封孔工艺成本控制论文提纲

论文题目：面向航空航天构件装配的螺旋铣孔工艺及装备

摘要：航空航天装备在装配过程中需要通过铆钉或螺栓将大量零件或部件按照设计要求进行连接,为此需要预先在航空航天构件上进行制孔。航空航天构件装配制孔具有加工数量庞大、作业环境复杂等难点,尤其是我国新型号航空航天装备在研制或批产的过程中,面临难加工材料用量大、大直径大深度装配孔数量多、制孔质量要求高等难题,对制孔技术提出了新的挑战。现有的麻花钻钻孔结合扩孔、铰孔的传统制孔工艺由于存在一定的局限性,已难以满足难加工材料构件大直径、大深度装配孔的高质高效加工需求。螺旋铣孔是一种新的制孔方法,相对传统工艺,具有加工质量好、制孔效率高、生产成本低等优势,在航空航天构件装配孔加工中呈现出良好的应用前景。国内外针对螺旋铣孔技术开展了相应的研究,但缺乏系统完善的基础理论分析,加工质量控制方法研究较少,开发的螺旋铣孔装备技术也不够成熟,限制了螺旋铣孔方法在航空航天构件装配中的实际推广应用。本文面向航空航天构件装配孔的高质、高效加工需求,针对螺旋铣孔技术在应用中存在的问题,从运动学分析与切削力建模入手,研究了螺旋铣孔加工误差和加工缺陷的产生原因,开发了高精度、低损伤螺旋铣孔工艺方法,研制了系列化的螺旋铣孔装备,相应工艺与装备在国内航空航天企业得到了实际应用。本文主要研究内容和结论如下:（1）建立了考虑顺铣和逆铣方式的螺旋铣孔几何学和运动学模型,进行了刀具运动轨迹三维仿真,分析了铣刀端刃和周刃的切削过程与未变形切屑几何参数;以此为基础,建立了考虑顺、逆铣加工方式的螺旋铣孔切削力模型;搭建了螺旋铣孔试验系统,针对钛合金、复合材料、铝合金分别进行了切削力模型的系数标定和试验验证,结果表明,实测切削力与预测切削力基本吻合,切削力模型预测误差不超过8.1%。（2）基于建立的螺旋铣孔切削力模型,分析了螺旋铣孔加工误差的产生原因和影响规律,结果表明,螺旋铣孔过程中产生的径向切削分力是引起孔径偏差的主要原因,顺铣和逆铣时铣刀切除材料产生的径向力方向不同,分别导致孔径偏小和偏大,铣刀周刃与孔壁的挤压作用也会产生径向力,导致孔径随制孔深度减小;根据上述分析,建立了考虑顺、逆铣加工方式与制孔深度影响的螺旋铣孔孔径预测模型;在此基础上,提出了通过采用短周刃刀具和进行偏心量补偿控制螺旋铣孔加工误差的工艺方法。试验结果表明,螺旋铣孔孔径预测模型的预测误差不超过0.015 mm,采用提出的加工误差控制方法后制孔精度达到H7级。（3）分析了螺旋铣孔加工缺陷的形式和特征,揭示了轴向切削力是造成金属材料出口毛刺和复合材料出口分层等加工缺陷的主要原因;基于建立的几何学和运动学模型,分析了铣刀端刃几何参数对未变形切屑形状和轴向切削力的影响,提出了采用大“隙角”刀具控制螺旋铣孔加工缺陷的工艺方法,通过增大“隙角”使端刃靠近中心的部分不参与切削,从而降低了轴向切削力,减小了加工缺陷,复合材料出口分层因子小于1.4,铝合金材料出口近无毛刺;进一步开发了基于反向进给的螺旋铣孔加工缺陷控制方法,通过使用双向铣刀和钻铣复合刀具实现了反向进给,改变了工件出口材料的受力状态,抑制了加工缺陷的产生,实现了复合材料和金属材料的近无缺陷制孔。（4）突破了名义孔径在位精确测量与偏心量精确调节等螺旋铣孔装备研发中的关键技术;面向航空航天构件装配中的不同制孔需求,开发了系列化的便携式螺旋铣孔装备和全自动螺旋铣孔装备;所研发的螺旋铣孔工艺与装备在国内航空航天企业得到了实际应用,与传统的“钻-扩-铰”组合制孔工艺相比,制孔工序数减少80%以上,效率提高5倍以上,刀具成本节约80%以上。

关键词：装配;制孔;螺旋铣孔;加工误差;加工缺陷

学科专业：机械制造及其自动化

摘要

ABSTRACT

主要符号表

1 绪论

1.1 研究背景与意义

1.1.1 航空航天构件装配过程中的制孔需求

1.1.2 航空航天构件装配孔加工的特点和难点

1.1.3 航空航天构件装配孔加工技术

1.1.4 航空航天构件装配孔加工新挑战

1.1.5 航空航天构件螺旋铣孔技术

1.2 国内外相关工作研究进展

1.2.1 螺旋铣孔基础理论研究

1.2.2 螺旋铣孔质量研究

1.2.3 螺旋铣孔装备研究

1.2.4 螺旋铣孔技术研究现状评述

1.3 课题来源和主要研究内容

1.3.1 课题来源

1.3.2 主要研究内容

2 螺旋铣孔运动学分析与切削力建模

2.1 螺旋铣孔运动学分析

2.1.1 螺旋铣孔刀具和运动参数

2.1.2 螺旋铣孔刀具运动轨迹建模和仿真

2.1.3 螺旋铣孔未变形切屑几何形状与参数

2.2 螺旋铣孔切削力模型

2.2.1 螺旋铣孔切削力模型建立

2.2.2 螺旋铣孔试验系统搭建

2.2.3 螺旋铣孔切削力模型系数标定与试验验证

2.3 本章小结

3 螺旋铣孔加工误差控制方法研究

3.1 螺旋铣孔加工误差产生原因分析

3.1.1 径向切削力对螺旋铣孔加工误差的影响

3.1.2 制孔深度对螺旋铣孔加工误差的影响

3.2 螺旋铣孔孔径预测模型

3.2.1 螺旋铣孔孔径预测模型建立

3.2.2 螺旋铣孔孔径预测模型试验验证

3.3 螺旋铣孔加工误差控制方法

3.3.1 减小制孔深度对加工孔径影响的方法

3.3.2 补偿加工孔径尺寸偏差的方法

3.3.3 螺旋铣孔加工误差控制方法试验验证

3.4 本章小结

4 螺旋铣孔加工缺陷控制方法研究

4.1 螺旋铣孔加工缺陷的表现形式和评价方法

4.2 螺旋铣孔加工缺陷的形成机理分析

4.2.1 复合材料螺旋铣孔出口分层形成机理

4.2.2 金属材料螺旋铣孔出口毛刺形成机理

4.3 采用大“隙角”铣刀的螺旋铣孔加工缺陷控制方法

4.3.1 基于减小轴向切削力的螺旋铣孔加工缺陷控制思路

4.3.2 螺旋铣孔过程中“隙角”对端刃未变形切屑几何形状的影响

4.3.3 大“隙角”铣刀螺旋铣孔试验

4.4 采用反向进给的螺旋铣孔加工缺陷控制方法

4.4.1 基于改变轴向力方向的螺旋铣孔加工缺陷控制思路

4.4.2 反向进给螺旋铣孔原理

4.4.3 反向进给螺旋铣孔实施方案

4.4.4 反向进给螺旋铣孔试验

4.5 本章小结

5 螺旋铣孔装备开发及应用

5.1 螺旋铣孔装备开发

5.1.1 螺旋铣孔装备的基本功能要求分析

5.1.2 螺旋铣孔装备的关键技术研究

5.1.3 便携式螺旋铣孔装备开发

5.1.4 全自动螺旋铣孔装备开发

5.2 螺旋铣孔技术的集成加工试验

5.2.1 基于便携式螺旋铣孔装备的加工试验

5.2.2 基于全自动螺旋铣孔装备的加工试验

5.3 螺旋铣孔技术的实际应用

5.4 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 创新点

6.3 展望

参考文献

致谢