[发明专利]用于复合材料加工的多用途工具、辅助设备及使用方法

权利要求书

1.一种用于复合材料加工的多用途工具，其特征在于：包括刀杆(1)、刀体(2)、搅拌头(3)、定位块(4)、刀片(5)、螺钉(6)和辅助设备，刀体(2)根据工作需要选用端铣刀或者圆柱铣刀；刀体(2)一端与搅拌头(3)大端整体连接，搅拌头(3)大端面直径为刀体(2)直径的2/5～3/5，搅拌头(3)大端镶嵌在刀体(2)内孔上；定位块(4)通过螺钉(6)固定在刀体(2)的刀槽内，刀片(5)固定在定位块(4)上，刀片(5)形状及在定位块(4)上的位置根据加工需要调整；

为降低进给阻力和切削力，所述的搅拌头(3)选锥形搅拌头；

所述辅助设备包括刀柄系统(8)和主轴系统(9)；所述的刀柄系统(8)包括油腔(8-2)、刀柄进气管道(8-3)、刀柄内冷系统(8-4)、限位装置(8-5)和刀杆夹 持装置(8-7)；在所述刀柄系统(8)的刀柄上增加用于实现多用途工具的动平衡装置(8-6)，所述动平衡装置(8-6)为环形凸台结构，通过调节在环形凸台上螺钉的位置和数量配重，实现对多用途工具的动平衡设置；并在所述刀柄系统(8)增加减振法兰盘(8-1)，减振法兰盘(8-1)套在刀柄凸台下方的圆柱体外侧；所述的主轴系统(9)包括测温装置(9-1)、主轴冷却槽(9-2)、测振装置(9-3)、主轴冷却装置(9-4)、气动卡盘(9-5)、进气管(9-6)；多用途工具通过刀柄系统(8)上的刀杆夹持装置(8-7)进行几何固定，并利用刀柄进气管道(8-3)以实现工具与刀柄系统(8)的气动紧固。

2.如权利要求1所述的多用途工具的使用方法，其特征在于：

根据使用需要选择安装相应多用途工具，实现对于复合材料的多用途加工；

当实现单一搅拌摩擦加工时，从定位块(4)上拆卸刀片(5)，通过主轴系统(9)实现对多用途工具的旋转和进给运动的驱动，从而实现单一搅拌摩擦加工；

当实现单一搅拌摩擦焊接时，从定位块(4)上拆卸刀片(5)，通过主轴系统(9)实现对多用途工具的旋转和进给运动的驱动，从而实现单一搅拌摩擦焊接；

当实现具有去飞边功能的搅拌摩擦加工时，调整刀片(5)在定位块(4)上的位置或调整刀片(5)形状，使刀片(5)切削刃与刀体端部平齐，通过主轴系统(9)实现对多用途工具的旋转和进给运动的驱动，从而实现具有去飞边功能的搅拌摩擦加工；

当实现具有去飞边功能的搅拌摩擦焊接时，调整刀片(5)在定位块(4)的位置或调整刀片(5)形状，使刀片(5)与刀体端部平齐，通过主轴系统(9)实现对多用途工具的旋转和进给运动的驱动，从而实现具有去飞边功能的搅拌摩擦焊接；

当实现单一铣削加工时，调整刀片(5)在定位块(4)的位置或调整刀片(5)形状，使刀片(5)切削刃超过刀体端部，同时拆卸搅拌头(3)，通过主轴系统(9)实现对多用途工具的旋转和进给运动的驱动，从而实现单一铣削加工；

当实现搅拌摩擦加工-铣削的复合加工时，调整刀片(5)在定位块(4)的位置或调整刀片(5)形状，使刀片(5)切削刃超过刀体端部，同时装载搅拌头(3)，通过主轴系统(9)实现对多用途工具的旋转和进给运动的驱动，从而实现搅拌摩擦加工-铣削复合的一体式加工，提高复合材料的加工质量和加工效率；在复合材料铣削过程中，合金基体中由于增强相的加入使基体的塑性变形机制与单一合金材质的铣削去除机理有较大差异，由于复合材料工件表层材料经过搅拌摩擦二次加工起到细化基体微观组织和增强相尺寸；搅拌摩擦加工-铣削的复合加工集合了铣削和搅拌摩擦加工，利用搅拌摩擦加工可改善铣削复合材料加工表面质量及表层力学性能，同时铣削加工能够去除搅拌摩擦加工所产生的飞边，并且切削产生的热量可为搅拌摩擦加工提供部分热输入；同时，搅拌摩擦加工-铣削的复合实现工件一体式快速加工；

当实现搅拌摩擦焊接-铣削的复合加工时，调整刀片(5)在定位块(4)的位置或调整刀片(5)形状，使刀片(5)切削刃超过刀体端部，同时装载搅拌头(3)，通过主轴系统(9)实现对多用途工具的旋转和进给运动的驱动，从而实现搅拌摩擦焊接-铣削复合的一体式加工，提高复合材料的加工质量和加工效率；在复合材料铣削过程中，合金基体中由于增强相的加入使基体的塑性变形机制与单一合金材质的铣削去除机理有较大差异，由于复合材料工件表层材料经过搅拌摩擦二次焊接起到细化基体微观组织和增强相尺寸，从而提高复合材料表层力学性能和疲劳性能；搅拌摩擦焊接-铣削的复合加工利用搅拌摩擦焊接可改善铣削复合材料加工表面质量及表层力学性能，同时铣削加工能够去除搅拌摩擦加工所产生的飞边，并且切削产生的热量可为搅拌摩擦焊接提供部分热输入；同时，搅拌摩擦焊接-铣削的复合实现了工件一体式快速加工。

3.如权利要求2所述的使用方法，其特征在于：由于上述多用途加工方式中主轴系统的旋转转速高，多用途工具上的微小不平衡量会产生非常大的离心力，离心力引起多用途工具的径向跳动，降低对工件的加工精度，由于在刀柄系统(8)上加工有实现多用途工具的动平衡装置(8-6)，所述动平衡装置(8-6)为环形凸台结构，通过调节在环形凸台上螺钉的位置和数量配重，实现对多用途工具的动平衡设置，减小离心力引起多用途工具的径向跳动，提高对工件的加工精度；此外，由于在所述刀柄系统(8)增加减振法兰盘(8-1)，实现减振作用，进一步提高对工件的加工精度。