随着航空航天事业的蓬勃发展,碳纤维复合材料(CFRP)及其金属叠层材料已被广泛的应用于飞机中制造主要承力构件,为了保证制孔的质量和效率,需要一系列先进的制孔装备,并开发配套的制孔工艺。由于很多航空航天零部件尺寸巨大,需要在装配现场进行制孔加工,此时对于一些狭小制孔工位,机械臂等大型自动化制孔设备无法进入,需依靠工人手持气动钻制孔,而气动钻无法自动调整钻削参数,进给轴向力需要依赖工人经验进行控制,难以保证制孔质量的稳定,并且当制孔孔径过大或钻削钛合金等高强度材料时,轴向力过大使得工人无法进行手动进给操作,因此需要开发适用于狭小空间的专用制孔设备,同时探究合适的钻削工艺方案并将其与设备结合,给出一套狭小空间高质高效自动化制孔解决方案。本文围绕便携式变参数自动进给钻设备开发,从在以下几个方面开展研究。(1)针对设备重要应用工况大厚度CFRP钻削工艺进行研究,对制孔钻削区段进行了划分,研究钻削过程中不同钻削区段的力热特性,得出了各区段合适的钻削参数,在此基础上提出一种分区段变参数钻削大厚度CFRP板工艺方法。(2)结合大厚度CFRP制孔工艺,叠层制孔工艺,狭小空间运行工况需求,提出了一种小型化自动进给钻设备结构设计方案,在此基础上进行整机零部件结构设计选型,同时对关键零部件进行强度校核,完成虚拟样机的装配。设备通过双伺服电机独立驱动旋转和进给运动,转速进给无级可调。在钻削金属材料时,添加可替换轴向低频振动辅助钻削模块,实现切屑的断屑功能。整机结构紧凑,重量轻,配合专用钻模板可实现快速拆装,完成CFRP及其叠层材料高质量一体化制孔。(3)结合钻削机理,以PLC控制器为载体,编写设备的自动控制程序,实现对伺服电机的高精度控制,添加力采集模块实时监测钻削轴向力数据,进而判断钻削材料及工况,对转速形成反馈控制,完成单一材料及叠层的自动变参数制孔加工,同时设置多项安全保护功能,确保设备在复杂工作环境下的稳定运行。(4)完成样机组装并进行运转调试,配合变参数工艺,使用自动进给钻专用刀具,进行了针对CFRP和钛合金的一系列制孔实验,测试设备的钻削性能,对孔的各项指标进行检测,制孔效果良好,可满足航空制孔需求。