[实用新型]碳纤维复合材料的倾斜行星螺旋铣孔装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及碳纤维复合材料加工技术，特别是一种碳纤维复合材料的倾斜行星螺旋铣孔装置。

背景技术

碳纤维复合材料具有许多优良性能，碳纤维复合材料的轴向强度和模量高，密度低、比性能高，无蠕变，非氧化环境下耐超高温，耐疲劳性好，比热及导电性介于非金属和金属之间，热膨胀系数小且具有各向异性，耐腐蚀性好，X射线透过性好，良好的导电导热性能、电磁屏蔽性好等，碳纤维复合材料被用于航空航天领域、赛车车身、体育用品等。

然而，这些材料难以用常规铣孔方法加工。轨道铣孔技术成为这一问题的解决方案之一。轨道铣孔类似螺旋铣加工中心。在这种情况下，轨道铣孔刀具被安装在一个旋转工具上，这个工具作为行星式旋转主轴的偏心轴，从而实现螺旋铣孔。用轨道铣孔方法加工出来的孔要比螺旋铣或传统加工技术加工的圆度更高。但是轨道铣孔有一些缺陷,例如，由于工件的切削原理和机械震动会产生工件分层和毛边的问题；另外，普通的螺旋铣孔中，刀具与待加工材料的加工面是垂直的，在铣孔时，是通过刀具的高速自转形成切割刃对材料进行切割，但是刀具的中心与代加工材料的理论相对位移速度为零，这样刀具在切割时阻力是非常大的，因而铣孔的效率也较低。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，提供一种碳纤维复合材料的倾斜行星螺旋铣孔装置，可以减小铣孔时的阻力，使铣孔更加高效，并且改善铣孔过程中碳纤维复合材料产生分层和毛边的问题。

本实用新型的技术方案：一种碳纤维复合材料的倾斜行星螺旋铣孔装置，包括位移机构、自转机构、公转机构、固定机构和高速轴，公转机构安装在位移机构上，自转机构安装在公转机构上，高速轴安装在自转机构上，高速轴上装有刀具，固定机构上设有抱死装置。刀具的中心轴线与公转机构的公转面的垂线设置倾斜角φ。采用本装置铣孔时，避免了加工时的零速点，因此，可以提高加工效率，节省时间。由于倾斜角φ的存在，使行星运动的刀具减小反速度半径，在减小切割阻力的同时降低了机械振动，因此，由于铣孔导致碳纤维复合材料出现的毛边和分层现象都可以得到改善。

上述碳纤维复合材料的倾斜行星螺旋铣孔装置中，所述倾斜角φ大于0度，小于或者等于2.2度。

上述碳纤维复合材料的倾斜行星螺旋铣孔装置中，所述倾斜角φ等于2.2度。

实验例1：为了验证碳纤维复合材料的倾斜行星螺旋铣孔装置的优越性，进行了理论推导，具体如下：

普通行星式螺旋铣孔中的刀具9的中心轴与待加工的碳纤维复合材料的加工面是垂直的，由于刀具9是围绕其中心轴线旋转的，因此，刀具9与碳纤维复合材料的接触面的中心点的相对位移速度理论值为零，这样加工时刀具9遇到的阻力是非常大的。如图3所示，由于刀具9在自转的同时也在公转，因此，刀具9的底部边缘在公转速度的影响下产生反速度半径(r_n)，反速度半径即由于运动的合成，刀具9的公转导致刀具9的自转半径减小量，图3(b)中是切削刃1与碳纤维复合材料的夹角为45度时，两虚线分别是刀具9自转速度和公转速度，实线为刀具9自转速度和公转速度的合成速度；图3(c)中是切削刃1与碳纤维复合材料的夹角为0度时，两虚线分别是刀具9自转速度和公转速度，实线为刀具9自转速度和公转速度的合成速度；由于刀具9的自转和公转的相互影响，导致刀具9相对于碳纤维复合材料的相对运动速度降低，铣孔的效率也就降低了。

刀具9的切削刃1移动速度为行星轨道运行速度，即：

V_o＝2πO_s(r_t+r_o)  (1)

V＝2πRω

此条件下：R＝r_t+r_o，ω＝O_s；

所以V_o＝V＝2πRω＝2πO_s(r_t+r_o)

其中，方程式中r_o为行星运动的公转半径，O_s为行星运转速度，r_t为刀头半径，V_o为行星轨道运行速度；

在零速点时，即刀具9与被加工工件接触面恰好位于公转圆心时，行星轨道运行速度等于刀具9自转速度，即：V_o＝V_s；

所以，2πO_s(r_t+r_o)＝2πT_ssr_t  (2)