机器人旋转超声钻削与机床钻削CFRP/铝合金叠层构件切削力对比实验研究

针对现有机器人钻削叠层构件时存在颤振显著、钻削力大等问题,采用超声加工与机器人加工相结合的技术,实现CFRP/铝合金叠层的高效低损伤加工方法。开展了机器人旋转超声钻削(RRUD)、机器人钻削(RD)和机床钻削(MD)叠层构件钻削力对比实验。实验结果表明,与机床钻削相比,机器人钻削的钻削力显著恶化,钻削CFRP和铝合金时最大增幅分别达到28.19%和61.73%。旋转超声振动的引入有效抑制了钻削力的增大,当主轴转速为5000r/min时,机器人旋转超声钻削力接近机床钻削。

旋转超声钻削工程陶瓷的实验研究

概述了在加工工程陶瓷材料时,旋转超声钻削加工技术相比于传统加工方式的优势。通过电子显微镜观察钎焊和电镀金刚石薄壁钻头在进行实验时,两钻头表面磨粒磨损的情况,可以得出钎焊金刚石工具更加适用于加工工程陶瓷材料的结论。在用钎焊金刚石工具进行AL203陶瓷材料的旋转超声钻削实验时,测量分析了主轴转速、静压力以及超声功率对工程陶瓷材料的材料去除率的影响。实验得出,在一定范围内材料去除率随着主轴转速、静压力以及超声功率的增大而增大。

旋转超声钻削碳化硅金刚石工具磨损实验研究

有关旋转超声钻削金刚石工具磨损机理的研究极为匮乏。通过利用数字显微镜跟踪观察旋转超声钻削碳化硅过程中金刚石工具表面形貌特征的变化,对旋转超声钻削金刚石工具磨损机理进行实验观察。旋转超声钻削碳化硅时金刚石工具的磨损机理包括金刚石磨粒磨耗磨损、金刚石磨粒破碎磨损和金刚石磨粒脱落,实验结果表明,金刚石磨粒脱落是旋转超声钻削金刚石工具的主要磨损机理。

旋转超声钻削加工的研究现状及发展趋势

针对硬脆材料加工孔过程中出现的各种问题,选择一种有效的加工方法显得尤为重要。而旋转超声钻削加工已经成为一种有效的特种加工方法,其应用前景可观。综述了旋转超声加工技术的加工机理及发展历程,概述了国内外学者在硬脆材料工艺特性及装备研发等方面的研究成果,重点阐述了近年来国内外研究者在旋转超声钻削加工孔工艺特性方面的主要研究成果,对旋转超声加工技术的发展趋势进行了展望。

CFRP/铝合金叠层构件旋转超声钻削温度研究

碳纤维复合材料(CFRP)/铝合金叠层的钻孔机理不同于单层材料钻孔,铝合金切屑在排出孔外过程中因切削温度过高会烧伤CFRP孔壁。为了改善CFRP叠层构件加工质量,将旋转超声钻削技术(RUM)引入到该材料的加工中。针对叠层构件钻削温度过高的问题,开展了旋转超声钻削试验研究,阐明了主轴转速、进给速度及超声振幅对钻削温度的影响规律。采用多元回归分析,分别建立了CFRP和铝合金的钻削温度指数预测模型。通过对比预测值和试验值,验证了钻削温度模型构建的合理性和有效性。

断续旋转超声钻削先进陶瓷实验研究

通过改进旋转超声钻削的传统金刚石工具,提出一种新型的钻削工艺——断续旋转超声钻削;并对断续旋转超声钻削的钻削效果进行了实验验证。实验研究表明,与传统旋转超声钻削相比,断续旋转超声钻削能提高冷却液的流速,改善冷却液的冲洗效果,进而提高加工精度。

钛合金旋转超声辅助钻削的出口毛刺

针对航空航天领域钛合金难加工材料采用普通麻花钻传统钻削过程中孔出口毛刺大、导致去毛刺困难及影响紧固件装配质量的问题,提出了一种基于新刃型刀具(八面钻)的钛合金旋转超声辅助钻削(RUAD)的新技术。分析了RUAD原理,采用文中所设计的RUAD主轴结合CA6140车床平台、测力系统、测温系统、高速摄影系统以及非接触激光测量系统进行了钛合金RUAD制孔试验和孔出口毛刺研究,对比普通钻削(CD)分析了RUAD降低孔出口毛刺的机理,并建立了基于八面钻的CD和RUAD的毛刺形成模型。试验结果表明:相比于CD,RUAD明显降低钻削力、孔出口最高切削温度和毛刺高度,分别降低了16.79%~20.2%,18.54%~21.68%和82.27%~89.18%,极大降低了钛合金孔出口去毛刺的困难和制造成本,提高了生产进度。

机器人旋转超声钻削CFRP/铝合金叠层材料的钻削力实验研究

针对机器人钻削(RCD)CFRP/铝合金叠层材料中钻削力过大引起柔性机器人姿态变形、影响制孔精度与质量的问题,提出了一种机器人旋转超声钻削方法(RRUD),实现钻削力的减小。实验结果显示:加入旋转超声后机器人钻削力显著减小,麻花钻与机器人旋转超声加工系统的匹配性优于三尖钻。采用小进给、高转速的工艺参数可以进一步减小机器人钻削力。为机器人旋转超声钻削CFRP/铝合金叠层材料的钻削力优化提供了参考与依据。

钛合金旋转超声辅助钻削的钻削力和切屑研究

针对难加工材料钛合金在采用普通麻花钻传统钻削过程中存在钻削力和扭矩较大使得钻孔困难,刀具使用寿命低,连续长切屑易缠绕刀具、划伤孔加工表面、增大刀具-切屑-工件孔壁之间的摩擦以及排屑差引起堵屑和卡刀具的问题,引入一种新刃型刀具(即八面钻),并结合超声振动钻削技术,进行了钛合金旋转超声辅助钻削试验。分析了旋转超声辅助钻削和普通钻削中切屑形成原理,采用文中所设计的旋转超声振动钻削主轴结合BV100立式加工中心平台、测力系统和非接触激光测量系统进行了无冷却条件下基于八面钻的钛合金旋转超声辅助钻削和普通钻削试验以及钻削力、扭矩和切屑形态的研究。试验结果表明:相比于普通钻削,超声钻削明显降低钻削力和扭矩分别为19.07%~20.09%和31.66%~34.3%,明显增强了钻头横刃和主切削刃的切削能力,获得了良好的断屑和排屑效果,提高了切削过程的稳定性,能够极大改善钛合金钻孔过程钻削困难、刀具使用寿命低和孔加工质量差的问题。

CFRP旋转超声辅助钻削的缺陷抑制机理及实验研究

针对碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)在普通切削(CD)过程中因切削力及扭矩较大而产生的分层撕裂、孔壁纤维损失等缺陷,采用了旋转超声辅助钻削(RUAD)制孔方法。首先,分析了CFRP CD的孔缺陷类型及产生机理,并结合超声振动加工的特性,给出了RUAD的孔缺陷抑制机理。然后,搭建了包含非接触式感应供电旋转超声振动系统、立式加工中心和测力系统的实验平台。最后,在相同的工艺参数下,对比了CD和RUAD两种工艺下的切削力和扭矩、孔缺陷及孔壁质量。实验结果表明:相对CD,RUAD的切削力和扭矩分别降低41. 46%~46. 32%和41. 61%~48. 94%,且CFRP孔出入口及孔壁分层撕裂、纤维损失等缺陷得到了有效抑制,极大地改善了CFRP的钻孔质量。实验结果有效地验证了CFRP钻孔缺陷产生机理及超声振动抑制机理的正确性,RUAD可以用于CFRP低损伤制孔。