CN104385353B - 碳纤维复合材料钻削过程去除材料收集与除尘*** - Google Patents

Abstract

碳纤维复合材料钻削过程去除材料收集与除尘***，属于工程复合材料加工技术领域。为解决碳纤维复合材料钻削产生的粉末对工件质量、环境、机床设备和操作者产生的破坏性影响的问题。进气歧管的进气口与进给方向可伸缩集尘装置的主轴连接套筒侧壁固连且与主轴连接套筒内腔相通，进气歧管的出气口与去除材料收集与除尘装置的收集与除尘外壳封闭端固连且与去除材料收集与除尘装置的收集与除尘外壳内腔相通；去除材料收集与除尘装置的收集与除尘外壳与涡扇风机装置的风机外壳通过多个自锁开口销钉连接。本发明用于碳纤维复合材料钻削过程去除材料收集与除尘，能有效避免对工件质量、环境、机床设备和操作者产生的破坏性影响。

Description

碳纤维复合材料钻削过程去除材料收集与除尘***

技术领域

本发明涉及一种碳纤维复合材料加工过程去除材料收集与除尘***，属于工程复合材料加工技术领域。

背景技术

碳纤维复合材料具有高模量、质量比铝小、强度大于钢铁、耐腐蚀、耐疲劳等优良性能，已经广泛应用于军事和民用的航空航天、汽车、机械、化工等领域，作为高科技装备的结构、功能材料。在火箭、卫星、战机等军事装备和民用的大型飞机、风力发电设备、核电设备、高端汽车零件等方面具有重要的地位。碳纤维复合材料零部件的应用，使装备的结构强度和寿命明显提升，并减小了重量，对节能减排也起了非常重要的作用。

碳纤维复合材料零件的切削加工方式主要是钻削加工，在切削加工过程中，由于其材料特性，去除材料的形态与金属切削加工有明显不同。金属切削去除的材料主要是切屑的形式，而碳纤维复合材料零件切削去除的材料是粉末的形式。已有研究表明，金属切削过程中除了产生切屑以外，还会产生粉尘微粒的飞散，对周围设备和环境存在很大的污染，对于操作者的健康构成了威胁。而碳纤维复合材料零件切削去除材料全部是粉末形态，且质量轻，更加容易飞散和粘附在机床及其他物体表面，从而对周围设备、环境和操作者健康产生更大的威胁；碳纤维复合材料零件加工用机床一般为高档、高速和高精度的加工中心，产生的微米级的粉尘颗粒，会进入机床主轴和机床内部零件结合部位，在机床高速运转中在零件之间会起到研磨的破坏性作用，影响机床的精度和使用寿命；碳纤维粉末一直堆积在加工区域周围，会进入刀具与被加工表面之间的切削区域，由于研磨作用，会降低零件的加工精度，增大表面粗糙度，降低刀具寿命。而目前大多数机床所用的除尘装置只是起到净化机床内部空气的过滤作用，一般为通用的除尘装置，不能对碳纤维复合材料的去除材料进行收集，从而不能解决碳纤维复合材料钻削加工过程中的粉尘飞散问题。因此对碳纤维复合材料零件钻削过程中去除材料的收集和粉尘的处理具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的是为解决碳纤维复合材料钻削产生的粉末对工件质量、环境、机床设备和操作者产生的破坏性影响的问题，提出一种碳纤维复合材料钻削过程去除材料收集与除尘***。

本发明为解决上述问题，采取的技术方案是：

碳纤维复合材料钻削过程去除材料收集与除尘***，它包括进给方向可伸缩集尘装置、进气歧管、去除材料收集与除尘装置、涡扇风机装置及多个自锁开口销钉；所述的去除材料收集与除尘装置的收集与除尘外壳一端为封闭端、另一端为敞口端；所述的涡扇风机装置的风机外壳的两端均为敞口端；所述的进气歧管的进气口与所述的进给方向可伸缩集尘装置的主轴连接套筒侧壁固连且与主轴连接套筒内腔相通，进气歧管的出气口与去除材料收集与除尘装置的收集与除尘外壳封闭端固连且与去除材料收集与除尘装置的收集与除尘外壳内腔相通；去除材料收集与除尘装置的收集与除尘外壳敞口端与涡扇风机装置的风机外壳一敞口端相对接设置；去除材料收集与除尘装置的收集与除尘外壳与涡扇风机装置的风机外壳通过多个自锁开口销钉连接。

本发明相对于现有技术具有如下有益效果：本发明可以实时的将切削区域的粉末与空气的混合气体吸入收集和除尘装置，粉末将被储存在收集与除尘装置的尘袋中，并通过尘袋和过滤网对空气进行净化，从而起到除尘的作用。目的是避免碳纤维复合材料钻削产生的粉末与外界接触，从切削环节通过此装置直接收集产生的粉末并过滤空气中的粉尘，避免了对工件质量、环境、机床设备和操作者产生的破坏性影响。

附图说明

图1是本发明碳纤维复合材料钻削过程去除材料收集与除尘***主视图；

图2是图1的A-A剖视图；

图3是本发明碳纤维复合材料钻削过程去除材料收集与除尘***三维图；图4是进给方向可伸缩集尘装置俯视图；

图5是图4的B-B剖视图；

图6是进给方向可伸缩集尘装置主视图；

图7是自锁开口销钉主视图；

图8是图7的C-C剖视图；

图9是图7左视图。

图中的零部件名称及标号如下：

进给方向可伸缩集尘装置1、主轴连接套筒1-1、伸缩套筒1-2、可伸缩连杆机构1-3、套筒连杆1-4、弹簧1-5、紧固螺母1-6、连接凸耳一1-7、台肩1-8、进气毛刷1-9、进气歧管2、去除材料收集与除尘装置3、收集与除尘外壳3-1、尘袋舱盖3-2、尘袋3-3、过滤网3-4、壳体3-5、条板3-6、圆环3-7、连接凸耳二3-8、自锁开口销钉4、圆台体4-1、小直径圆柱体4-2、大直径圆柱体4-3、十字开口4-4、涡扇风机装置5、风机外壳5-1、电机5-2、键5-3、涡轮风扇5-4、锁紧螺母5-5、连接凸耳三5-6、圆板5-7、辐条5-8。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明。

如图1~图9所示，碳纤维复合材料钻削过程去除材料收集与除尘***，它包括进给方向可伸缩集尘装置1、进气歧管2、去除材料收集与除尘装置3、涡扇风机装置5及多个自锁开口销钉4；所述的去除材料收集与除尘装置3的收集与除尘外壳3-1一端为封闭端、另一端为敞口端；所述的涡扇风机装置5的风机外壳5-1的两端均为敞口端；所述的进气歧管2的进气口与所述的进给方向可伸缩集尘装置1的主轴连接套筒1-1侧壁固连且与主轴连接套筒1-1内腔相通，进气歧管2的出气口与去除材料收集与除尘装置3的收集与除尘外壳3-1封闭端固连且与去除材料收集与除尘装置3的收集与除尘外壳3-1内腔相通；去除材料收集与除尘装置3的收集与除尘外壳3-1敞口端与涡扇风机装置5的风机外壳5-1一敞口端相对接设置；去除材料收集与除尘装置3的收集与除尘外壳3-1与涡扇风机装置5的风机外壳5-1通过多个自锁开口销钉4连接。自锁开口销钉4的数量根据需要选用。

进一步为，如图1~图6所示，所述的进给方向可伸缩集尘装置1包括主轴连接套筒1-1、伸缩套筒1-2及多个可伸缩连杆机构1-3；所述的主轴连接套筒1-1一端与机床主轴箱连接固定，所述的伸缩套筒1-2一端套入主轴连接套筒1-1内且与主轴连接套筒1-1同轴并滑动配合；所述的多个可伸缩连杆机构1-3沿伸缩套筒1-2的伸缩方向安装在主轴连接套筒1-1及伸缩套筒1-2的外侧壁上。

优选为，多个可伸缩连杆机构1-3沿主轴连接套筒1-1和伸缩套筒1-2的外圆周面均布设置，使得伸缩套筒1-2能够实现稳定的收缩。可伸缩连杆机构1-3的数量根据需要确定。

进一步为，如图3、图5、图6所示，每个所述的可伸缩连杆机构1-3均包括套筒连杆1-4、弹簧1-5及两个紧固螺母1-6；所述的主轴连接套筒1-1外圆周面以及伸缩套筒1-2外圆周面分别均布设有多个连接凸耳一1-7，每个所述的连接凸耳一1-7均设有通孔；设置在主轴连接套筒1-1外圆周面的多个连接凸耳一1-7与设置在伸缩套筒1-2外圆周面的多个连接凸耳一1-7一一对应设置；所述的套筒连杆1-4侧壁的两端均设有外螺纹，套筒连杆1-4侧壁上设有两个台肩1-8，且所述的两个台肩1-8设置在主轴连接套筒1-1的连接凸耳一1-7与伸缩套筒1-2的连接凸耳一1-7之间；套筒连杆1-4穿入主轴连接套筒1-1及伸缩套筒1-2的连接凸耳一1-7的通孔内，且套筒连杆1-4两端设置在连接凸耳一1-7外部，套筒连杆1-4两端各与一个紧固螺母1-6旋接；套筒连杆1-4的两个台肩1-8中与主轴连接套筒1-1的连接凸耳一1-7相邻的一个台肩1-8至主轴连接套筒1-1的连接凸耳一1-7之间设置有一个弹簧1-5，且所述的弹簧1-5套设在套筒连杆1-4上，套筒连杆1-4的两个台肩1-8中余下的一个台肩1-8抵靠在伸缩套筒1-2的连接凸耳一1-7上。

进一步为，如图2、图3、图5及图6所示，所述的进给方向可伸缩集尘装置1还包括进气毛刷1-9；所述的进气毛刷1-9固定于伸缩套筒1-2的另一端口处，进气毛刷1-9的刷头置于伸缩套筒1-2外部。

即进气毛刷1-9的刷头位于伸缩套筒1-2与碳纤维复合材料工件表面之间，避免进给方向可伸缩集尘装置1的刚性零件与工件表面接触，从而避免摩擦与振动时对工件表面的损伤，而且设计进气毛刷1-9的主要目的是为碳纤维复合材料钻削过程去除材料收集与除尘***提供入风口，空气可以通过进气毛刷1-9进入进给方向可伸缩集尘装置1，从而使整个***形成空气循环。

优选为，如图1、图3所示，所述的进气歧管2的进气口采用双进气口结构，所述的双进气口相对于进气歧管2的出气口的中心线对称设置。目的是将去除材料粉末和粉尘360°无死角的吸入。

进一步为，如图1~图3所示，所述的去除材料收集与除尘装置3包括收集与除尘外壳3-1、尘袋3-3及过滤网3-4；所述的收集与除尘外壳3-1包括壳体3-5、镂空板及尘袋舱盖3-2；所述的壳体3-5一端与尘袋舱盖3-2可拆卸连接构成收集与除尘外壳的封闭端；壳体3-5内靠近敞口端设有镂空板，所述的镂空板包括一圆环3-7和多根条板3-6，所述的多根条板3-6沿圆环3-7径向设置，多根条板3-6两端分别与圆环3-7外圆周面及壳体3-5内圆周面固定连接，圆环3-7与壳体3-5同轴设置，所述的尘袋3-3设置在壳体3-5内；所述的过滤网3-4设置在壳体3-5内的敞口端；壳体3-5的外圆周面位于壳体3-5敞口端均布设有多个连接凸耳二3-8，每个所述的连接凸耳二3-8均设有用于穿入自锁开口销钉4的连接孔一。条板3-6的数量根据需要确定，优选为，多根条板3-6沿圆环3-7的外圆周面均布设置。

尘袋舱盖3-2可以打开，用于安装和更换尘袋3-3；尘袋3-3用于收集碳纤维复合材料加工过程产生的去除材料粉末，并起到过滤空气的作用。经过尘袋3-3过滤后的空气经镂空板进入过滤网3-4，并通过过滤网3-4的再一次过滤，彻底净化空气，避免二次污染。

进一步为，如图1~图3所示，所述的涡扇风机装置5包括风机外壳5-1、电机5-2、键5-3、涡轮风扇5-4、锁紧螺母5-5及辐条板；所述的涡轮风扇5-4和电机5-2设置在风机外壳5-1内，涡轮风扇5-4通过键5-3和紧固螺母5-5固定在电机5-2轴上，风机外壳5-1内的另一敞口端设置有辐条板，所述的辐条板包括一圆板5-7及多根辐条5-8，所述的多根辐条5-8沿圆板5-7径向设置，多根辐条5-8两端分别与圆板5-7外圆周面及风机外壳5-1内圆周面固定连接，圆板5-7与风机外壳5-1同轴设置，圆板5-7上设有凹槽，所述的电机5-2固定在圆板5-7的凹槽内，这样可使电机5-2固定稳固；风机外壳5-1的外圆周面位于风机外壳5-1敞口端均布设有多个连接凸耳三5-6，每个所述的连接凸耳三5-6均设有用于穿入自锁开口销钉4的连接孔二。辐条5-8的数量根据需要确定，优选为，多根辐条5-8沿圆板5-7的外圆周面均布设置。

涡扇风机装置5是碳纤维复合材料钻削过程去除材料收集与除尘装置的动力部分，涡轮风扇5-4可以在与其他风扇相同体积和相同功率的条件下输出更大的风力，提升了涡扇风机装置5的效能。

优选为，如图1~图3及图7~图9所示，所述的自锁开口销钉4由同轴且依次设置并制为一体的圆台体4-1、小直径圆柱体4-2和大直径圆柱体4-3构成，所述的圆台体4-1的大直径端与小直径圆柱体4-2相接，圆台体4-1的外端面的中部加工有十字开口4-4，所述的十字开口4-4的尾部靠近大直径圆柱体4-3一侧设置。

自锁开口销钉4用于连接去除材料收集与除尘装置3和涡扇风机装置5，实现自锁，方便拆装。

本发明的工作过程是：进给方向可伸缩集尘装置1的主轴连接套筒1-1与机床主轴箱固定连接，进气毛刷1-9与碳纤维复合材料工件表面接触。在工件钻削过程中，接通涡扇风机装置5的电源，从而为去除材料收集与除尘***中空气的流动提供充足的动力。空气通过进气毛刷1-9进入进给方向可伸缩集尘装置1与去除材料粉末、粉尘混合，经过进气歧管2，混合气体被吸入去除材料收集与除尘装置3的尘袋3-3中，尘袋3-3收集去除材料粉末、粉尘，并起到初步过滤的作用，然后气体经过滤网3-4的再次过滤，最终形成清洁的空气并排出。

Claims (7)

1.一种碳纤维复合材料钻削过程去除材料收集与除尘***，其特征是：它包括进给方向可伸缩集尘装置（1）、进气歧管（2）、去除材料收集与除尘装置（3）、涡扇风机装置（5）及多个自锁开口销钉（4）；所述的去除材料收集与除尘装置（3）的收集与除尘外壳（3-1）一端为封闭端、另一端为敞口端；所述的涡扇风机装置（5）的风机外壳（5-1）的两端均为敞口端；所述的进气歧管（2）的进气口与所述的进给方向可伸缩集尘装置（1）的主轴连接套筒（1-1）侧壁固连且与主轴连接套筒（1-1）内腔相通，进气歧管（2）的出气口与去除材料收集与除尘装置（3）的收集与除尘外壳（3-1）封闭端固连且与去除材料收集与除尘装置（3）的收集与除尘外壳（3-1）内腔相通；去除材料收集与除尘装置（3）的收集与除尘外壳（3-1）敞口端与涡扇风机装置（5）的风机外壳（5-1）一敞口端相对接设置；去除材料收集与除尘装置（3）的收集与除尘外壳（3-1）与涡扇风机装置（5）的风机外壳（5-1）通过多个自锁开口销钉（4）连接；所述的去除材料收集与除尘装置（3）包括收集与除尘外壳（3-1）、尘袋（3-3）及过滤网（3-4）；所述的收集与除尘外壳（3-1）包括壳体（3-5）、镂空板及尘袋舱盖（3-2）；所述的壳体（3-5）一端与尘袋舱盖（3-2）可拆卸连接构成收集与除尘外壳的封闭端；壳体（3-5）内靠近敞口端设有镂空板，所述的镂空板包括一圆环（3-7）和多根条板（3-6），所述的多根条板（3-6）沿圆环（3-7）径向设置，多根条板（3-6）两端分别与圆环（3-7）外圆周面及壳体（3-5）内圆周面固定连接，圆环（3-7）与壳体（3-5）同轴设置，所述的尘袋（3-3）设置在壳体（3-5）内；所述的过滤网（3-4）设置在壳体（3-5）内的敞口端；壳体（3-5）的外圆周面位于壳体（3-5）敞口端均布设有多个连接凸耳二（3-8），每个所述的连接凸耳二（3-8）均设有用于穿入自锁开口销钉（4）的连接孔一。

2.根据权利要求1所述的碳纤维复合材料钻削过程去除材料收集与除尘***，其特征是：所述的进给方向可伸缩集尘装置（1）包括主轴连接套筒（1-1）、伸缩套筒（1-2）及多个可伸缩连杆机构（1-3）；所述的主轴连接套筒（1-1）一端与机床主轴箱连接固定，所述的伸缩套筒（1-2）一端套入主轴连接套筒（1-1）内且与主轴连接套筒（1-1）同轴并滑动配合；所述的多个可伸缩连杆机构（1-3）沿伸缩套筒（1-2）的伸缩方向安装在主轴连接套筒（1-1）及伸缩套筒（1-2）的外侧壁上。

3.根据权利要求2所述的碳纤维复合材料钻削过程去除材料收集与除尘***，其特征是：每个所述的可伸缩连杆机构（1-3）均包括套筒连杆（1-4）、弹簧（1-5）及两个紧固螺母（1-6）；所述的主轴连接套筒（1-1）外圆周面以及伸缩套筒（1-2）外圆周面分别均布设有多个连接凸耳一（1-7），每个所述的连接凸耳一（1-7）均设有通孔；设置在主轴连接套筒（1-1）外圆周面的多个连接凸耳一（1-7）与设置在伸缩套筒（1-2）外圆周面的多个连接凸耳一（1-7）一一对应设置；所述的套筒连杆（1-4）侧壁的两端均设有外螺纹，套筒连杆（1-4）侧壁上设有两个台肩（1-8），且所述的两个台肩（1-8）设置在主轴连接套筒（1-1）的连接凸耳一（1-7）与伸缩套筒（1-2）的连接凸耳一（1-7）之间；套筒连杆（1-4）穿入主轴连接套筒（1-1）及伸缩套筒（1-2）的连接凸耳一（1-7）的通孔内，且套筒连杆（1-4）两端设置在连接凸耳一（1-7）外部，套筒连杆（1-4）两端各与一个紧固螺母（1-6）旋接；套筒连杆（1-4）的两个台肩（1-8）中与主轴连接套筒（1-1）的连接凸耳一（1-7）相邻的一个台肩（1-8）至主轴连接套筒（1-1）的连接凸耳一（1-7）之间设置有一个弹簧（1-5），且所述的弹簧（1-5）套设在套筒连杆（1-4）上，套筒连杆（1-4）的两个台肩（1-8）中余下的一个台肩（1-8）抵靠在伸缩套筒（1-2）的连接凸耳一（1-7）上。

4.根据权利要求2或3所述的碳纤维复合材料钻削过程去除材料收集与除尘***，其特征是：所述的进给方向可伸缩集尘装置（1）还包括进气毛刷（1-9）；所述的进气毛刷（1-9）固定于伸缩套筒（1-2）的另一端口处，进气毛刷（1-9）的刷头置于伸缩套筒（1-2）外部。

5.根据权利要求1所述的碳纤维复合材料钻削过程去除材料收集与除尘***，其特征是：所述的进气歧管（2）的进气口采用双进气口结构，所述的双进气口相对于进气歧管（2）的出气口的中心线对称设置。

6.根据权利要求4所述的碳纤维复合材料钻削过程去除材料收集与除尘***，其特征是：所述的涡扇风机装置（5）包括风机外壳（5-1）、电机（5-2）、键（5-3）、涡轮风扇（5-4）、锁紧螺母（5-5）及辐条板；所述的涡轮风扇（5-4）和电机（5-2）设置在风机外壳（5-1）内，涡轮风扇（5-4）通过键（5-3）和紧固螺母（5-5）固定在电机（5-2）轴上，风机外壳（5-1）内的另一敞口端设置有辐条板，所述的辐条板包括一圆板（5-7）及多根辐条（5-8），所述的多根辐条（5-8）沿圆板（5-7）径向设置，多根辐条（5-8）两端分别与圆板（5-7）外圆周面及风机外壳（5-1）内圆周面固定连接，圆板（5-7）与风机外壳（5-1）同轴设置，圆板（5-7）上设有凹槽，所述的电机（5-2）固定在圆板（5-7）的凹槽内；风机外壳（5-1）的外圆周面位于风机外壳（5-1）敞口端均布设有多个连接凸耳三（5-6），每个所述的连接凸耳三（5-6）均设有用于穿入自锁开口销钉（4）的连接孔二。

7.根据权利要求1所述的碳纤维复合材料钻削过程去除材料收集与除尘***，其特征是：所述的自锁开口销钉（4）由同轴且依次设置并制为一体的圆台体（4-1）、小直径圆柱体（4-2）和大直径圆柱体（4-3）构成，所述的圆台体（4-1）的大直径端与小直径圆柱体（4-2）相接，圆台体（4-1）的外端面的中部加工有十字开口（4-4），所述的十字开口（4-4）的尾部靠近大直径圆柱体（4-3）一侧设置。