基于螺旋铣专用机床的CFRP/铝合金叠层制孔研究
发布时间：2022-10-30 12:26
随着航空先进制造技术的进步与发展,飞机上大量采用了整体式CFRP壁板与铝合金构成的叠层结构,在减轻飞机重量的同时大大提高了整体性能。然而,在CFRP/铝合金叠层连接孔加工中,因两种材料性能差别较大,传统手工制孔效率低,孔位精度差,加工质量难以保证,严重影响了飞机的装配精度和效率。因此,如何实现CFRP/铝合金叠层结构的高质量、高效率制孔,是当前航空构件数字化装配制造亟待解决的难题。本文采用螺旋铣孔技术对CFRP/铝合金叠层结构进行了高效高质量自动化制孔工艺策略研究,首先构建了机床自动化螺旋铣孔系统,详细介绍了本系统内制孔专用机床和螺旋铣末端执行器的组成结构与特点,并结合某型号工程现场应用制定了 CFRP壁板与铝合金叠层自动化制孔的具体工艺流程。确保机床系统的定位精度是实现系统自动化制孔的前提。为实现制孔专用机床的准确定位,建立了制孔专用机床系统的运动学模型,进行了运动学的正向与反向求解,并采用激光跟踪仪测量系统对模型中的关键运动学参数进行了测量与标定。通过试验验证了运动学模型以及运动学参数的准确性,为保证机翼自动化制孔的孔位精度奠定了基础。利用机床自动化螺旋铣孔系统开展了 CFRP/铝...
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
致谢
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 自动化制孔技术研究现状
1.3 CFRP与铝合金制孔加工研究现状
1.3.1 CFRP制孔加工研究现状
1.3.2 铝合金制孔加工研究现状
1.3.3 CFRP/铝合金叠层制孔加工研究现状
1.4 螺旋铣孔技术研究及应用现状
1.4.1 螺旋铣孔加工原理
1.4.2 螺旋铣孔技术应用现状
1.4.3 当前螺旋铣孔技术叠层制孔存在问题
1.5 论文主要研究内容和总体框架
1.5.1 论文主要研究内容
1.5.2 论文总体框架
第二章 机床自动化螺旋铣孔试验系统
2.1 机床自动化螺旋铣孔系统总体构建
2.2 机床自动化螺旋铣孔系统各组成部分
2.2.1 制孔专用机床
2.2.2 螺旋铣末端执行器
2.2.3 试刀架系统
2.3 机翼自动化制孔流程设计
2.3.1 机翼整体制孔工艺流程
2.3.2 单个连接孔加工工艺流程
2.4 本章小结
第三章 机床系统运动学建模及主要运动学参数标定
3.1 制孔专用机床系统的运动学建模
3.1.1 制孔专用机床系统坐标系的构建
3.1.2 制孔专用机床系统的正向运动学计算
3.1.3 制孔专用机床系统的反向运动学计算
3.2 制孔专用机床系统运动学参数的标定
3.3 试验验证
3.3.1 试验设计
3.3.2 试验结果分析
3.4 本章小结
第四章 CFRP铝合金叠层螺旋铣孔高质量制孔工艺分析
4.1 CFRP/铝合金叠层螺旋铣孔试验设计及分析
4.1.1 CFRP/铝合金叠层螺旋铣孔试验设计
4.1.2 CFRP/铝合金叠层螺旋铣孔质量分析
4.2 CFRP缩孔机理分析
4.2.1 CFRP回弹表面与刀具后刀面接触应力建模
4.2.2 CFRP回弹与刀具磨损间的互相作用
4.3 CFRP孔壁质量分析
4.4 本章小结
第五章 CFRP/铝合金叠层螺旋铣孔缺陷控制策略研究
5.1 螺旋铣孔专用刀具侧刃后角的优化
5.1.1 螺旋铣孔专用刀具侧刃后角分析
5.1.2 螺旋铣孔刀具后角优选试验设计
5.2 工艺参数优化
5.2.1 响应曲面法试验设计
5.2.2 试验结果分析
5.3 试验验证
5.3.1 孔径精度分析
5.3.2 孔壁质量分析
5.4 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
【参考文献】：
期刊论文
[1]碳纤维复合材料切削加工技术研究进展[J]. 陈涛,苗光,李素燕. 哈尔滨理工大学学报. 2016(02)
[2]碳纤维复合材料/铝合金叠层制孔工艺试验研究[J]. 王豪,胡坚,孙鑫. 工具技术. 2015(11)
[3]机器人自动化制孔系统[J]. 毕运波,李永超,顾金伟,郭英杰,闻立波,汪少斌,黄红. 浙江大学学报(工学版). 2014(08)
[4]碳纤维复合材料/铝合金叠层制孔的轴向力研究[J]. 孙鑫,田威,刘姿,李大鹏. 机械制造. 2014(06)
[5]基于分屑原理的螺旋铣孔专用刀具研究[J]. 刘刚,王亚飞,张恒,高凯晔,柯映林,段作衡. 机械工程学报. 2014(09)
[6]航空铝合金及其材料加工[J]. 张新明,刘胜胆. 中国材料进展. 2013(01)
[7]面向飞机自动化装配的制孔末端执行器的设计[J]. 王建,刘浩,田威,万世明,刘勇,李东明. 南京航空航天大学学报. 2012(S1)
[8]电镀金刚石刀具钻削碳纤维复合材料磨粒磨损特征研究[J]. 高航,刘国兴,张选龙,鲍永杰. 大连理工大学学报. 2011(05)
[9]机器人辅助飞机装配制孔中位姿精度补偿技术[J]. 曲巍崴,董辉跃,柯映林. 航空学报. 2011(10)
[10]复合材料孔加工技术的新进展[J]. 航空制造技术. 2011(14)
硕士论文
[1]环形轨自动化制孔系统孔位修正方法研究[D]. 涂国娇.浙江大学 2015
[2]飞机壁板机器人自动化制孔法向修正技术研究[D]. 李永超.浙江大学 2014
[3]基于MQL的难加工材料螺旋铣孔工艺研究[D]. 桂林景.天津大学 2012
[4]CFRP/Ti-6Al-4V叠层结构螺旋铣孔过程工艺优化研究[D]. 陆翠.天津大学 2012
[5]碳纤维复合材料钻削力与孔质量研究[D]. 贺虎.南京航空航天大学 2011
[6]螺旋铣孔虚拟样机设计与优化[D]. 滑松.天津大学 2010
[7]难切削加工材料螺旋铣孔切削动力学及其试验研究[D]. 陈仕茂.天津大学 2009
[8]螺旋铣孔动力学研究[D]. 袁智星.天津大学 2008
本文编号：3698884
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
致谢
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 自动化制孔技术研究现状
1.3 CFRP与铝合金制孔加工研究现状
1.3.1 CFRP制孔加工研究现状
1.3.2 铝合金制孔加工研究现状
1.3.3 CFRP/铝合金叠层制孔加工研究现状
1.4 螺旋铣孔技术研究及应用现状
1.4.1 螺旋铣孔加工原理
1.4.2 螺旋铣孔技术应用现状
1.4.3 当前螺旋铣孔技术叠层制孔存在问题
1.5 论文主要研究内容和总体框架
1.5.1 论文主要研究内容
1.5.2 论文总体框架
第二章 机床自动化螺旋铣孔试验系统
2.1 机床自动化螺旋铣孔系统总体构建
2.2 机床自动化螺旋铣孔系统各组成部分
2.2.1 制孔专用机床
2.2.2 螺旋铣末端执行器
2.2.3 试刀架系统
2.3 机翼自动化制孔流程设计
2.3.1 机翼整体制孔工艺流程
2.3.2 单个连接孔加工工艺流程
2.4 本章小结
第三章 机床系统运动学建模及主要运动学参数标定
3.1 制孔专用机床系统的运动学建模
3.1.1 制孔专用机床系统坐标系的构建
3.1.2 制孔专用机床系统的正向运动学计算
3.1.3 制孔专用机床系统的反向运动学计算
3.2 制孔专用机床系统运动学参数的标定
3.3 试验验证
3.3.1 试验设计
3.3.2 试验结果分析
3.4 本章小结
第四章 CFRP铝合金叠层螺旋铣孔高质量制孔工艺分析
4.1 CFRP/铝合金叠层螺旋铣孔试验设计及分析
4.1.1 CFRP/铝合金叠层螺旋铣孔试验设计
4.1.2 CFRP/铝合金叠层螺旋铣孔质量分析
4.2 CFRP缩孔机理分析
4.2.1 CFRP回弹表面与刀具后刀面接触应力建模
4.2.2 CFRP回弹与刀具磨损间的互相作用
4.3 CFRP孔壁质量分析
4.4 本章小结
第五章 CFRP/铝合金叠层螺旋铣孔缺陷控制策略研究
5.1 螺旋铣孔专用刀具侧刃后角的优化
5.1.1 螺旋铣孔专用刀具侧刃后角分析
5.1.2 螺旋铣孔刀具后角优选试验设计
5.2 工艺参数优化
5.2.1 响应曲面法试验设计
5.2.2 试验结果分析
5.3 试验验证
5.3.1 孔径精度分析
5.3.2 孔壁质量分析
5.4 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
【参考文献】：
期刊论文
[1]碳纤维复合材料切削加工技术研究进展[J]. 陈涛,苗光,李素燕. 哈尔滨理工大学学报. 2016(02)
[2]碳纤维复合材料/铝合金叠层制孔工艺试验研究[J]. 王豪,胡坚,孙鑫. 工具技术. 2015(11)
[3]机器人自动化制孔系统[J]. 毕运波,李永超,顾金伟,郭英杰,闻立波,汪少斌,黄红. 浙江大学学报(工学版). 2014(08)
[4]碳纤维复合材料/铝合金叠层制孔的轴向力研究[J]. 孙鑫,田威,刘姿,李大鹏. 机械制造. 2014(06)
[5]基于分屑原理的螺旋铣孔专用刀具研究[J]. 刘刚,王亚飞,张恒,高凯晔,柯映林,段作衡. 机械工程学报. 2014(09)
[6]航空铝合金及其材料加工[J]. 张新明,刘胜胆. 中国材料进展. 2013(01)
[7]面向飞机自动化装配的制孔末端执行器的设计[J]. 王建,刘浩,田威,万世明,刘勇,李东明. 南京航空航天大学学报. 2012(S1)
[8]电镀金刚石刀具钻削碳纤维复合材料磨粒磨损特征研究[J]. 高航,刘国兴,张选龙,鲍永杰. 大连理工大学学报. 2011(05)
[9]机器人辅助飞机装配制孔中位姿精度补偿技术[J]. 曲巍崴,董辉跃,柯映林. 航空学报. 2011(10)
[10]复合材料孔加工技术的新进展[J]. 航空制造技术. 2011(14)
硕士论文
[1]环形轨自动化制孔系统孔位修正方法研究[D]. 涂国娇.浙江大学 2015
[2]飞机壁板机器人自动化制孔法向修正技术研究[D]. 李永超.浙江大学 2014
[3]基于MQL的难加工材料螺旋铣孔工艺研究[D]. 桂林景.天津大学 2012
[4]CFRP/Ti-6Al-4V叠层结构螺旋铣孔过程工艺优化研究[D]. 陆翠.天津大学 2012
[5]碳纤维复合材料钻削力与孔质量研究[D]. 贺虎.南京航空航天大学 2011
[6]螺旋铣孔虚拟样机设计与优化[D]. 滑松.天津大学 2010
[7]难切削加工材料螺旋铣孔切削动力学及其试验研究[D]. 陈仕茂.天津大学 2009
[8]螺旋铣孔动力学研究[D]. 袁智星.天津大学 2008
本文编号：3698884
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