碳物质混合装备超声回环洞作业

　　超声振动钻孔加工对于直径不大于510mm的孔，采用硬质合金钻头超声振动加工，并对超声控力加工的有关问题进行了实验研究。实验一轴向力对加工的影响实验条件：工具转速700r/min，工具材料YG8，工件材料M40B碳纤维无纬布板，厚度5mm，不加垫板和冷却液，超声频率跟踪控力钻孔加工。实验数据如。

　　实验结果表明：a.超声钻孔较普通钻孔加工质量要好得多，而且加工速度也高；b.轴向力对加工速度和加工质量影响较大；实验二突变轴向压力对频率跟踪的影响实验条件同上，而且加工过程中有轴向压力突变。实验数据。

　　可见，恒定负载对频率跟踪不构成影响，但突变力将引起频率跟踪瞬间漂移，即瞬间失谐。突变力越大，瞬间失谐越严重<2>。此现象是不难理解的，振动系统谐振频率由下式计算：f0=12PKM.式中，K―系统刚度M―系统质量压力变化相当于改变了振动系统刚度K，即改变了振动系统谐振频率，超声发生器需跟踪至新的谐振点工作。由原谐振点跟踪至新谐振点的时间称为失谐时间。可见，突变力越大，失谐时间越长，加工过程越不稳定。

　　由上述分析可知，钻孔过程的控力曲线既要保证高的加工质量，又要保证高的加工速度，同时还要保证整个加工过程的稳定性。为此，出入口力值要小，使表面不致劈裂，中间部位力值可稍大，以提高加工速度。同时力值的转换梯度不能过大，以尽量减小频率跟踪的失谐时间，保证加工过程的稳定性。

　　下面介绍控力曲线的拟定方法。由上分析不难看出，如（a）所示的钻孔过程，（b）所示的控力曲线形式是比较合理的。但实际应用中，钻孔直径、工件厚度是经常变化的，为此要不断变换（b）所示的拟定曲线，比较麻烦。所以我们拟定了如所示的三段式实用曲线。其中：OA1钻入段，其长度稍小于孔深（板厚），对应大力值OB3。

　　A1A2过渡段，其长度不大，是为了减小力值突变梯度，对应较小力值OB2。控力曲线的拟定A2A3钻出段，其长度保证孔钻通，且保证出口不劈裂，对应小力值OB1。在上述三段及对应力值中，后两段是比较容易理解的。而入口段对应力值较大，实际加工过程又如何呢现给予简要分析。

　　这里钻孔进给，是由一定的脉冲信号控制步进电机，经丝杠螺母传递实现的。也就是说，钻头进入工件是渐进的，同时，钻尖从开始接触工件到钻尖部分完全钻入工件其轴向力的增加也是渐进的。因此，尽管（c）中给定的力值OB3较大，但钻入阶段的实际力值曲线则近似于（b）中的上升区，即力值的增加是渐进的。

　　频率跟踪控力钻孔加工实验条件：工具材料YG8钻头，工具转速700r/min，工件材料M40B碳纤维无纬布板，厚度5mm，不加垫板，不加冷却液，控力曲线按上述（c）给出，其实验数据如。加工过程中频率跟踪稳定，加工质量符合航空工业标准HB/Z189-91.上述实验数据表明，利用三段式控力曲线进行频率跟踪控力钻孔加工，不但保证了高的生产率，而且保证了高的加工质量。

　　超声旋转套料加工对于在碳纤维复合材料上加工直径大于510mm的孔，采用中空的金刚石工具套料加工。实验条件：电镀金刚石工具外径520mm，内径518mm，粒度100，工件材料M40B碳纤维无纬布板，厚度2mm，不加垫板和冷却液，其它实验数据如。可见，超声旋转套料加工，采用较高的转速，较小的控力值，即可获得高的加工速度和高的加工质量。

　　对于直径不大于510mm的孔，用硬质合金钻头进行超声旋转控力钻孔加工，其控力曲线采用三段式形式，即可达到满意效果。对于直径大于510mm的孔，用电镀金刚石工具进行超声旋转套料加工，加工速度高，加工质量好。超声轮廓控制加工，是用小尺寸的标准立铣刀加工大直径的孔。初步实验表明是有效可行的，尽管加工速度低于超声旋转套料加工，但由于工具容易获得，孔尺寸大小可靠软件实现。因而，超声轮廓控制加工有可能成为一种有效的新工艺。当然，有关工艺规律尚待进一步研究。