关于钛合金钻孔与螺旋铣孔对比研究.ppt

螺旋铣孔研究 Tianjin University 天津大学 目录 一：螺旋铣孔概述二：螺旋铣孔与钻孔实验安排三：实验结果分析四：结论与展望 一、螺旋铣孔概述 1.1：技术背景 1.2：螺旋铣孔原理介绍 1.3：螺旋铣的特点 1.4：螺旋铣孔应用 应用背景 切削加工是制造技术的主要基础工艺。航空航天是制造业最为重要的组成部分之一，是高新技术最为富集的产业。 国产ARJ21飞机装配 1.1 ：螺旋铣孔技术背景 在航空制造 中，大量零部件都需要进行装配，需要加工成千上万的孔，对此类航空装配孔要实现高效、高精度、高质量加工，需要一种新型技术来代替传统钻孔技术。 运动是由两种运动的合成： 1. 主轴的高速旋转，同时向下进给。 2 .刀具中心轴绕孔中心做旋转运动。 1.2 ：螺旋铣孔原理 1.3：螺旋铣孔的加工特点 高质量 高度自动化及促进新材料的使用 低切削力，无毛刺，温度低，排屑好。 孔表面光滑无毛刺 　　铝合金　　　　　　　　　钛合金　　　　　　　　纤维增强复合材料 螺旋铣孔的加工特点 缩短研制周期和节约企业加工成本 高度自动化及促进新材料的使用 刀具通用性高，寿命高， 加工孔径质量高，无需拆卸去毛刺，绞孔 由此项技术延伸出来的工业机器人装置等等。 1.4：螺旋铣的研究应用 左图所式是Novator公司生产的手持式螺旋铣孔装置．包括一个控制系统和螺旋铣发动机．可用于铝合金、钛合金、复合材料等难加工材料。 右图所式是肯钠公司为测试螺旋铣性能所搭建的平台． 螺旋铣孔的应用 　　螺旋铣孔是一种很有发展前景的制孔工艺，瑞典机床工具制造商Novator在空客对该工艺成功进行了试验验证。螺旋铣运动是一种严格的旋转运动，因此，可以快速及高精度钻削，即使是对小孔也是这样。航空产品有大量小的紧固件孔，需要有携带式钻孔装置来完成这种运动。　　 发展前景广阔 二：螺旋铣孔与钻孔实验安排 实验测试系统由机床、刀具、工件、Kistler 测力仪、电荷放大器、Ni- 6221 数据采集卡、基于Labview的软件测试平台和个人电脑组成的。其整体测试系统如下图所示。材料： Ti-6Al-4V 2.1：螺旋铣孔实验 加工类别 项目 螺旋铣削 钻削 刀具 S105，直径Φ7 mm 钻头 Φ10mm×30mm×70mm， TiAlN涂层 切削速度 70~90m/min 12~15m/min 进给量 0.05~0.08(mm/齿) 0.04~ 0.05mm/rev 螺距 0.1~ 0.2mm/rev ---- 加工孔直径 10mm 10mm 加工孔深 12mm 14mm 其它 连续加工 断续加工 对比实验参数 实验现场 　采用的是Mazak机床 　　 VCN410B-HS vertical machining centre 信号采集与分析系统 信号采集系统 信号分析系统 通过Labview软件，开发了一套测试分析系统，此系统集力、振动、热电势信号采样、数据存储浏览和采样信号FIR 数字滤波分析为一体,实现了切削过程力信号的采集分析，系统界面如图所示。 螺旋铣实验信号 螺旋铣孔铣削力信号 钻铣削力信号 三：实验结果分析 螺旋铣孔铣削力信号 钻铣削力信号 3.1 切削力对比 观察采集到的切削力信号，钛合金钻削过程中，轴向切削力特别大。同钛合金螺旋铣孔的切削力信号相比，钻削力信号是断续性的，这主要是钻削工艺走刀安排，考虑到钛合金钻削加工时的断屑和排屑问题，刀具每向下进给2mm时，刀具向上稍微退刀，以利于切屑顺利排出，这种工艺安排在深孔加工中更为普遍。同螺旋铣削相比，钻削加工的轴向切削力要明显高于螺旋铣削，从切削力信号中，我们还可以看出，整个钻削加工过程切削力并不是时常保持稳定的，在刀具进入工件的那一瞬间，切削力比较大，而后随着加工进行切削力有所下降。 3.2 刀具磨损对比 螺旋铣加工140个孔后的刀具显微照片 钛合金钻孔加工过程中钻头照片 钛合金螺旋铣过程中，冷却条件至关重要，良好的冷却效果可以提高刀具的使用寿命，在钛合金螺旋铣孔过程中，冷却液的另一个重要作用是将钛屑及时从孔中带出，整个切削过程中切削平稳，没有出现异常现象，由于使用冷却液刀具加工条件明显改善。而钻削钛合金很容易出现切屑缠刀现象，加速刀具磨损。 3.3 切屑对比 钻削钛切屑 螺旋铣钛切屑 钛合金螺旋铣孔过程中，排屑问题得到很大改善，其主