基于超声波机床的蜂窝芯数控加工技术研究.pdf

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1、基于超声波机席的蜂窝芯数控加工技研究术口高涛口骆金威口林勇口李裕中航工业成飞数控加工厂成都610091摘要：以蜂窝芯的结构及力学性能为基础，介绍了当前芳纶纸蜂窝芯的加工现状，并分析了其存在的主要问题。阐述了超声波机床加工蜂窝芯的基本原理及切削方式．在此基础上对超声波机床加工芳纶纸蜂窝芯的数控加工技术进行了研究．取得了一定的成果。关键词：蜂窝芯超声波数控加工固持中图分类号：TH162；TG663文献标识码：A文章编号：1000—4998(2013)01—0041—03随着航空航天技术的发展，蜂窝芯具有比强度大、2．1蜂窝芯加工现状

2、比刚度高、耐热、抗冲击、抗疲劳、绝缘等诸多优良性能金属材料的固持．主要采用专用夹具、真空吸附等而被广泛使用其中使用最广泛的是芳纶纸蜂窝芯．芳方法蜂窝芯的结构特点和材料性能决定了其无法采纶纸蜂窝芯是由特殊的制造工艺将芳纶纸制成正六边用这两种方式．目前大部分的企业都是通过胶带黏结。形的蜂窝状结构．其轴向材料组成连续。是刚度最大的即在蜂窝芯零件的非加工面和垫板或工装之间通过铺方向．可以承受较大的压力．而在垂直于轴向平面内，一层双面胶带材料组成不连续．刚度很小．故几乎不能承受垂直于轴同理．蜂窝芯的结构特点和力学性能也决定了其向的拉力或者

3、压力。因此．蜂窝芯通常通过黏结上下两无法使用普通立铣刀．当前加工使用的刀具主要有两块蒙皮组成蜂窝结构．形成可以承受弯曲、剪切、拉压种类型：①带有打碎部分的组合刀具(见图1)，该类型力的整体刚性体刀具由刀杆、刀盘、刀片3部分组成，用于蜂窝零件的粗加工刀具在加工过程中通过刀盘上锯齿状切削刃1现状研究将蜂窝芯材料打碎．从而达到去除材料的作用⑦无打根蜂窝芯只能单向受力这一特殊的力学性能．在碎部分的无齿刀具(见图2)．这种类型的刀具由刀杆为航空航天应用上带来诸多优点的同时．也给其加工和刀片组成．通过切割的方式去除剩余的少许材料．最带来了新

4、的难题近年来．随着蜂窝芯在航空工业上的终保证型面的表面质量．一般多用于精加工使用逐渐广泛．一些学者和工程技术人员都进行了相关的研究工作柯映林_l_3]主要从有限元数值仿真和工程实验两方面深入研究了蜂窝芯加工过程中的固持技术．是研究蜂窝固持技术的代表性人物；张菊霞(4-5]基于常规数控机床对芳纶纸蜂窝芯的数控加工进行了探讨．对加工刀具的选择做了初步的研究工作：侯小林[]以具体零件为例．介绍了基于高速铣床加工蜂窝芯的工艺流程、固持方法、加工参数选择等；李焱、何勇6l等2．2存在问题对当前基于高速数控铣床加工蜂窝芯的工艺方案的各目前国

5、内一些企业已经具备了加工芳纶纸蜂窝芯个环节进行了较为全面的梳理和总结：张永岩等基的能力．通过固持方法的改进和使用特定的刀具．产品于超声波机床．研究了在CATIAV5环境下蜂窝芯的质量也日趋稳定。在蜂窝芯零件量产较小时．这种工艺数控编程技术方案基本能满足生产的需求但是．随着蜂窝芯零件的笔者在总结前人研究成果的基础上．对基于常规使用范围逐渐扩大。产量越来越大．该工艺方案的弊端的数控铣床加工蜂窝芯的工艺方法进行了总结和分也日趋明显，主要体现在以下几个方面：析．找出传统数控铣床加工蜂窝芯存在的主要问题。1)加工效率低下现行加工方法为保证

6、产品质量。大幅度减小了切削参数．导致加工效率低下．因此，2蜂窝芯加工现状及存在问题提高加工效率是目前此类零件的首要任务2)质量隐患严重采用打碎的方式容易造成蜂窝国家重大科技专项(编号：2010ZX04015—011)收稿日期：2012年8月芯零件在边缘被拉起．尤其是切削量过大时因此．如机械制造51卷第581期2013／1圃I何有效消除这些质量隐患、保障产品质量也是当前此理、方式与常规的金属切削完全不同，因此在数控加工类零件加T的难题过程中有很多需要解决的关键技术。为了便于说明，建3)加T环境恶劣。打碎零件会产生大量的粉尘．立相应

7、的加工坐标系(见图6)，其中直线A曰表示匕首给操作者的身心健康带来极大的隐患．也会造成车间式刀具的实际切削刃长，点为刀尖点。环境的污染以上3个问题是当前加工过程中主要显现的问题要从根本上解决这些顽疾．必须从加工模式上进行革新．在这种情况下．基于超声波加工蜂窝芯的技术便应运而生。3超声波机床加工蜂窝芯的关键技术3．1超声波机床的主要结构及刀具1980年奥地利GFM公司在全球首次将超声技术引入机械切割领域．并开发出用于复合材料加工的超(2)加工技术研究。刀具的等效半径处理：到目前声切割设备．经过几十年的发展．超声波机床已成为加为止．

8、绝大部分的数控编程软件都不支持匕首式刀具T芳纶纸蜂窝等复合材料最先进的设备编程．只能当作圆柱形刀具来处理．因此必须对匕首式超声波机床是通过超声波发生器产生超声振荡刀具进行等效半径处理。当刀位轨迹为直线时．可以保波．经换能器(见图3)转换成超声机械振动来切削零证刀