自行研制的螺旋铣孔试验平台上开展了钛合金材料的加工试验,研究了钛合金螺旋铣孔加工中切削温度及切削力的特征,以及基本加工参数对切削温度和切削力的影响规律.试验结果表明,在螺旋导程一定时,切削温度主要由切削速度决定,而与轴向每齿进给量及切向每齿进给量无明显关系;而切削力的影响规律与切削温度相反.切削温度是影响螺旋铣孔过程中刀具磨损及加工孔质量的主要因素.在需同时保证加工效率及加工质量的前提下,应尽量选择大的切向每齿进给量、大的轴向每齿进给量和较低的切削速度.     

飞机装配中的先进制孔技术与装备

制孔加工是飞机装配过程中的重要工作之一.生产效率的高要求,加工质量、精度的苛刻标准,以及复合材料、钛合金等难加工材料的大量使用,使得飞机装配制孔技术不断面临新的挑战.而基于不同切削原理的制孔新方法与技术装备,成为解决当下飞机装配制孔难题的途径之一.     

便携式螺旋轨迹制孔装置的研制

飞机装配存在一些特殊的制孔区域,如翼根、垂尾等部位,这些制孔区域或空间狭窄或有一定高度,通常的自动制孔设备和机器人制孔系统难以发挥自身的优势。对此,研制了一种便携式全电动螺旋轨迹制孔装置,该装置具有结构紧凑、方便携带且可依据程序设定的工艺参数对应叠层材料,可自动改变刀具转速、进给速率等特征,能对航空材料实施螺旋铣孔加工。利用所研制的螺旋轨迹制孔装置对7075–T7351铝合金叠层材料进行制孔验证,制孔精度等均达到了预期,验证了该新型制孔装置及控制方法的合理性。     

CFRP螺旋铣孔加工中的轴向力抑制方法

在碳纤维增强树脂基复合材料(Carbon Fibre Reinforced Polymer,CFRP)螺旋铣孔加工过程中,刀具端刃所产生的轴向力过大会造成制孔出口分层、撕裂、毛刺等缺陷问题。为减小CFRP螺旋铣孔加工中的轴向力,从运动学原理上分析了刀具端齿隙角与未变形切屑的关系,提出了使刀具切削线速度较低的中心区域不参与切削的方法;进一步推导出了使刀具中心不参与切削的条件,并对不同端齿隙角和导程组合下的未变形切屑形状进行了模拟;最后在CFRP上进行了螺旋铣孔试验验证。结果表明,通过增大刀具端齿隙角和减小导程,可以使螺旋铣孔加工中端刃中心区域不参与切削,从而有效减小CFRP螺旋铣孔中的轴向力。     

大型复杂构件机器人制孔技术研究进展

航空装备大型复杂构件制造和装配中需要钻削数十万个机械连接孔,因而制孔效率和加工质量是保证飞行器使用性能和可靠性的关键。机器人制孔具有高柔性、高质量一致性以及高法向精度等优势,近年来采用机器人对飞机部件进行制孔在航空制造企业备受青睐。然而由于工业机器人的弱刚性以及叠层结构材料的难加工性,机器人钻削系统容易产生加工不稳定现象,严重制约了钻削质量和效率的进一步提高。目前,国内外学者在机器人制孔装备、制孔系统精度控制与机器人制孔稳定性等方面开展了理论与实验研究,并取得了诸多成果,但机器人钻削稳定性和加工质量控制研究的深度和广度仍存在较大的提升空间。为此,从机器人制孔末端执行器设计技术、机器人制孔定位精度控制技术、机器人制孔工艺过程控制技术以及机器人制孔装备研制四个方面对国内外文献进行总结和凝练,旨在为大型复杂构件机器人制孔技术的进一步研究提供指导。     

有色金属精密盲孔铰挤加工

我厂生产的一种油泵转子柱塞孔(图1),孔多,直径比较小,精度要求高,又是盲孔,而且不允许用磨料加工,加工难度大。过去采用在车床上钻—镗—挤工艺,效率低,报废、返修、超差品多,加工后孔径大小不一。后来经不断改进工艺和刀具,先在车床上钻、镗孔,然后在铣床上铰、挤孔,效率和质量显著提高。近两年加工这种产品约600件,5000多个孔,无一孔超差,而且柱塞孔尺寸一致,柱塞基本可以由选配改为互换,减轻了配套工作量,提高工效2倍以上。     

CFRP/钛合金叠层材料制孔技术的现状与展望

综述了近年来国内外对CFRP/钛合金叠层材料制孔技术的研究进展,重点介绍了传统方法钻削CFRP/钛合金叠层材料过程中轴向力和扭矩、钻削温度的测量方法,轴向力和扭矩的变化规律,以及刀具磨损、加工损伤与钻削工艺的关系;对螺旋铣孔、低频振动钻孔和超声辅助振动钻孔的实现方法、运动特点和加工质量进行了分析总结,并对CFRP/钛合金叠层材料制孔技术的应用和研究动向进行了探讨。     

新型C型压紧钻特点分析及典型应用

本文分析了飞机装配手工制孔面临的制孔效率低、精度差、操作流程繁琐复杂等难题，通过研究C型压紧钻制孔技术特点，并通过试验验证了该技术可解决上述难题，同时可将C型压紧钻进一步推广至“T”型件、“C”型件、“工”型件的加工，具有重要的推广意义。     

SiCf/SiC陶瓷基复合材料制孔工艺

分别采用机械钻削制孔与激光制孔两种工艺对SiC_f/SiC陶瓷基复合材料进行制孔,对其质量以及工艺特点进行评价分析。结果表明,机械钻削制孔孔径精度较好但存在刀具磨损严重、出现毛刺崩边现象等问题;激光制孔效率较高,但孔存在锥度且因热影响区的存在导致孔的内壁表面出现分层、裂纹等缺陷。     

插耳式门铰链孔精加工方法

针对C系列后桶段插耳式门铰链制孔进行分析和论述。门口框在飞机装配后发生变形,导致门铰链同轴度超差;孔径精度要求仅为20.32μm,并且被加工材料是15-5PH耐腐蚀钢,属于难加工材料,且铰链结构复杂,所以需要设计特殊刀具。结合以上两点,从刀具设计和工装设计,以及工艺方法的改进来解决铰链孔同轴问题并且达到图纸所要求的精度。此问题的解决为其他机型铰链孔精加工提供了理论依据和实践经验。     

航空制孔机器人末端执行器高精度制孔方法研究

铆接是飞机装配中的一种重要连接方式,铆接孔的垂直度精度对铆接质量有重要影响.传统的手工制孔存在加工质量低、工作强度大和效率低下等问题,已经不能满足高精度和高质量的飞机装配要求.针对飞机蒙皮铆接孔垂直度精度的自动制孔问题,提出了一种高精度的自动制孔方法.采用四点曲面测量方法获得制孔点法线,并通过双偏心盘调姿机构来实现制孔点法线与钻头轴线的重合,实现了高精度的制孔.在航空制孔机器人上进行了制孔试验,试验结果验证了该方法的正确性和有效性.     

CFRP制孔加工技术的研究进展与发展趋势

碳纤维增强树脂基复合材料(carbon fiber reinforced polymer,CFRP)因具有优异的物理和力学性能已广泛应用于航空、航天和汽车等领域的结构件制造。然而,CFRP材料和金属材料的属性截然不同,具有非匀质性和各向异性,在制孔加工过程中,极易产生分层、撕裂、毛刺等缺陷,严重影响其制孔质量。因此,CFRP-金属叠层结构制孔技术成为飞机连接装配过程中的一大难点。本文归纳了近年来CFRP钻削加工机理的研究现状,总结出CFRP切屑形成机理与纤维方向角的关系,轴向钻削力和钻削温度与刀具形状、工件材料和工艺参数之间的关系;分析了CFRP钻削过程中分层、毛刺、撕裂等典型加工缺陷的产生原因、检测和评价方法及抑制措施;探讨了CFRP制孔刀具材料、几何结构及仿真研究方面的最新进展,提出建立准确可靠的CFRP材料本构模型是钻削加工模拟仿真技术研究的关键;通过对变工艺参数钻削加工、机器人自动制孔加工及吸气式内排屑钻削加工等新型CFRP制孔加工技术的介绍,展望了CFRP制孔技术的发展趋势。