[發明專利]一種圓周陣列曲面結構同步加工裝置

有效

• 申請號: 201310152367.0
• 申請日: 2013-04-27
• 公開（公告）號: CN103223634A
• 公開（公告）日: 2013-07-31
• 發明（設計）人: 陳志同;陳宇飛
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: B24B19/14
• 分類號: B24B19/14;B24B41/04;B24B41/02;B24B47/12
• 代理公司: 北京慧泉知識產權代理有限公司 11232
• 代理人: 王順榮;唐愛華

1.一種圓周陣列曲面結構同步加工裝置，其特征在于：它是由主軸加工單元（1）、徑向運動單元（2）、工作臺運動單元（3）、雙層主軸加工單元（4）和龍門式圓周陣列曲面結構同步加工裝置五部分組成；該主軸加工單元（1）安裝在徑向運動單元（2）的底座（2-1）上并通過螺栓固定，用于對工件葉輪（3-17）的葉片曲面進行加工，它沿圓周方向安裝復數個，每兩個主軸加工單元之間圓心角角度為葉片夾角的整數倍；該徑向運動單元(2)，用于控制安裝其上的主軸加工單元(1)沿徑向運動，該工作臺運動單元(3)安裝在徑向運動單元的底座（2-1）上，用于實現葉片的旋轉及上、下運動；葉片的三個運動在數控系統的控制下，共同實現葉片曲面加工；該雙層主軸加工單元用于替換主軸加工單元安裝在底座（2-1）上，能同時加工兩層葉輪；

所述主軸加工單元（1）用于實施對曲面的加工，它包括10個構件：它們是刀架（1-1）、主軸導軌（1-2）、主軸電機支架（1-3）、Z軸鎖緊螺栓（1-4）、主軸電機（1-5）、Y軸鎖緊螺栓(1-6)、螺紋爪(1-7)、主軸滑塊(1-8)、移動板(1-9)和砂輪(1-10)；主軸導軌（1-2）通過螺栓固定在刀架（1-1）的上平面上，主軸電機支架（1-3）、移動板(1-9)和主軸滑塊(1-8)相互連接并一起鑲崁在主軸導軌（1-2）上；砂輪(1-10)安裝在主軸電機（1-5）的輸出軸上，主軸電機（1-5）通過Y軸鎖緊螺栓(1-6)固定在主軸電機支架（1-3）上，主軸電機支架（1-3）安裝在移動板（1-9）上，螺紋爪(1-7)通過螺釘固定在移動板（1-9）的下表面；其中，該刀架（1-1）是扇形平面結構，與底座（2-1）螺栓連接，上面沿圓直徑方向安裝兩根主軸導軌（1-2），用于約束移動板（1-9）徑向運動；該主軸導軌（1-2）是工字形導軌件，通過螺栓固定在刀架（1-1）的上平面上；該移動板（1-9）是矩形件，其下部安裝的四個主軸滑塊（1-8）與主軸導軌（1-2）構成滾動導軌，約束其沿著導軌方向滑動；該主軸電機支架（1-3）是U形的支架結構，安裝在移動板（1-9）上部；該主軸電機（1-5）安裝在該支架左右兩側的板上，該板上有孔和軸，電機能繞軸轉動，以便調整角度，然后用Y軸鎖緊螺栓(1-6)鎖緊，其規格型號由孔徑和電機支架寬度確定；該主軸電機（1-5）頭部安裝砂輪（1-10）用于磨削加工葉片曲面；該螺紋爪(1-7)是倒T形件，上部有螺紋孔，用于與移動板（1-9）螺釘連接，并從刀架（1-1）的中心槽中穿出，下部有螺紋齒，與平面螺旋盤（2-5）嚙合；該主軸滑塊(1-8)是凹形件，其凹槽與主軸導軌（1-2）相配；

所述徑向運動單元（2）用于控制多個主軸加工單元（1）的徑向運動，包括6個構件，它們是：底座（2-1）、大轉臺電機轉子（2-2）、大轉臺電機定子（2-3）、大轉臺臺面軸承（2-4）、平面螺旋盤（2-5）和T形槽螺栓及螺母（2-6）；刀架（1-1）通過T形槽螺栓及螺母（2-6）與底座（2-1）固定，平面螺旋盤（2-5）與螺紋爪（1-7）構成平面螺旋運動副，平面螺旋盤（2-5）通過大轉臺臺面軸承（2-4）與底座（2-1）連接，大轉臺電機定子（2-3）通過螺釘固定在底座（2-1）上，大轉臺電機轉子（2-2）通過螺釘固定在平面螺旋盤（2-5）下部；其中，該底座（2-1）是圓柱體中空結構，為本裝置的主基體，用于安裝、固定其它結構單元；該大轉臺臺面軸承（2-4）是雙環形結構件，其外環安裝在底座（2-1）上，內環固定在平面螺旋盤（2-5）上，用于支撐平面螺旋盤（2-5）繞中心轉動；該平面螺旋盤（2-5），是圓盤形階梯結構，上表面有平面螺紋，與主軸加工單元（1）中的螺紋爪（1-7）上的螺紋嚙合傳動，下部是階梯型結構，通過大轉臺臺面軸承連接在底座（2-1）上，能繞底座中心軸轉動；該大轉臺電機轉子（2-2）與大轉臺電機定子（2-3）一起構成大轉臺電機，在數控系統控制下驅動平面螺旋盤（2-5）轉動；當平面螺旋盤（2-5）旋轉時，上面與之嚙合的螺紋爪（1-7）在主軸導軌（1-2）的約束下帶動移動板（1-9）及上面主軸電機（1-5）徑向運動；該T形槽螺栓及螺母是將主軸加工單元（1）中的刀架（1-1）固定在底座（2-1）上；

所述工作臺運動單元（3），用于控制工件葉輪（3-17）自旋和升降兩個運動，包括18個構件，它們是內筒（3-1）、升降臺電機（3-2）、鍵（3-3）、聯軸器（3-4）、滾珠絲杠（3-5）、深溝球軸承（3-6）、軸承安裝筒（3-7）、軸承端蓋（3-8）、螺母（3-9）、工作臺支座（3-10）、工作臺滑塊（3-11）、工作臺導軌（3-12）、工作臺電機轉子（3-13）、工作臺電機定子（3-14）、工作臺臺面軸承（3-15）、工作臺（3-16）、工件葉輪（3-17）和壓緊螺母（3-18）；內筒（3-1）與底座（2-1）螺釘固定，四根工作臺導軌（3-12）用螺釘固定在內筒（3-1）內部四個平面上，工作臺支座（3-10）外部的四個平面上面安裝八個工作臺滑塊（3-11），一起鑲嵌在工作臺導軌（3-12）上，能一起沿工作臺導軌（3-12）上下滑動；工作臺支座（3-10）通過工作臺臺面軸承（3-15）與工作臺（3-16）連接，工作臺電機轉子（3-13）固定在工作臺（3-16）下部，工作臺電機定子（3-14）固定在工作臺支座（3-10）上部；工作臺支座（3-10）下部安裝螺母（3-9）與滾珠絲杠（3-5）配合構成螺旋副，升降臺電機（3-2）與軸承安裝筒（3-7）用螺栓固定，升降臺電機輸出軸與滾珠絲杠（3-5）的末端軸通過鍵（3-3）和聯軸器（3-4）連接，二者一起轉動；滾珠絲杠（3-5）通過軸承端蓋（3-8）和兩個深溝球軸承（3-6）固定在軸承安裝筒（3-7）內，軸承安裝筒（3-7）安裝在內筒（3-1）內部；其中，該內筒（3-1）是圓柱體筒形零件，內部用于安裝工作臺運動單元的零件，外側與底座（2-1）通過法蘭盤和螺栓連接；該工作臺（3-16）是臺階軸類類件，其上表面用于安裝心軸類夾具，定位裝好工件葉輪（3-17），再用壓緊螺母（3-18）壓緊；該臺面軸承（3-15）是雙環形結構件，其外環與工作臺（3-16）連接，內環與工作臺支座（3-10）連接，用于支撐工作臺（3-16）在工作臺支座（3-10）上轉動；該工作臺電機定子（3-14）與工作臺電機轉子（3-13）構成電機，在數控系統控制下驅動工作臺（3-16）繞中心轉動；該工作臺支座（3-10）是八棱柱形零件，上部有臺階軸用于安裝工作臺臺面軸承（3-15），四周八個平面安裝工作臺滑塊（3-11），底面孔內安裝螺母（3-9）；該工作臺導軌（3-12）是工字型件，它固定在內筒（3-1）內平面上，與工作臺滑塊（3-11）配合，使工作臺支座（3-10）沿導軌方向上下移動并限制其轉動；該升降臺電機（3-2）通過聯軸器（3-4）和鍵（3-3）與滾珠絲杠（3-5）相連，由數控系統控制升降臺電機轉動（3-2）；該滾珠絲杠（3-5）下端與升降臺電機（3-2）連接，上端的螺紋與螺母（3-9）旋合，通過絲杠旋轉帶動工作臺支座（3-10）上下運動；該軸承安裝筒（3-7）是筒形件，其內部安裝一對深溝球軸承（3-6），限制滾珠絲杠（3-5）移動，其端面與內筒（3-1）連接；該軸承端蓋（3-8）是帶法蘭盤筒形件，用于軸向固定深溝球軸承（3-6）及滾珠絲杠（3-5），通過其端面與軸承安裝筒（3-7）連接；該升降臺電機（3-2）、鍵（3-30）、聯軸器（3-4）、深溝球軸承（3-6）、滾珠絲杠（3-5）螺母（3-9）、工作臺臺面軸承（3-15）分別是限制滾珠絲杠（3-5）軸向移動，并且使工作臺支座（3-10）上下移動；

所述雙層主軸加工單元（4），替代主軸加工單元（1）安裝在底座（2-1）上，用于同時加工兩層葉輪；包括4個構件，它們是雙層電機支架（4-1）、第二層主軸電機(4-2)、第一層主軸電機(4-3)和鎖緊螺栓(4-4)；雙層電機支架（4-1）安裝在移動板（1-9）上，第一層主軸電機(4-3)固定在雙層電機支架（4-1）下部的孔內，第二層主軸電機(4-2)固定在雙層電機支架（4-1）上部的孔內，鎖緊螺栓(4-4)安裝在雙層電機支架（4-1）的槽內，其余部分結構與主軸加工單元相同；其中，該雙層電機支架（4-1）是U形的支架結構，上面安裝兩層主軸電機，分別調整繞Y軸轉角后由鎖緊螺栓（4-4）鎖緊；該第一層主軸電機（4-3），與雙層電機支架（4-1）連接，用于加工底層葉輪的葉片；該第二層主軸電機（4-2），與雙層電機支架（4-1）連接，與第一層主軸電機（4-3）同步進退，用于加工第二層葉輪的葉片；此結構能同時加工2個葉輪，進一步提高加工效率；該鎖緊螺栓（4-4）的功能是鎖緊固定電機；

所述龍門式圓周陣列曲面結構同步加工裝置，包括主軸加工單元（1）、徑向運動單元（2）、工作臺運動控制單元（3）和龍門式機床底座（5）四部分；該龍門式機床底座（5）的結構形狀是：上部為“門”形結構，下部為圓柱體結構，將工作臺運動控制單元（3）安裝在龍門式機床底座（5）上部，葉輪懸掛安裝于工作臺上，徑向運動單元（2）安裝在龍門式機床底座（5）下部，此結構運動方式與前述相同，但機床結構更加緊湊，適用于加工較小的葉輪。