王偉，董衛(wèi)萍，邢欣，王志超，李陽

（中航飛機(jī)股份有限公司，陜西 西安 710089）

1 引言

飛機(jī)裝配過程中存在大量聯(lián)接件的裝配制孔，數(shù)量巨多，精度、質(zhì)量要求嚴(yán)苛，主要有手工、半自動(dòng)和自動(dòng)三種制孔方式。手動(dòng)制孔是采用手持風(fēng)鉆、鉆套、刀具進(jìn)行制孔；半自動(dòng)制孔一般采用自動(dòng)進(jìn)給鉆(Automatic Drilling Unit，簡稱ADU)和配套刀具、導(dǎo)套等進(jìn)行制孔；自動(dòng)制孔是采用機(jī)器人、鉆鉚機(jī)等自動(dòng)設(shè)備完成制孔。隨著新型鈦合金材料、復(fù)合材料、高硬度高強(qiáng)度鋼等難加工材料在飛機(jī)制造中大量采用以及飛機(jī)裝配工藝對(duì)制孔精度、效率要求的提高，傳統(tǒng)的手動(dòng)制孔逐步被半自動(dòng)制孔和設(shè)備制孔取代。由于自動(dòng)進(jìn)給鉆制孔相比機(jī)器人、鉆鉚機(jī)等設(shè)備具有制孔空間需求小、操作簡單、工具費(fèi)用低等優(yōu)勢(shì)，在飛機(jī)裝配中逐漸被推廣應(yīng)用。目前，國內(nèi)飛機(jī)裝配領(lǐng)域使用的自動(dòng)進(jìn)給鉆及自動(dòng)鉆應(yīng)用技術(shù)均從國外引進(jìn)，國內(nèi)對(duì)自動(dòng)進(jìn)給鉆應(yīng)用技術(shù)及影響其制孔精度的配套刀具、鉆套技術(shù)研究較少，ADU應(yīng)用技術(shù)長期依賴國外工具供應(yīng)商。本文詳細(xì)介紹了自動(dòng)進(jìn)給鉆的應(yīng)用選型，并開展了自動(dòng)進(jìn)給鉆精度控制試驗(yàn)，研究刀具結(jié)構(gòu)參數(shù)及導(dǎo)套精度對(duì)其制孔精度的影響，提出自動(dòng)進(jìn)給鉆配套刀具、鉆套的關(guān)鍵設(shè)計(jì)要素，以滿足制孔精度及穩(wěn)定性要求。

2 自動(dòng)進(jìn)給鉆應(yīng)用選型

自動(dòng)進(jìn)給鉆主要部件包括動(dòng)力部件、連接定位部件(鉆模板、壓緊釘、引導(dǎo)套)、切削刀具等。在飛機(jī)裝配制孔過程中，自動(dòng)進(jìn)給鉆提供扭矩、轉(zhuǎn)速、進(jìn)給、冷卻、碎屑等功能，關(guān)鍵參數(shù)包括結(jié)構(gòu)、功率、進(jìn)給、轉(zhuǎn)速、行程等。通常情況下，自動(dòng)進(jìn)給鉆的應(yīng)用選型原則如下。

（1）根據(jù)制孔空間和制孔要求，選擇自動(dòng)進(jìn)給鉆的結(jié)構(gòu)，有轉(zhuǎn)位卡口型、膨脹夾頭型、C型、偏移頭型等幾種形式，不同的結(jié)構(gòu)的制孔功能和空間需求不同。在空間允許的條件下，一般選用轉(zhuǎn)位卡口型，鉆锪一體時(shí)選用膨脹夾頭型，制孔空間狹小時(shí)，選用偏移頭型。

（2）根據(jù)被加工材料及孔徑大小確定自動(dòng)進(jìn)給鉆的轉(zhuǎn)速、進(jìn)給。在多種疊層材料制孔時(shí)，自動(dòng)進(jìn)給鉆參數(shù)選用采用“就難”原則(如鈦合金和鋁合金疊層制孔，轉(zhuǎn)速、進(jìn)給以鈦合金加工參數(shù)為準(zhǔn))。

（3）自動(dòng)進(jìn)給鉆功率與制孔孔徑大小、材料加工難易程度相關(guān)，通常選用渦輪馬達(dá)且主軸輸出功率大于1.3kW。

（4）根據(jù)材料厚度、鉆模厚度、排屑空間、鉆套系列及刀具結(jié)構(gòu)，確定自動(dòng)進(jìn)給鉆的加工行程。

3 自動(dòng)進(jìn)給鉆制孔精度控制

通常機(jī)加設(shè)備的主軸為剛性主軸，其主軸徑向跳動(dòng)影響著孔徑精度、質(zhì)量和穩(wěn)定性。而自動(dòng)進(jìn)給鉆為浮動(dòng)主軸，僅為刀具提供制孔動(dòng)力，所用刀具與通常機(jī)加設(shè)備制孔刀具不同，刀具尺寸、導(dǎo)套與刀具的配合尺寸是決定孔徑精度的關(guān)鍵因素。

本文以刀具結(jié)構(gòu)及自動(dòng)進(jìn)給鉆導(dǎo)套精度為研究對(duì)象，開展常見自動(dòng)進(jìn)給鉆精度控制試驗(yàn)。針對(duì)鉆削刀具結(jié)構(gòu)，研究刀具刃帶和倒錐對(duì)制孔精度的影響，采用多點(diǎn)支撐的雙刃帶鉆頭和機(jī)加常用單刃帶鉆頭做精度對(duì)比切削試驗(yàn)，刀具刃帶結(jié)構(gòu)如圖1所示；采用刃部外徑無倒錐的鉆頭與傳統(tǒng)的帶倒錐的鉆頭做精度對(duì)比試驗(yàn)，刀具倒錐如圖2所示；針對(duì)導(dǎo)套與刀具的配合精度，進(jìn)行制孔精度控制試驗(yàn)，自動(dòng)進(jìn)給鉆導(dǎo)套結(jié)構(gòu)示意圖如3，研究影響制孔精度的因素。

圖1 刀具參數(shù)示意圖

圖2 自動(dòng)進(jìn)給鉆導(dǎo)套示意圖

3.1 試驗(yàn)方案

本試驗(yàn)采用單因素變量法，針對(duì)鉆削刀具的不同刃帶結(jié)構(gòu)、倒錐形式及導(dǎo)套內(nèi)徑分別進(jìn)行切削試驗(yàn)，研究刀具結(jié)構(gòu)參數(shù)、導(dǎo)套與刀具配合精度對(duì)自動(dòng)進(jìn)給鉆制孔精度的影響。

（1）制孔試驗(yàn)條件：制孔空間開敞，試驗(yàn)件為鋁合金與鈦合金疊層制孔，疊層厚度為18mm，終孔孔徑為 9.52 ～ 9.57mm，無初孔。

（2）自動(dòng)進(jìn)給鉆選?。焊鶕?jù)制孔條件確定的自動(dòng)進(jìn)給鉆功率為2.1kW、轉(zhuǎn)速2360r/min、進(jìn)給0.05mm/r，鉆模版厚度為20mm，排屑間隙10mm，選用A22000系列導(dǎo)套，外徑為φ22.5-0.007mm。

（3）刀具參數(shù)：刀具材料統(tǒng)一選用雙螺旋30°硬質(zhì)合金棒料，采用同一加工刀具設(shè)備和刀具測量設(shè)備，總長L=180mm，刃長L1=90mm，刀具直徑名義值為φ9.54mm。

3.2 試驗(yàn)結(jié)果

采用數(shù)顯內(nèi)徑千分尺測量被加工工件的孔徑大小，以加工工件不同深度處的三點(diǎn)孔徑大小，以其平均值作為孔徑大小，具體結(jié)果如下所示：

（1）圖3為刃帶及倒錐對(duì)制孔孔徑影響結(jié)果圖，使用導(dǎo)套內(nèi)徑的名義尺寸為φ9.54?？梢钥闯觯p刃帶不帶倒錐鉆頭的孔徑測量結(jié)果更穩(wěn)定，更貼近刀具實(shí)際尺寸，有利于精度控制。

圖3 鉆頭倒錐對(duì)孔徑大小的影響

（2）圖4為不同導(dǎo)套內(nèi)徑對(duì)應(yīng)的孔徑結(jié)果測量圖，可以看出，導(dǎo)套內(nèi)徑為中9.545的孔徑較為穩(wěn)定，孔徑尺寸更貼近于刀具尺寸，導(dǎo)套與刀具間隙越大，孔徑穩(wěn)定性越差。

4 結(jié)語

（1）雙刃帶鉆頭比普通的單刃帶鉆頭具有更好的制孔精度和穩(wěn)定性，雙刃帶刀具在導(dǎo)套內(nèi)可獲得多點(diǎn)支撐，具有更好的穩(wěn)定性。因此，ADU刀具齒背需采用雙刃帶或多刃帶設(shè)計(jì)。

（2）在切削過程中，帶倒錐刀具隨著切削加深，刀具與鉆套之間的間隙增大，由于自動(dòng)進(jìn)給鉆主軸直接與刀具連接，隨著刀具的擺動(dòng)，制孔精度和穩(wěn)定性降低。不帶倒錐刀具具有更好的制孔精度。

（3）自動(dòng)進(jìn)給鉆導(dǎo)套內(nèi)徑與刀具外徑配合間隙越小，刀具在切削過程的擺動(dòng)越小，孔徑更穩(wěn)定，制孔精度和穩(wěn)定性越高。一般刀具公差取孔徑容差的40%，導(dǎo)套與刀具公差配合選用G6/h6。