[發明專利]一種直升機復合材料槳葉數控加工裝置

有效

• 申請號: 201310301691.4
• 申請日: 2013-07-17
• 公開（公告）號: CN103386635A
• 公開（公告）日: 2013-11-13
• 發明（設計）人: 高航;楊楠楠;賈振元;王奔;宋文娟;戴希林;溫泉
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: B23Q37/00
• 分類號: B23Q37/00;B23Q1/25;B23Q7/00;B23Q11/00;B08B15/04
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 曲永祚;李洪福

技術領域

本發明涉及數控加工裝置，特別涉及一種直升機復合材料槳葉數控加工裝置。

背景技術

槳葉是直升機的關鍵部件，其決定了直升機的主要性能。隨著直升機使役性能要求的逐漸提高，傳統金屬、木材等材料的槳葉已無法滿足現代直升機的高性能要求。由于復合材料具有高的比強度、比剛度、優異的疲勞性能以及可設計等諸多特點，其已逐漸取代金屬、木材等材料成為現代直升機槳葉發展的必然趨勢。直升機復合材料槳葉技術在20世紀70年代開始進入型號應用并逐漸趨向成熟。復合材料槳葉的主要優點是其疲勞壽命長，且其設計制造一體化的特性可顯著促進槳葉的動力學性能，較理想的滿足直升機槳葉的性能要求。

復合材料槳葉制備完成后，為滿足其裝配及高性能要求，需要對槳葉進行制孔等必要的機械加工，特別是對槳葉的一側進行切割及銑邊加工。為保證槳葉的使用性能，通常采用具有先進氣動布局的型面，如非線性幾何扭轉角分布、平面形狀和槳尖外形等，因此其幾何外形十分復雜。同時，槳葉為扁狀細長型構件，其長度達到4-7米，因此長度方向剛度低，加工過程中槳葉構件易產生振顫或形變，導致加工質量及精度難以保證，特別是批產質量的一致性難以控制。

復合材料優異的使用性能促進了直升機槳葉性能的進步，但是復合材料的導熱系數低、各向異性、層間強度低等特點使其成為典型的難加工材料。復合材料基體樹脂吸濕后將導致材料的性能下降，因此加工過程中不允許使用切削液。低導熱系數導致加工過程中產生的切削熱容易積聚在材料內部，導致材料溫度較高，且刀具、切屑與基體之間的摩擦熱被認為是導致切削熱產生的主要原因。當材料溫度大于樹脂基體的玻璃化溫度后，材料的力學性能如彈性模量、剛度等出現急劇下降，直接危及構件的加工質量及使用性能。可以看出，減少切屑在切削區域的累積，提高切削區域的冷卻效率，進而有效降低加工溫度是復合材料加工裝置需要解決的難題之一。同時，復合材料的切屑為粉末狀且密度低，極易分散在空氣中，對人體健康造成危害，因此加工過程中需對切屑進行有效的收集。

為滿足復合材料槳葉的裝配及性能要求，所需要的機械加工主要包括切邊、側面銑邊及制孔。目前，為保證槳葉的加工質量，槳葉的機械加工大多采用手工作業方式加工，不但效率低，而且加工質量很大程度上依靠工人的技術水平，加工質量一致性較差。國內尚缺乏針對復合材料槳葉的數控加工裝置。由于槳葉尺寸大、剛度低、質量要求高，普通加工機床難以滿足其加工需求或加工質量難以保證，而大型機床隨尺寸的增加，其制造及維護成本成幾何量級增加，給機床使用企業造成極大的經濟壓力。如何同時滿足復合材料槳葉的多種加工特征要求以及降低大型裝置的成本是槳葉加工裝置所需解決的另外一個難題。復合材料槳葉低損傷高效加工裝備已經成為直升飛機制造中急需和亟待解決的瓶頸問題。

復合材料槳葉低損傷高效加工裝備的研制，為縮短直升飛機的研制周期和批產能力提供了可靠的技術保障，滿足了相關企業的生產急需，具有良好的經濟和社會效益。

發明內容

本發明要解決的技術問題是是直升機復合材料槳葉加工質量難以保證、加工效率低以及加工成本高昂的問題。

為達到以上目的，通過以下技術方案實現的：

一種直升機復合材料槳葉數控加工裝置，其特征在于：包括，用于加工復合材料槳葉的數控加工裝置和用于裝夾復合材料槳葉的裝夾系統；本裝置以復合材料槳葉水平延伸方向為X軸方向，豎直垂直于X軸方向為Z軸方向，橫向垂直于X軸和Z軸方向為Y軸方向；

此結構的裝夾工作為：裝夾系統與數控加工裝置主體采取左右平行方式布置，具有復雜型面扁長結構的復合材料槳葉為立式安裝裝夾；

數控加工裝置位于裝夾裝置上端設置有能夠沿著裝夾裝置橫向移動的X軸運動系統；X軸運動系統的移動平臺上固定有Y軸數控滑臺，即Y軸數控滑臺滑動臺面移動方向為Y軸方向，且Y軸數控滑臺移動臺面上固定有Z軸數控滑臺，即Z軸數控滑臺移動臺面移動方向為Z軸方向；

Z軸數控滑臺的移動臺面上固定有雙工位動力頭；

此結構實現雙工位動力頭在X、Y和Z軸方向的運動，且由于X軸方向為復合材料槳葉輪廓延伸方向即X軸運動系統的X軸方向運動距離較遠，進而X軸運動系統采用由電機驅動齒輪，通過齒輪與機床床身上的齒條嚙合實現X軸方向運動，此運動機構中在電機與齒輪之間可配備減速器來增加運動扭矩；Y軸數控滑臺和Z軸數控滑臺采用伺服電機驅動滑臺內部的滾珠絲杠驅動移動臺面移動。

雙工位動力頭包括：擺動支座、旋轉軸上支座、轉動盤、電主軸夾具和電主軸；