一种飞机大曲率碳纤维复合材料壁板加工方法与流程

本发明涉及大曲率碳纤维复合材料构件加工，特别涉及一种飞机大曲率碳纤维复合材料壁板加工方法。

背景技术：

1、碳纤维复合材料（cfrp）凭借高比强度、高比模量、耐腐蚀、可设计性强等优势，已成为航空航天领域飞机机身壁板、机翼蒙皮、尾翼壁板等核心承力构件的首选材料。其中，飞机大曲率碳纤维复合材料壁板（通常指曲率半径＜300mm或整体弯曲角度＞30°）经铺层-热压罐固化成型后，需通过五轴数控加工完成型面精加工、外形轮廓切断及侧边修整，以满足航空级装配精度与表面质量要求。

2、目前在加工过程中，采用常规pcd球头铣刀/环型铣刀进行型面加工，硬质合金或普通pcd菠萝铣刀进行侧边切断，配合传统等步距行切/螺旋等高加工路径完成大曲率壁板加工。

3、目前加工技术的缺点在于，刀具的刃形与变曲率型面及侧边轮廓匹配不佳，切削姿态不稳定，切削力分布也不均匀，加工中碳纤层间分层、纤维脱丝、毛边崩缺等现象时有发生，型面精度和表面粗糙度都很难保证。为抑制这些缺陷，通常只能降低进给速度，但这样一来加工效率就大幅下降；同时刀具与复合材料摩擦严重，pcd刃口磨损很快，一把刀加工不了几件。路径规划方面，传统等步距方式对变曲率曲面特征的适应性差，残留高度不均匀，大曲率区域经常出现过切或欠切，需要多次返修。另外，刚性工装对大曲率型面的贴合度不够，吸附力分布不均，加工中振动和装夹变形难以避免，尺寸精度受到明显影响，零件一次合格率偏低。

技术实现思路

1、基于此，本发明的目的是提供一种飞机大曲率碳纤维复合材料壁板加工方法，旨在通过刀具结构定制、路径自适应规划、工艺参数优化及随形装夹技术的集成，实现大曲率碳纤壁板高效、高精度、无缺陷加工。

2、根据本发明实施例当中的一种飞机大曲率碳纤维复合材料壁板加工方法，所述方法包括以下步骤：

3、s1，将壁板装夹定位后，采用pcd锥形环型铣刀进行粗加工，随后进行应力释放，其中，粗加工后将工件从工装上取下，室温静置释放加工应力，再重新装夹进行后续加工；

4、s2，将经过应力释放后的壁板通过机床在线测头扫描型面，生成偏差图，用于对后续的半精加工和精加工路径进行反向补偿；

5、s3，将经过应力释放后的壁板采用等曲率pcd环型铣刀进行半精加工，其中，半精加工过程中根据曲率分区自适应加工路径规划进行加工；

6、s4，将半精加工后的壁板采用等曲率pcd菠萝铣刀进行侧边粗加工；

7、s5，将侧边粗加工后的壁板采用等曲率pcd环型铣刀进行型面精加工；

8、s6，将型面精加工后的壁板采用等曲率pcd菠萝铣刀进行侧边精加工；

9、s7，将侧边精加工后的壁板进行检测，检测结果合格即得最终的壁板。

10、进一步的，所述等曲率pcd环型铣刀的切削刃圆弧曲率与壁板对应加工区域曲率匹配，其中，前角-5°~0°，后角15°~20°，刃口钝化半径3μm~5μm，采用2~4齿低螺旋角结构。

11、进一步的，所述等曲率pcd菠萝铣刀的切削齿采用左右交错不等齿距结构，齿形曲率与壁板侧边曲率适配，其中，pcd切削刃锋利度控制在3μm~5μm，刀具轴线与侧边加工面保持1°~2°倾角，形成剪切式切削。

12、进一步的，步骤s3中，按壁板曲率半径划分为三个加工区域：曲率半径＜100mm、曲率半径属于100mm~300mm、曲率半径＞300mm，分别匹配对应曲率的铣刀及加工参数；

13、主路径采用等残留高度流线加工，走刀方向与纤维方向呈30°~60°夹角，避免平行于纤维切削；

14、刀具姿态动态调整：前倾角度10°~30°、侧倾角度5°~15°，随曲率增大同步提升倾角，姿态变化率≤5°/mm，避免姿态突变引发切削力冲击。

15、进一步的，粗加工的进给速度为1500mm/min~1800mm/min，半精加工的进给速度为2200mm/min~2500 mm/min，型面精加工的进给速度为3000mm/min~4500 mm/min，侧边精加工的进给速度为600mm/min~800 mm/min。

16、进一步的，步骤s1中，通过室温静置4小时~8小时释放加工应力。

17、进一步的，步骤s6之前还包括：

18、在工件两侧粘贴厚度为0.1mm~0.2mm的铝箔预压加固，加工后去除，进一步抑制边缘脱丝。

19、进一步的，步骤s2中，补偿量为预测变形量的80%~90%。

20、进一步的，采用低温微量润滑系统，润滑油用量5ml/h~20ml/h，压缩空气压力0.5mpa~0.7mpa，配合高压气嘴实时排出碳纤维粉尘。

21、本发明提供的一种飞机大曲率碳纤维复合材料壁板加工方法，通过采用等曲率pcd铣刀后，刀具与曲面的贴合度明显改善，切削力分布也更均匀，配合等残留高度加工路径，型面精度和表面质量都有明显提升；侧边加工方面，等曲率菠萝铣刀结合微倾角剪切切削和预压加固工艺，纤维切断效果更彻底，脱丝、毛边和分层现象大幅减少，同时零件一次合格率得到提高；自适应加工路径减少了空行程和返修次数，有效提高切削速度，另外，pcd刀具的使用寿命得到延长。

1.一种飞机大曲率碳纤维复合材料壁板加工方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的飞机大曲率碳纤维复合材料壁板加工方法，其特征在于，粗加工的进给速度为1500mm/min~1800mm/min，半精加工的进给速度为2200mm/min~2500 mm/min，型面精加工的进给速度为3000mm/min~4500 mm/min，侧边精加工的进给速度为600mm/min~800 mm/min。

3.根据权利要求1所述的飞机大曲率碳纤维复合材料壁板加工方法，其特征在于，步骤s1中，通过室温静置4小时~8小时释放加工应力。

4.根据权利要求1所述的飞机大曲率碳纤维复合材料壁板加工方法，其特征在于，步骤s6之前还包括：

5.根据权利要求1所述的飞机大曲率碳纤维复合材料壁板加工方法，其特征在于，步骤s2中，补偿量为预测变形量的80%~90%。

6.根据权利要求1所述的飞机大曲率碳纤维复合材料壁板加工方法，其特征在于，采用低温微量润滑系统，润滑油用量5ml/h~20ml/h，压缩空气压力0.5mpa~0.7mpa，配合高压气嘴实时排出碳纤维粉尘。