[發明專利]一種薄壁大口徑非球面碳纖維復材高性能零件磨削裝備

有效

• 申請號: 202110075858.4
• 申請日: 2021-01-20
• 公開（公告）號: CN112936021B
• 公開（公告）日: 2022-11-18
• 發明（設計）人: 張振宇;李玉彪;廖龍興;孟凡寧
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: B24B19/22
• 分類號: B24B19/22;B24B27/00;B24B41/06;B24B51/00;B24B55/00;B24B49/00;B24B49/12;B24B49/02
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 修睿;李洪福

本發明公開了一種薄壁大口徑非球面碳纖維復材高性能零件磨削裝備及方法，包括數控系統、加工模塊、空冷模塊、測量模塊、基座、真空吸盤、封閉門和加工艙，裝備為立式五軸聯動結構，經數控系統集成與控制，使加工模塊實現五軸聯動加工，空冷模塊和封閉門實現對加工艙降溫恒溫和加工位點冷卻，測量模塊實現加工過程在線跟蹤監測表面質量和型面精度，真空吸盤實現工件夾裝。本發明結合真空吸盤、空氣主軸等實現薄壁大口徑工件的穩定裝夾與精密磨削；集成在線測量模塊，實現工件一次裝夾完成加工檢測一體化工序；采用空冷模式，避免磨削熱損傷工件及碳纖維材料怕濕加工等問題，最終實現薄壁大口徑非球面碳纖維復材高性能零件的高質高效磨削。

技術領域

本發明涉及機械加工設備技術領域，尤其涉及一種薄壁大口徑非球面碳纖維復材高性能零件磨削裝備。

背景技術

碳纖維復合材料具有良好的物理性能和力學性能,在航空、航天等領域取得了廣泛的應用，比如：戰機機身、衛星天線反射面等。隨著國家航天技術的發展，高性能零件與裝備的研發十分迫切與必要，其中，薄壁大口徑非球面碳纖維高性能零件，具有口徑大、壁厚薄及材料硬脆且怕濕的特點，其在加工過程中存在加工易變形、開裂、分層等難題。目前該類零件研磨主要依賴人工，其拋光效率之低、研磨精度之差可見一斑，且研磨產生的粉塵不利于操作者身體健康，因此研究薄壁大口徑非球面碳纖維復材高性能零件高質高效加工裝備十分必要。

薄壁大口徑非球面碳纖維復材高性能零件口徑通常大于0.8m,型面較為復雜，普通磨床行程不夠，且難以實現非球面結構件加工；此外該類零件壁厚非常薄，普通裝夾變形大，加工過程中磨削力控制困難，易造成加工型面精度低；碳纖維復材通常由碳纖維和其他基材(如環氧樹脂)結合而成，其密度低、耐熱摩擦和熱沖擊，為典型的硬脆難加工材料，加工過程中極易開裂，且材料容易拉絲分層。為此本發明提供了一種薄壁大口徑非球面碳纖維復材高性能零件磨削裝備。

發明內容

為了解決現有技術存在的上述問題，本發明提供了一種薄壁大口徑非球面碳纖維復材高性能零件磨削裝備，滿足大口徑結構件加工要求，口徑1.5～1.8m，克服該類結構件加工過程中因口徑大、壁厚薄及材料硬脆且怕濕而造成的工件加工易變形、開裂、分層等問題，且在加工過程中通過紅外熱成像儀、激光跟蹤儀和非接觸式表面粗糙度儀檢測模塊實時在線跟蹤監測表面質量和型面精度，以期實現其高質高效磨削。

本發明采用的技術手段如下：

一種薄壁大口徑非球面碳纖維復材高性能零件磨削裝備，包括數控系統、加工模塊、空冷模塊、測量模塊、基座、真空吸盤、封閉門和加工艙，所述加工模塊、空冷模塊、測量模塊、基座、真空吸盤設置于加工艙的內部，所述封閉門用于保證工作狀況下加工艙內部的密閉性，所述加工模塊用于實現五軸聯動加工，所述空冷模塊用于保持加工艙降溫恒溫以及實現對加工位點冷卻，所述真空吸盤用于實現工件夾裝，所述測量模塊用于實現加工過程在線跟蹤監測表面質量和型面精度，所述數控系統用于集成并控制各模塊。

進一步地，所述加工模塊包括Y軸位移機構、X軸位移機構、立軸系統、擺動工作臺、旋轉工作臺和所述真空吸盤，用于磨削工件的大孔隙率金屬結合劑金剛石砂輪安裝在所述立軸系統的空氣主軸上，所述立軸系統能夠在X軸位移機構的帶動下進行X軸的位移，所述X軸位移機構能夠在Y軸位移機構的帶動下進行Y軸的位移，所述擺動工作臺能夠繞著X軸進行預設范圍內的旋轉，所述旋轉工作臺安裝在所述擺動工作臺上，所述旋轉工作臺能夠繞著Z軸旋轉，所述加工模塊與數控系統連接，通過數控系統控制真空吸盤夾裝工件和控制空氣主軸驅動大孔隙率金屬結合劑金剛石砂輪實現五軸聯動磨削工件。

進一步地，所述Y軸位移機構包括兩組平行設置于床身上的Y軸光杠、Y軸絲杠，Y軸光杠和Y軸絲杠上設置有Y軸進給機構，所述X軸位移機構包括X軸光杠和X軸絲杠，所述X軸光杠和X軸絲杠的端部分別連接在兩側的Y軸進給機構上。