专利摘要

本发明公开了一种铝蜂窝的超声切削与冲击一体化加工方法，具有如下步骤：将待处理铝蜂窝固定在机床夹具上，将超声振动装置安装到机床主轴上，将具有特定下端面微细花纹的圆片刀安装到超声振动装置上，测量调整圆片刀下刀面的端面跳动；根据所需的铝蜂窝面形确定走刀路径；启动超声振动装置使圆片刀开始振动，启动机床主轴使圆片刀回转，按走刀路径对待处理铝蜂窝进行加工。本发明与目前的高速铣削加工方法相比切削力明显降低，所加工的铝蜂窝工件孔格变形更小，毛刺、压溃等加工缺陷明显减少，表面平整度高。可以得到按照所需面型超声切削的同时获得蜂窝壁宽度变宽的且具有特定表面微观形貌的铝蜂窝表面，有利于后期蜂窝粘接。

权利要求

1.一种铝蜂窝的超声切削与冲击一体化加工方法，其特征在于具有如下步骤：

S1、将待处理铝蜂窝固定在机床夹具上，将超声振动装置安装到机床主轴上，将圆片刀安装到超声振动装置上，测量圆片刀下刀面的端面跳动，使圆片刀下刀面的端面跳动满足要求，其中，圆片刀的纵截面呈等腰梯形状；

S2、根据所需的铝蜂窝面形确定走刀路径，且所述圆片刀的刀具轴线始终垂直于所述走刀路径；

S3、启动超声振动装置使圆片刀开始振动，启动机床主轴使圆片刀回转，按走刀路径对待处理铝蜂窝进行加工，获得具有所需的铝蜂窝面形的铝蜂窝。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤S1中，所述圆片刀与所述超声振动装置通过螺纹连接，所述圆片刀下刀面的端面具有微细花纹。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤S1中，所述圆片刀下刀面的端面跳动满足要求指的是所述圆片刀下刀面的端面跳动范围小于等于20μm。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤S2中，所述走刀路径应保证所述圆片刀单次切削深度为0.5mm～3mm。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤S3中，所述圆片刀沿其轴线方向振动，振动频率为18KHz～22KHz，振幅为20μm～50μm。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤S3中，按所述走刀路径对待处理铝蜂窝进行加工时，所述圆片刀在加工过程中应先以低于20mm/min的进给速度进给，待所述圆片刀全部切入铝蜂窝后再逐渐提高进给速度，然后保持高进给速度直至加工完成，所述圆片刀的转速为200r/min～2000r/min。

说明书

技术领域

本发明涉及一种加工方法，具体涉及一种铝蜂窝的超声切削与冲击一体化加工方法。

背景技术

铝蜂窝夹层结构件是制造卫星整流罩，飞机的舱门、地板等部件的重要零件，在航空航天领域应用广泛。制作蜂窝夹层结构件首先需要对铝蜂窝进行加工，使其达到所设计的曲面形状；再将内侧带有胶膜的复合材料蒙皮或铝合金板蒙皮贴合在蜂窝芯材料上，在一定温度下使胶膜融化，让胶液均匀地与铝蜂窝的孔格端面和侧壁接触黏合，最后胶液固化，粘接完成。铝蜂窝的面形精度和微观形貌会影响粘接质量，进而影响整个铝蜂窝夹层结构件的性能。由于铝蜂窝是一种多孔薄壁结构零件，表面具有非连续性，且壁厚仅有0.03mm～0.1mm，这种多孔薄壁结构在孔格方向上具有较高的刚度，但在垂直于蜂窝孔格的方向(本文中简称横向)上的刚度较弱，导致现有加工方法对铝蜂窝进行加工十分困难。目前一般采用数控机床高速铣削加工铝蜂窝曲面，由于铝蜂窝横向刚度弱，在切削力作用下极易出现让刀变形，蜂窝孔格压溃、蜂窝壁撕裂、蜂窝壁间的粘接面开裂，加工表面形状精度较差；同时高速铣削所加工出的表面有较多的毛刺、毛边等，这些是制约铝蜂窝加工精度和质量的关键因素。

综上所述，铝蜂窝加工中存在的以下问题是制约铝蜂窝加工质量的难题：

1.传统铣削方法切削力大，导致弱刚度的铝蜂窝切削变形大，影响加工精度；

2.传统铣削方法加工蜂窝芯表面有毛刺、毛边等缺陷，甚至脱胶、撕裂，加工质量差，影响后续粘接质量；

3.铝蜂窝端面处的蜂窝壁宽度小的特点导致其与蒙皮粘接时的粘接面积小，粘接强度弱。

发明内容

本发明针对以上问题，提出了一种铝蜂窝的超声切削与冲击一体化加工方法。

本发明的解决思路是：

采用超声切削方法代替现有的铣削方法加工铝蜂窝，使得铝蜂窝切屑以块状或条状形态去除，而不是以铣削碎屑的形态去除；在切削刀具上施加超声振动，通过超声切削作用降低切削力，抑制蜂窝孔格变形，提高铝蜂窝的面形精度和表面质量；圆片刀在超声振动切削过程中对铝蜂窝孔格端面进行高频冲击加工，使得铝蜂窝端面的蜂窝壁宽度增加，整体端面面积增大，进而增大铝蜂窝与蒙皮的有效粘接面积，同时圆片刀下刀面上设置各种微细花纹，在高频冲击作用下，使铝蜂窝孔格端面具有特定微观结构，提高粘接的强度和可靠性。

本发明采用的技术手段如下：

一种铝蜂窝的超声切削与冲击一体化加工方法，具有如下步骤：

S1、将待处理铝蜂窝固定在机床夹具上，将超声振动装置安装到机床主轴上，将圆片刀安装到超声振动装置上，测量圆片刀下刀面的端面跳动，使圆片刀下刀面的端面跳动满足要求，其中，圆片刀的纵截面呈等腰梯形状；

S2、根据所需的铝蜂窝面形确定走刀路径，且所述圆片刀的刀具轴线始终垂直于所述走刀路径；

S3、启动超声振动装置使圆片刀开始振动，启动机床主轴使圆片刀回转，按走刀路径对待处理铝蜂窝进行加工，获得具有所需的铝蜂窝面形的铝蜂窝，其铝蜂窝孔格无明显变形，孔格端面平整且具有特定微观结构，孔格端面附近蜂窝壁宽度增加。

所述步骤S1中，所述圆片刀与所述超声振动装置通过螺纹连接，所述圆片刀下刀面的端面具有微细花纹。

当需要加工较大平面时，可选择直径在30mm到100mm之间的圆片刀；当需要加工小平面或复杂曲面时，可选择直径在5mm到30mm之间的圆片刀。蒙皮粘接面的纤维为单向铺排时，可以选择下刀面的端面带有环形花纹的圆片刀，这样加工出来的铝蜂窝孔格端面具有微细的单向沟槽，在粘接时可以使纤维嵌入铝蜂窝的孔格端面，以此类推，还可以根据纤维的不同铺排方式选择下刀面的端面带有环形花纹、向心花纹、十字花纹、网格花纹的圆片刀，如图5所示，得到不同的铝蜂窝孔格端面表面微观形貌，如图6所示。

所述圆片刀下刀面的端面跳动满足要求指的是所述圆片刀下刀面的端面跳动范围小于等于20μm，若在端面跳动超出20μm时进行加工，则无法保证加工质量。

所述步骤S2中，所述走刀路径应保证所述圆片刀单次切削深度为0.5mm～3mm。当切削深度小于0.5mm时，所述圆片刀无法完成加工；当切削深度大于3mm时，超声振动装置在进给过程中会推挤切屑，进而导致蜂窝壁撕裂，加工质量降低。

所述步骤S3中，所述圆片刀沿其轴线方向振动，振动频率为18KHz～22KHz，振幅为20μm～50μm。若振幅小于20μm，则产生的超声振动无法有效切削蜂窝材料，且对蜂窝壁的冲击处理效果不明显；若振幅超过50μm，切削和冲击表面恶化，甚至会产生蜂窝壁撕裂的现象。

所述步骤S3中，按所述走刀路径对待处理铝蜂窝进行加工时，所述圆片刀在加工过程中应先以低于20mm/min的进给速度进给，待所述圆片刀全部切入铝蜂窝后再逐渐提高进给速度，然后保持高进给速度直至加工完成，所述圆片刀的转速为200r/min～2000r/min。

在以上加工工艺参数下，可获得良好的加工质量。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1.加工精度高，加工质量好。本发明与目前的高速铣削加工方法相比切削力明显降低，所加工的铝蜂窝工件孔格变形更小，毛刺、压溃等加工缺陷明显减少，表面平整度高。

2.加工效率高。本发明将切削加工与压力加工有机结合，铝蜂窝的超声切削加工和超声冲击加工同时完成，可以提高加工效率。

3.通用性强。本发明可以通过更换不同直径的圆片刀来改变走刀的加工宽度，还可以根据复合材料蒙皮纤维铺排方向选择圆片刀下刀面的端面具有不同花纹，从而适用于不同孔格尺寸的蜂窝工件以及不同的加工需求。

4.增强了铝蜂窝粘接性能。圆片刀加工后的铝蜂窝孔格端面面积变大，端面附近蜂窝壁宽度增加，有效粘接面积变大，此外，孔格端面上特殊的微观结构能与复合材料蒙皮纤维更好地嵌合，这些改变都更有利于铝蜂窝的粘接。

5.自清洁性好。加工过程中由于超声振动作用会清洁蜂窝壁，从而减少了铝蜂窝加工表面后期清理工作，改善了铝蜂窝的粘接性能。

6.可控性高。本发明一种铝蜂窝的超声切削与冲击一体化加工方法可分别通过数控机床对走刀路径、转速、进给速度等进行调整以及超声振动系统对于超声振动的控制来控制加工质量。

7.环境友好。本发明不需使用切削液，加工过程中产生块状或条状切屑，便于收集与处理，没有碎屑与粉尘产生。

基于上述理由本发明可在加工技术等领域广泛推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的具体实施方式中铝蜂窝的超声切削与冲击一体化加工方法示意图，其中，1～超声振动装置，2～圆片刀，3～加工处理后的铝蜂窝表面，4～待处理铝蜂窝，5～机床夹具，V为进给速度，A为超声振动。

图2是图1的俯视图。

图3是图2中B-B向截面图以及蜂窝壁的局部放大图。

图4是传统方法加工的蜂窝壁与本发明的具体实施方式中所加工的蜂窝壁与蒙皮粘接的对比示意图。其中，6～蒙皮，7～传统方法加工的蜂窝壁与蒙皮粘接时形成的胶瘤，8～传统方法加工的蜂窝壁，9～本发明的具体实施方式中所加工的蜂窝壁，10～本发明的具体实施方式中所加工的蜂窝壁与蒙皮粘接时形成的胶瘤。

图5是本发明的圆片刀下刀面的端面的各种微细花纹示意图，其中，a～环形花纹，b～向心花纹，c～十字花纹，d～网格花纹。

图6是经本发明加工后得到的铝蜂窝孔格端面的表面微观形貌示意图，其中，a～带有横向沟槽的孔格端面，b～带有竖向沟槽的孔格端面，c～带有十字沟槽的孔格端面，d～带有网格沟槽的孔格端面。

图7是本发明的具体实施方式中获得的带有横向沟槽的铝蜂窝孔格端面实物图。

图8是本发明的具体实施方式中获得的铝蜂窝实物图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1～图4，图7和图8所示，一种铝蜂窝的超声切削与冲击一体化加工方法，具有如下步骤：

S1、将待处理铝蜂窝4固定在机床夹具5上，将超声振动装置1安装到机床主轴上，将圆片刀2安装到超声振动装置1上，测量圆片刀2下刀面的端面跳动，调整圆片刀2下刀面的端面跳动范围小于等于20μm，其中，圆片刀2的纵截面呈等腰梯形状；

S2、根据所需的铝蜂窝面形确定走刀路径，且所述圆片刀2的刀具轴线始终垂直于所述走刀路径；

S3、启动超声振动装置1使圆片刀2开始振动，待频率稳定在20kHz且振幅稳定在30μm以后，启动机床主轴使圆片刀2以1000r/min回转，按走刀路径对待处理铝蜂窝4进行加工，获得具有所需的铝蜂窝面形的铝蜂窝，加工处理后的铝蜂窝表面3的铝蜂窝孔格端面实物图，如图7所示。

所述步骤S1中，所述圆片刀2与所述超声振动装置1通过螺纹连接，所述圆片刀2下刀面的端面具有微细花纹，所述圆片刀2的直径为30mm～100mm。

所述步骤S2中，所述走刀路径应保证所述圆片刀2单次切削深度为0.5mm～3mm。

所述步骤S3中，所述圆片刀2沿其轴线方向振动。

所述步骤S3中，按所述走刀路径对铝蜂窝4进行加工时，所述圆片刀2在加工过程中应先以低于20mm/min的进给速度进给，待所述圆片刀2全部切入铝蜂窝后再逐渐提高进给速度，然后保持高进给速度直至加工完成。

图4为传统方法加工的蜂窝壁8与本发明的具体实施方式中所加工的蜂窝壁9与蒙皮6粘接的对比示意图。本发明的具体实施方式中所加工的蜂窝壁9与蒙皮6粘接时形成的胶瘤10比传统方法加工的蜂窝壁8与蒙皮6粘接时形成的胶瘤7的形状更稳定，体积更大，进而增大整体粘接力。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

一种铝蜂窝的超声切削与冲击一体化加工方法专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。