飛機結構件閉角清根專用刀具的製作方法

2023-09-22 15:23:15

專利名稱：飛機結構件閉角清根專用刀具的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種機械加工刀具，尤其是一種用於閉角結構加工的專用刀具，具體地說是一種飛機結構件閉角清根專用刀具。
背景技術：
隨著航空製造技術的飛速發展，在現代飛機設計中，整體數控加工結構件的應用越來越廣泛，從框、梁、地板到壁板都大量採用整體數控加工結構件。整體結構件有許多優勢，它既可以減輕結構的重量，提高飛機的有效載重，同時也可以增強結構強度，減少連接件數量，提高飛機的疲勞壽命。為了滿足飛機外形及氣動性能等方面的要求，飛機結構件一般結構複雜，具有一些不利於加工的閉角結構，嚴重製約了飛機結構件的加工效率。飛機結構件閉角結構加工後往往有比較大的加工殘留，嚴重影響了飛機設計對飛機重量的要求。
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傳統閉角清根加工時，通常採用圓柱平底銑刀或圓柱球頭銑刀，需要不斷地減小刀具直徑來減少加工殘留，考慮到刀具剛性的問題，刀具直徑不可能過小，因此閉角加工殘留始終存在，最後需要通過人工手動去除，使用常用刀具加工需要用多把刀具，成本高，工作量大，工作效率低，質量不穩定。因此急需發明一種通用性強，成本低，加工效率高，適合飛機結構件閉角清根專用刀具。

發明內容
本發明的目的是針對目前飛機結構件閉角清根加工應缺少合適的加工刀具無法實現低成本高效率加工的問題，設計一種適用於飛機結構件閉角清根的專用刀具，將該刀具與相應的加工程序配套可以提高飛機結構件閉角清根效率，簡化閉角清根工藝，節約大量加工成本。本發明的技術方案是一種飛機結構件閉角清根專用刀具，其特徵是它包括圓柱刀杆I、三角形刀片2以及連接螺釘3，圓柱刀杆I下端的設有供三角形刀片2定位的定位面，三角形刀片2通過連接螺釘3和所述的定位面固定安裝在圓柱刀杆I的下端，三角形刀片2的切削刃201與圓柱刀杆I的軸心線101平行,切削刃201的旋轉半徑r比圓柱刀杆I的半徑R大三角形刀片2的刀尖夾角a小於飛機結構件閉角角度入。所述圓柱刀杆I為非對稱圓柱刀杆，它的下端設有一個缺口並形成半圓柱狀，缺口部分的上底面102為與軸線相交的傾斜面，缺口部分設有一個與軸線平行的定位面103，上底面102用於與三角形刀片2的頂邊相抵，定位面103用與刀片的定位面206相抵；半圓柱狀刀杆的下底面105與軸線的夾角等於刀尖夾角a。所述的三角形刀片2為等邊三角形外形，刀尖夾角a = 60度，刀片上的安裝定位孔位於等邊三角形的中心，刀尖修磨0. 5mm左右修光刃。所述等邊三角形刀片2的三邊均帶有切削刃，調換安裝在圓柱刀杆上的位置，實現一個刀片3次使用。
所述的連接螺釘3採用複合結構，前部分為螺紋連接部分，後部分為圓柱定位部分，總長度小於圓柱刀杆半徑R，使其不與閉角側壁幹涉。所述的刀尖夾角a不大於閉角角度\的90%。所述的刀尖夾角a的取值範圍為50-60度。與上述刀具相配的加工方法包括以下步驟步驟一建立飛機結構件閉角清根加工坐標系。記側壁與腹板的交點為C，C點繞刀軸旋轉的虛擬中心點為0，定義0點為清根加工坐標系原點，刀具沿刀軸離開工件方向為Z軸正方向；從0點到C點定義為X軸的正方向；Y軸的正方向用右手定律判斷。步驟二 根據下式計算刀具虛擬中心點0在清根加工坐標系下的坐標值。X=X (W)·Y=W S/360Z=r (1-cos (W)) /tan ( A )上式中W為刀尖旋轉的角度，X(W)為側壁外形的函數，S為刀具每轉進給距離，r為刀具半徑，\飛機結構件閉角角度。步驟三通過坐標值生成數控加工刀軌，經後置處理程序生成閉角清根數控加工程序。步驟四使用五軸數控銑床，運用專用刀具通過數控加工程序控制刀具旋轉角度W與刀具在空間運動的規律，使刀片切削刃清除側壁殘留，刀尖與工件切削接觸點在腹板平面上做切削運動，清除腹板殘留。最終完成閉角的清根。本發明具有如下效果I、本發明所述專用刀具適應性強，可以完成飛機結構件閉角角度在65度以上的
清根加工。2、使用本發明所述的專用刀具清根工藝簡單，效率高，成本低。3、使用本發明所述的專用刀具清根效果好，殘留材料小，減輕了勞動強度。


圖I為本發明清根專用刀具結構示意圖。圖2為本發明刀杆結構示意圖三視圖。圖3為本發明刀片結構示意圖。圖4為本發明連接螺釘示意圖。圖5為本發明清根專用刀具與傳統刀具加工對比圖，圖中左邊為本發明清根專用刀具加工不意圖，圖中右邊為傳統刀具加工及殘留材料不意圖。圖6為本發明清根專用刀具閉角加工的刀具軌跡圖。圖中I為非對稱圓柱刀杆，101為刀杆軸線，102為刀杆側定位面，103為刀杆底定位面，104為底定位面垂直邊，105為底定位面斜邊，106為刀杆連接螺紋，2為三角形刀片，201為切削刃，202為備用刀尖，203為安裝定位孔，204為前刀面，205為後刀面，206為定位面，207為刀尖，3為連接螺釘，301為螺紋連接部分，302為圓柱定位部分，4為飛機結構件閉角結構，401為閉角側壁，402為閉角腹板，5為傳統圓柱銑刀，6為加工殘留材料，7為數控加工刀具中心軌跡，8為刀尖加工軌跡。
具體實施例方式下面結構附圖和實施例對本發明作進一步的說明。如圖I所示，一種飛機結構件閉角清根專用刀具，它由非對稱圓柱刀杆I、三角形刀片2和連接螺釘3組成。三角形刀片2利用圓杆刀柄I上的定位面102和103定位，連接螺釘3通過刀片安裝定位孔203與刀杆I固定，取刀片左邊切削刃201旋轉半徑r = 6mm比圓柱刀杆I半徑R=5mm大Imm (具體實施時可根據公式r=R+ (I 2) mm,刀片最右邊的備用刀尖202旋轉半逕取5. 5mm,介於切削刃旋轉半徑r和圓柱刀杆半徑R的中間，刀尖夾角a =60小於飛機結構件閉角角度入=70。如圖2所示，非對稱圓柱刀杆I底面105與刀杆軸線101成一角度，角度值等於刀尖夾角a =60度，與刀片定位面206重合的刀杆底定位面103過刀杆軸線101，呈半圓柱狀，缺口部分的上底面102為與軸線相交的傾斜面，缺口部分設有一個與軸線平行的定位面103，上底面102用於與三角形刀片2的頂邊相抵，定位面103用與刀面的上表面或下表·面相抵；半圓柱狀刀杆的下底面105與軸線的夾角等於刀尖夾角a。圖3，三角形刀片2為等邊三角形外形，刀尖夾角a = 60度，刀片上的安裝定位孔位203位於等邊三角形的中心，刀尖修磨0. 5mm左右修光刃，刀片前角為10度，后角為5度。在切削刃和刀尖磨損後，通過調換刀片安裝在圓柱刀杆上的位置，實現一個刀片3次使用。如圖4所示，連接螺釘3採用複合結構，前部分為螺紋連接部分301，後部分為圓柱定位部分302，總長度小於圓柱刀杆半徑R，使其不與閉角側壁幹涉。下面結構附圖5、6對本發明的使用方法作進一步的說明。圖5為一種典型飛機結構件閉角結構，閉角結構4包括閉角側壁401和閉角腹板402，閉角角度\ =70度，圖中右邊所示傳統圓柱銑刀5加工的結果，加工後的殘留材料6不能滿足使用的要求，需要人工去除。圖中左邊所示為使用本發明的專用刀具I在五軸數控工具機上對閉角進行清根。具體步驟如下步驟一建立飛機結構件閉角清根加工坐標系。記側壁與腹板的交點為C，C點繞刀軸旋轉的虛擬中心點為0，定義0點為清根加工坐標系原點，刀具沿刀軸離開工件方向為Z軸正方向；從0點到C點定義為X軸的正方向；Y軸的正方向用右手定律判斷。步驟二 根據下式計算刀具虛擬中心點0在清根加工坐標系下的坐標值。X=X (W)Y=W S/360Z=r (1-cos (W)) /tan ( A )上式中W為刀尖旋轉的角度，X(W)為側壁外形的函數，此例中側壁是一直角邊，因此X = 0,S為刀具每轉進給距離,根據經驗取S = O. 5mm,r = 6mm為刀具半徑，X = 70為飛機結構件閉角角度。坐標值是一個隨變量W的變化的函數，取W = 0，1，2 * 359，刀具旋轉每轉取360個角度值離散求得360個坐標值，求得坐標值如下(表格中的單位為mm)CN 102784954 A 0. S 4\5 矧
I〕 ^ Z
0(U)(K) 0 (U)(K)
10. Os)P0 i P O(K)
20.000 0.003 )L
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1K) 0. 000 0. 125 2. 184
ISU 0.000 0 J5 4.368
:化00.00 0 n 0.0以上是刀具旋轉360度內的刀具虛擬中心點的坐標值，刀具旋轉其他角度的算法是相同的，此處略。步驟三通過坐標值生成數控加工刀軌，如圖6所示，經後置處理程序生成閉角清根數控加工程序，。步驟四使用UCP 710五軸數控銑床，運用專用刀具I通過數控加工程序控制刀具旋轉角度W與刀具在空間運動的規律，使刀片切削刃201清除側壁殘留，刀尖207與工件切削接觸點在腹板平面上做切削運動，清除腹板殘留。最終完成閉角的清根。經過上述專用刀具加工的閉角清根殘留經檢測結果在0. 02-0. 05mm,結果完全滿足飛機結構件的設計要求，相比普通刀具加工的殘留材料高度3-4mm有顯著提高。
權利要求
1.一種飛機結構件閉角清根專用刀具，其特徵是它包括圓柱刀杆(I)、三角形刀片(2)以及連接螺釘(3)，圓柱刀杆(I)下端的設有供三角形刀片(2)定位的定位面，三角形刀片(2)通過連接螺釘(3)和所述的定位面固定安裝在圓柱刀杆(I)的下端，三角形刀片(2)的切削刃(201)與圓柱刀杆(I)的軸心線(101)平行，切削刃(201)的旋轉半徑r比圓柱刀杆(I)的半徑R大l_2mm，三角形刀片(2)的刀尖夾角a小於飛機結構件閉角角度入。
2.根據權利要求I所述的飛機結構件閉角清根專用刀具，其特徵是所述圓柱刀杆(I)為非對稱圓柱刀杆，它的下端設有一個缺口並形成半圓柱狀，缺口部分的上底面(102)為與軸線相交的傾斜面，缺口部分設有一個與軸線平行的定位面(103)，上底面(102)用於與三角形刀片(2)的頂邊相抵，定位面(103)用與刀片的定位面(206)相抵；半圓柱狀刀杆的下底面(105)與軸線的夾角等於刀尖夾角a。
3.根據權利要求I或2所述的飛機結構件閉角清根專用刀具，其特徵是所述的三角形刀片(2)為等邊三角形外形，刀尖夾角a = 60度，刀片上的安裝定位孔位於等邊三角形的中心，刀尖修磨0. 5mm左右修光刃。
4.根據權利要求3所述的飛機結構件閉角清根專用刀具，其特徵是所述等邊三角形刀片(2)的三邊均帶有切削刃，調換安裝在圓柱刀杆上的位置，實現一個刀片3次使用。
5.根據權利要求I所述的飛機結構件閉角清根專用刀具，其特徵是所述的連接螺釘(3)採用複合結構，前部分為螺紋連接部分，後部分為圓柱定位部分，總長度小於圓柱刀杆半徑R，使其不與閉角側壁幹涉。
6.根據權利要求I所述的飛機結構件閉角清根專用刀具，其特徵是所述的刀尖夾角a不大於閉角角度、的90%。
7.根據權利要求I所述的飛機結構件閉角清根專用刀具，其特徵是所述的刀尖夾角a的取值範圍為50-60度。
全文摘要
一種飛機結構件閉角清根專用刀具，屬於航空製造工程領域。所述飛機結構件閉角清根專用刀具，包括非對稱圓柱刀杆、等邊三角形刀片、連接螺釘，等邊三角形刀片利用圓杆刀柄上的定位面定位，通過連接螺釘與刀杆固定，圓柱刀杆上的螺紋孔與刀杆偏心，使刀片旋轉半徑比刀杆大1-2mm。使用所述專用刀具通過控制刀具旋轉角度與刀具空間運動的規律，完成飛機結構件常用閉角的清根。使用本發明所述專用刀具完成的飛機結構件閉角清根其優點有殘留材料少，無需人工去除，工作效率高，降低了加工成本，減輕了勞動強度。
文檔編號B23C5/02GK102784954SQ201210297878
公開日2012年11月21日 申請日期2012年8月21日 優先權日2012年8月21日
發明者劉旭, 劉長青, 李海, 李迎光, 王偉, 郝小忠 申請人:南京航空航天大學