碳纖維層壓結構在切削時容易因軸向力導致層間分離如何優化刀具路徑

為了減少碳纖維層壓結構在切削時的層間分離風險，需從刀具路徑優化和切削參數調整兩方面入手，結合材料特性和加工機理進行系統性優化。

1. 刀具路徑優化

（1）螺旋插補

優勢：通過螺旋漸進式切入（如鉆孔或型腔加工），避免軸向力突變，分散切削力。

實施方法：

采用小切深（每圈軸向切深0.05-0.2mm）的螺旋下刀，降低單次切削的軸向載荷。

結合圓弧切入（替代垂直進刀，減少沖擊。

（2）順銑

作用：纖維從已加工面剝離，減少毛刺和分層傾向（相比逆銑可降低20-30%的層間應力）。

（3）分層切削與變向路徑

分層多道切削：將總切深分為多道工序（如每層0.2mm），避免單次切削過深。

路徑變向：交替改變切削方向（如90°交叉路徑），分散累積應力。

（4）避免輪廓尖角

采用擺線切削處理拐角，減少刀具滯留和熱量集中。

2. 切削參數優化

（1）主軸轉速與切削速度

高轉速：碳纖維導熱性差，需高速切削以減少熱積累和樹脂軟化。

平衡點：轉速過高可能導致振動，需結合機床剛性調整。

（2）進給速度與每齒進給

適中進給：過高進給會增大切削力，過低則加劇摩擦發熱。推薦：

fz=0.02-0.1mm/tooth（金剛石涂層刀具）。

進給速度f=500-2000mm/min（根據刀具直徑調整）。

（3）軸向切深與徑向切深

小切深：軸向切深ap≤1mm（粗加工）或0.1-0.3mm（精加工）。

徑向切深ae≤50%刀具直徑，避免刀具過載。

3. 刀具選擇與輔助措施

刀具幾何：

金剛石涂層立銑刀：高硬度、低摩擦系數。

小前角（γ≤6°）：增強刃口強度，減少纖維拔出。

大螺旋角（35-45°）：提升排屑能力，降低軸向力。

冷卻方式：

高壓氣冷或微量潤滑（MQL），避免樹脂吸濕膨脹。

工藝監測：

實時檢測切削力或振動信號，動態調整參數。

通過上述綜合方法，可顯著降低碳纖維層壓結構的分層風險，同時兼顧加工效率與表面質量。實際應用中需根據具體材料牌號和鋪層方向進一步微調。