【摘 要】
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CFRP（Carbon Fiber Reinforced Plastics）因其质量轻、强度高、抗冲击性强,近些年在航空领域得到了广泛应用。在飞机装配过程中,经常面临CFRP/金属叠层材料的钻孔,提高这种材料的钻孔质量和效率对飞机装配具有积极意义。本论文提出了一种基于正弦曲线的变进给钻削方法,以期达到抑制叠层材料表面毛刺和提高孔壁质量的目的。基于正弦曲线的变进给钻削方法对CFRP材料和CFRP/A
【基金项目】
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河南省高等学校重点科研项目:面向CFPR/金属叠层材料的机器人轨道钻削关键技术研究（15A460009）； 河南省科技攻关计划（国际科技合作领域）项目:机器人制孔末端执行器的研制（134300510046）；
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CFRP（Carbon Fiber Reinforced Plastics）因其质量轻、强度高、抗冲击性强,近些年在航空领域得到了广泛应用。在飞机装配过程中,经常面临CFRP/金属叠层材料的钻孔,提高这种材料的钻孔质量和效率对飞机装配具有积极意义。本论文提出了一种基于正弦曲线的变进给钻削方法,以期达到抑制叠层材料表面毛刺和提高孔壁质量的目的。基于正弦曲线的变进给钻削方法对CFRP材料和CFRP/Al叠层材料开展了钻削试验研究、分析和优化。（1）在分析CFRP加工损伤机理的基础上,基于数学曲线的正弦曲线,提出了一种变进给钻削方法。采用全因子试验设计对该方法进行验证,并对比传统钻削展示了变进给钻削在轴向力、出口分层因子、孔壁粗糙度以及表面形貌方面的效果,从切削运动的角度为叠层材料一次钻孔质量的提升提供了技术基础。（2）阐释了CFRP/Al叠层构件钻孔损伤形成机理,研究了变进给钻削相比传统钻削对CFRP/Al叠层材料表面质量的影响。通过分析钻入区、叠层区以及钻出区的表面质量评价指标,发现变进给钻削方法能有效改善CFRP/Al叠层构件的表面损伤。（3）由于在变参数选取时无法得知刀具钻入、钻出的最优工艺参数。为了得出叠层材料各阶段所需的最优切削参数抑制毛刺形成,分析了不同切削参数对叠层材料表面质量的影响,选取入口分层因子、出口毛刺高度和材料去除率（MMR）作为优化目标,利用多目标遗传算法、K-means聚类算法对目标函数求解并进行试验验证,实现了对变进给钻削方法的切削工艺参数优化。最后,分析试验值与优化结果之间误差来源并归纳总结。在CFRP/Al叠层材料钻孔时,所提变进给钻削方法使出口纤维撕裂因子减少3.28%,出口毛刺高度降低31.65%。实验验证,优化所得工艺参数的入口分层因子误差最大为3.6%,出口毛刺高度误差最大为11.6%,符合工程应用可接受范围。本文所得的一些研究成果对航空叠层材料结构件一次钻孔工艺具有一定的参考价值。
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