CN112198114A - 一种提高碳纤维复合材料多角度磨削实验精度的方法 - Google Patents
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Abstract
一种提高碳纤维复合材料多角度磨削实验精度的方法。其包括将碳纤维复合材料加工成截面呈正多边形的板状试样，利用定位孔将板状试样固定在数控机床的测力装置上；在数控机床上设定好砂轮的加工路径和加工参数，利用砂轮沿板状试样的外轮廓线依次完成所有加工路径的磨削，磨削过程中利用测力装置记录下完整的磨削力信号；通过对各个加工路径磨削力信号的综合分析计算出各种磨削角度变化下的磨削力，对比检测不同加工表面的加工质量等步骤。本发明可根据实验细分要求，灵活调整正多边形的数量，砂轮通过沿正多边形边缘的磨削实验，一次走刀可以完整得出沿各个方向加工的磨削力和表面质量特征，从而快速、准确完成实验，节省实验次数，提高实验精度。
Description
技术领域
本发明属于航空精密制造与加工技术领域，特别是涉及一种提高碳纤维复合材料多角度磨削实验精度的方法。
背景技术
随着航空航天技术的发展，如何降低航空器零部件加工成本，提高航空材料的加工效率成为航空业的一个重要课题。在航空材料加工制造中，针对纤维增强/增韧的各向异性复合材料，纤维编织结构较复杂而且加工成本太高，从而严重制约了航空航天制造技术的发展。磨削加工实验是研究难加工材料的机械加工性能的重要测试手段。研究过程中一般需要对材料表面进行机械加工实验，通过多种磨削角度的变化，研究各向异性材料加工过程中的切削力和表面质量的影响机制。
传统的实验方法一般需要准备多种数量和角度的实验样块，样品制备复杂，实验过程繁杂。此外传统实验过程中需要反复对试样定位、装夹、对刀、试切，以完成各个角度的测试实验。显然这种实验方法的干扰因素较多，实验中的人为误差较大，而且后续数据分析中，实验数据波动较大，实验分析较困难。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种提高碳纤维复合材料多角度磨削实验精度的方法。
为了达到上述目的，本发明提供的提高碳纤维复合材料多角度磨削实验精度的方法包括按顺序进行的下列步骤：
1)将碳纤维复合材料预先加工成截面呈正多边形的板状试样，同时在中部加工定位孔，并利用定位孔将板状试样固定在数控机床的测力装置上；
2)在数控机床上设定好砂轮的加工路径和加工参数，然后利用砂轮沿板状试样的外轮廓线依次完成所有加工路径的磨削，磨削过程中利用测力装置记录下完整的磨削力信号；
3)通过对各个加工路径磨削力信号的综合分析计算出各种磨削角度变化下的磨削力，取下板状试样，对比检测不同加工表面的加工质量，最终完成碳纤维复合材料多角度磨削测试实验。
在步骤1)中，所述的正多边形的边数通过公式
计算，其中θ为磨削实验的细分角度。
在步骤2)中，所述的板状试样的每一个侧面为一条加工路径；砂轮在相邻两条加工路径的交界处暂停进给3-5秒，以保证磨削力信号有清晰的分界。
在步骤2)中，所述的砂轮为杯形金刚石砂轮，砂轮目数为170/200目，磨削深度在20μm以下，进给速度不大于7m/min，磨削速度为15-50m/s。
在步骤2)中，所述的砂轮的磨削工艺为顺磨和逆磨；磨削角度包括但不限于0°，30°，45°，60°，90°，120°，135°，180°。
本发明提供的提高碳纤维复合材料多角度磨削实验精度的方法的优点和积极效果是：根据不同的实验需求，通过特殊设计的正多边形实验走刀路径，对磨削角度进行细分，从而可实现多种角度范围的磨削测试实验同时进行。采用此种方法，以正八边形磨削测试路径为例，杯形金刚石砂轮通过沿正多边形的边缘的磨削实验，一次走刀可以完整得出沿0°，45°，90°，135°，180°等磨削方向和顺磨、逆磨工艺下的磨削力和表面质量特征。该方法同时可以根据实验需求，采用不同的正多边形试样，对重点关注的磨削角度细分，从而实现多种角度范围的磨削实验测试。这种实验方法仅需准备一种试样便可以完成多种角度的磨削加工实验测试，实际上将磨削测试实验和实验试样进行组合，避免了实验中试样反复定位、装夹、砂轮对刀过程中造成的人为误差，极大地提高了实验精度和效率。
附图说明
图1为本发明提供的提高碳纤维复合材料多角度磨削实验精度的方法流程图。
图2为采用本发明提供的提高碳纤维复合材料多角度磨削实验精度的方法时实验过程示意图。
1-砂轮，2-定位孔，3-碳纤维复合材料，4-砂轮走刀轨迹
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施实例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施实例仅仅是本发明一部分实施实例，而不是全部的实施实例。基于本发明中的实施实例，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它实施实例，都属于本发明保护的范围。
如图1、图2所示，本发明提供的提高碳纤维复合材料多角度磨削实验精度的方法包括按顺序进行的下列步骤：
1)将碳纤维复合材料预先加工成截面呈正多边形的板状试样3，同时在中部加工定位孔2，并利用定位孔2将板状试样3固定在数控机床的测力装置上；所述的正多边形的边数通过公式
计算，其中θ为磨削实验的细分角度。
2)在数控机床上设定好砂轮1的加工路径和加工参数，然后利用砂轮1沿板状试样3的外轮廓线即图2中的砂轮走刀轨迹4依次完成所有加工路径的磨削，磨削过程中利用测力装置记录下完整的磨削力信号；所述的板状试样3的每一个侧面为一条加工路径；砂轮1在相邻两条加工路径的交界处暂停进给3-5秒，以保证磨削力信号有清晰的分界。砂轮1为杯形金刚石砂轮，砂轮目数为170/200目，磨削深度在20μm以下，进给速度不大于7m/min，磨削速度为15-50m/s。砂轮1的磨削工艺为顺磨和逆磨；磨削角度包括但不限于0°，30°，45°，60°，90°，120°，135°，180°。在本实施例中，所述的截面呈正八边形的板状试样3上共设定共八条加工路径，同时涵盖0°，45°，90°，135°和180°的铣削角度；
3)通过对各个加工路径磨削力信号的综合分析计算出各种磨削角度变化下的磨削力，取下板状试样3，对比检测不同加工表面的加工质量，最终完成碳纤维复合材料多角度磨削测试实验。
以上所述，仅为本发明较佳实施例，并不用以限制本发明，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同替换和改进，均应包含在本发明技术方案的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种提高碳纤维复合材料多角度磨削实验精度的方法，其特征在于：其包括按顺序进行的下列步骤：
1)将碳纤维复合材料预先加工成截面呈正多边形的板状试样(3)，同时在中部加工定位孔(2)，并利用定位孔(2)将板状试样(3)固定在数控机床的测力装置上；
2)在数控机床上设定好砂轮(1)的加工路径和加工参数，然后利用砂轮(1)沿板状试样(3)的外轮廓线依次完成所有加工路径的磨削，磨削过程中利用测力装置记录下完整的磨削力信号；
3)通过对各个加工路径磨削力信号的综合分析计算出各种磨削角度变化下的磨削力，取下板状试样(3)，对比检测不同加工表面的加工质量，最终完成碳纤维复合材料多角度磨削测试实验。
2.根据权利要求1所述的提高碳纤维复合材料多角度磨削实验精度的方法，其特征在于：在步骤1)中，所述的正多边形的边数通过公式
计算，其中θ为磨削实验的细分角度。
3.根据权利要求1所述的提高碳纤维复合材料多角度磨削实验精度的方法，其特征在于：在步骤2)中，所述的板状试样(3)的每一个侧面为一条加工路径；砂轮1在相邻两条加工路径的交界处暂停进给3-5秒，以保证磨削力信号有清晰的分界。
4.根据权利要求1所述的提高碳纤维复合材料多角度磨削实验精度的方法，其特征在于：在步骤2)中，所述的砂轮(1)为杯形金刚石砂轮，砂轮目数为170/200目，磨削深度在20μm以下，进给速度不大于7m/min，磨削速度为15-50m/s。
5.根据权利要求1所述的提高碳纤维复合材料多角度磨削实验精度的方法，其特征在于：在步骤2)中，所述的砂轮(1)的磨削工艺为顺磨和逆磨；磨削角度包括但不限于0°，30°，45°，60°，90°，120°，135°，180°。
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