[发明专利]组合式端铣削/钻削/铰削切削刀具

说明书

背景技术

纤维增强塑料（FRP）材料因其高比强度以及高比刚度而被广泛地用于航空工业中。FRP材料是由软树脂基体和高强度纤维增强物所组成的复合材料。典型的纤维增强物包括：碳纤维（CFRP）、玻璃纤维（GFRP）、芳纶（Kevlar）纤维、以及类似物。FRP材料通常被加工成叠层结构。FRP材料具有优异的面内强度，但是层间强度低。

传统的钻削还被称为“推进式钻削”，是与金属一起使用的的一种惯例。沿着该刀具的轴线向下按压该钻头以便造出一个孔。用这种方法钻削减少了这些金属层中一侧到另一侧的偏转。然而，推进式钻削CFRP材料典型地是有疑问的，并且纤维层离和其他损害也是个问题。

减少该纤维层离的一种途径是使用轨道式钻削工艺。轨道式钻削是通过铣削进行的造孔操作，其中一个端铣刀的中心围绕这个预期孔的中心进入轨道运行，同时在其自身的轴线上自旋并且在轴向方向上移动。轨道式钻削还被称作“圆铣”或“螺旋内插”。

通过轨道式钻削CFRP材料，螺旋式地内插这个孔。这用偏离中心的一个直径较小的刀具来切削该孔，由此铣削该孔至适当直径。这种方法产生了具有边缘干净和缺陷最小的孔。

然而，推进式钻削与使用了螺旋内插方法的轨道式钻削相比具有更短的周期时间。这些刀具的尺寸被确定为将要造出的孔的直径并且这些刀具对相同的最终孔大小来说是比直径更小的轨道式刀具更刚硬的。

在飞机用金属材料中，尤其是铝，已经发现当传统地经推进式钻出并且铰削多个孔时，这些孔与使用螺旋内插完全轨道式钻出的孔相比具有更长的疲劳寿命。这是因为残余应力留在了来自传统推进式钻削和铰削操作的孔中。换言之，轨道式钻削在工件中产生了较少的残余应力。

发明内容

多功能末端操纵装置和计算机数字控制的（CNC）机械用分开的刀具产生了经轨道式钻出的孔和经推进式钻出的孔。纤维层离CFRP材料以及金属材料中增加的疲劳寿命的问题通过如下方式被解决：将使用螺旋内插的端铣削、推进式钻削、以及铰削切削操作组合成组合式端铣削/钻削/铰削切削刀具。该组合式切削刀具与分开地使用这三个切削操作相比，提供了更快的周期时间和易于操作的协同作用。

一方面，一种组合式端铣削/钻削/铰削切削刀具包括一个端铣削部分、一个铰削部分、以及一个在该端铣削部分与该铰削部分之间的钻削部分。

另一方面，一种组合式端铣削/钻削/铰削切削刀具包括一个端铣削部分、一个钻削部分、一个铰削部分、一个在该端铣削部分与该钻削部分之间的颈部分、一个柄、以及一个在该铰削部分与该柄之间的间隙颈部分。该端铣削部分具有一个第一直径。该颈部分具有一个小于该第一直径的第二直径。该钻削部分具有一个大于第一和第二直径两者的第三直径。该铰削部分具有一个大于该第一、第二以及第三直径的第四直径。该间隙颈部分具有一个小于该第三和第四直径并且大于该第一和第二直径的第五直径。

另一方面，一种使用组合式端铣削/钻削/铰削切削刀具对工件进行机加工的方法，该切削刀具包括一个端铣削部分、一个钻削部分、以及一个铰削部分，该方法包括：将该切削刀具相对于该工件进行定位以便开始一个机加工周期；使用轨道式钻削操作通过该切削刀具的端铣削部分在一个第一材料层中钻出一个孔；将该切削刀具定位成使得该切削刀具的纵向轴线是与该孔的轴线基本上对齐的；使用推进式钻削操作通过该切削刀具的钻削部分在一个第二材料层中钻出该孔；并且使用推进式钻削操作通过该切削刀具的铰削部分来铰削该孔。

附图说明

虽然展示了本发明的不同实施方案，但是不应解释为所示的具体实施方案限制了权利要求。在此预期可以在不脱离本发明的范围的情况下进行各种变化和修改。

图1是本发明的组合式端铣削/钻削切削刀具的一个示例性实施方案的平面图；

图2是图1的切削刀具的一个放大的等角视图，显示了端铣削部分、该钻削部分、以及带有末端楔形体的该铰削部分的前部；

图3是图2的切削刀具旋转九十（90）度后的另一个放大的等角视图，显示了该切削刀具钻削部分的这些非切削的离隙槽；

图4是图1的切削刀具的放大的等角视图，显示了该铰削部分的带有后倒角的后部、以及一个间隙颈部分；并且

图5（a）-（f）是使用本发明的切削刀具来对工件进行机加工的一种方法的等角视图，该工件具有一个CFRP材料顶层以及一个金属材料底层。

具体实施方式