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CN111113122A - 一种叶盘加工中心 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种叶盘加工中心，包括：A轴回转组件、B轴回转组件和C轴回转组件；所述A轴回转组件带动叶盘做回转运动；所述B轴回转组件带动附件头做回转运动，所述附件头带动刀具对所述叶盘进行加工；所述C轴回转组件带动所述A轴回转组件做回转运动；所述B轴回转组件的旋转轴线与所述C轴回转组件的旋转轴线的交点为所述叶盘的加工区域的中心；所述刀具的刀尖点在所述B轴回转组件的旋转轴线上。本发明的加工区域在C轴转台旋转中心附近，能够保证机床在进行五轴旋转刀具中心加工动作时，各个物理轴的运动速度和加速度相对于普通结构的机床能保持在一个较低的范围内。

Description

一种叶盘加工中心
技术领域
本发明涉及机床加工领域，尤其涉及一种叶盘加工中心。
背景技术
航空发动机中使用整体叶盘是世界航空发动机技术的发展趋势，为了扩大整体叶盘在航空发动机中的应用首先要解决整体叶盘的制造难题。目前我国的航空发动机运用的整体叶盘数量较少，不能广泛使用的主要原因在于整体叶盘的制造技术仍然没有解决。航空发动机整体叶盘制造难点在于叶片的复杂型面、较高的加工精度和表面质量要求，极高的叶片加工一致性，叶片加工变形以及采用的材料。整体叶盘叶片表面多为自由曲面，另外对叶片的加工精度、表面粗糙度有极高的要求。在加工形状上若是加工平面、圆柱面等表面达到这样的加工精度比较容易实现，但在加工自由曲面上要达到这样的加工要求比较困难。由于加工中刀具运动空间受到了限制要使叶片达到较高加工精度就更加困难，因此航空发动机整体叶盘加工在全世界范围内都是一个难题；现有机床在进行五轴加工动作时，对各个物理轴的运动速度和加速度范围要求极高。
发明内容
本发明提供一种叶盘加工中心，以克服上述技术问题。
本发明提供一种叶盘加工中心，包括：A轴回转组件、B轴回转组件和C轴回转组件；
所述A轴回转组件带动叶盘做回转运动；
所述B轴回转组件带动附件头做回转运动，所述附件头带动刀具对所述叶盘进行加工；
所述C轴回转组件带动所述A轴回转组件做回转运动；
所述B轴回转组件的旋转轴线与所述C轴回转组件的旋转轴线的交点为所述叶盘的加工区域的中心；所述刀具的刀尖点在所述B轴回转组件的旋转轴线上。
进一步地，所述A轴回转组件为驱动叶盘旋转的A轴转台；
所述B轴回转组件包括：固定刀具的附件头和B轴转台；所述B轴转台带动所述附件头做回转运动；
所述C轴回转组件为C轴转台；
所述A轴转台与所述C轴转台可拆卸连接；
所述C轴转台的旋转轴线与水平面垂直，并与所述叶盘的旋转轴线相互垂直。
进一步地，所述A轴转台固定于所述C轴转台顶面；所述A轴转台的中心轴线为所述叶盘的旋转轴线。
进一步地，还包括用于更换刀具的刀具库，所述刀具库与所述附件头同侧。
本发明的加工区域在C轴转台旋转中心附近，能够保证机床在进行五轴旋转刀具中心(以下简称RTCP)加工动作时，各个物理轴的运动速度和加速度相对于普通结构的机床能保持在一个较低的范围内，并且附件头的中轴线与滑枕的中轴线成45°夹角，保证附件头旋转RTCP动作时不会产生线性轴较大的速度和加速度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明叶盘加工中心整体结构示意图；
图2为本发明叶盘加工中心整体结构另一视角图；
图3为本发明叶盘加工中心俯视图；
图4为本发明叶盘加工方法流程图；
图5为采用本发明加工叶片时X轴、Y轴和Z轴的速度曲线图；
图6为采用现有技术加工叶片时X轴、Y轴和Z轴的速度曲线图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种叶盘加工中心，如图1所示，为本发明叶盘加工中心整体结构示意图；包括：床身1、滑台3、立柱4和滑枕；所述滑台3与所述床身1通过导轨滑动连接，所述立柱4与所述滑台3通过导轨滑动连接，所述滑枕一端与所述立柱4通过导轨滑动连接；还包括：A轴回转组件、B轴回转组件和C轴回转组件；
所述A轴回转组件带动叶盘8做回转运动；
所述B轴回转组件带动附件头6做回转运动，所述附件头6带动刀具7对所述叶盘8进行加工；
所述C轴回转组件带动所述A轴回转组件做回转运动；
所述B轴回转组件的旋转轴线与所述C轴回转组件的旋转轴线的交点为所述叶盘8的加工区域的中心；所述刀具7的刀尖点在所述B轴回转组件的旋转轴线上。
进一步地，所述A轴回转组件为驱动叶盘8旋转的A轴转台10；所述B轴回转组件包括：固定刀具7的附件头6和B轴转台5，所述附件头6为45°附件头；所述45°附件头6一端与所述B轴转台5一端旋转连接，所述刀具7与所述45°附件头6另一端固定连接，所述刀具7与所述45°附件头6同轴；所述刀具7的中轴线与所述B轴转台5轴线夹角为45°；所述C轴回转组件为驱动所述A轴转台10旋转的C轴转台9；所述A轴转台10与所述C轴转台9可拆卸连接，以便在工作前调整所述A轴转台10的位置，所述A轴转台10驱动输出端与所述叶盘8连接；所述C轴转台9的旋转轴线与水平面垂直，并与所述叶盘8的旋转轴线相互垂直，所述刀具7对所述叶盘8进行加工；所述A轴回转组件和所述C轴回转组件位于所述45°附件头6前方。
如图2所示，为本发明叶盘加工中心整体结构另一视角图，所述叶盘加工机构包括：驱动所述45°附件头6回转的B轴转台5、驱动所述叶盘8旋转的A轴转台10、驱动所述A轴转台10回转的C轴转台9和驱动所述C轴转台9旋转的驱动机构11；所述C轴转台9为形状圆形，所述C轴转台9与水平面平行；所述C轴转台9固定于所述A轴转台10顶面；所述驱动机构11驱动输出端与所述C轴转台9连接；所述A轴转台10与所述C轴转台9可拆卸连接，所述A轴转台10内置驱动电机，驱动电机输出端与叶盘8旋转连接；所述驱动机构11内置驱动电机，驱动所述C轴转台9沿C轴旋转，所述C轴转台9带动所述A轴转台10同步转动，所述A轴转台10驱动所述叶盘8沿A轴旋转；所述C轴转台9的旋转轴线与水平面垂直，并与所述叶盘8的旋转轴线相互垂直，所述刀具7对所述叶盘8侧缘进行加工。
如图3所示，所述45°附件头6沿B轴旋转；所述B轴回转组件的旋转轴线与所述C轴回转组件的旋转轴线的交点为所述叶盘8的加工区域的中心；所述刀具7的刀尖点在所述B轴回转组件的旋转轴线上。
本发明的加工区域在C轴转台9旋转中心附近，能够保证机床在进行RTCP加工动作时，各个物理轴的运动速度和加速度相对于现有机床能保持在一个较低的范围内，并且45°附件头6的中轴线与B轴转台5的中轴线夹角α为45°，保证45°附件头旋转RTCP动作时不会产生线性轴较大的速度和加速度。
进一步地，为了方便刀具7在加工过程中长期使用造成磨损，还包括用于更换刀具7的刀具库2，所述刀具库2与所述45°附件头6同侧；所述刀具库2包括：刀盘2-1和刀盘支架2-2，所述刀盘2-1与所述刀盘支架2-2旋转连接，所述刀盘2-1的旋转轴与水平面平行；所述刀具7与所述刀盘2-1的侧缘卡接。当加工完一个叶盘8后，进行下一叶盘加工，可通过替换刀具库2内的刀具，进行叶盘8的叶片的加工；所述45°附件头6通过沿Z轴、Y轴及X轴交替运动至所述刀盘2-1处，所述刀盘2-1由电机驱动其转动(图中未示出刀盘2-1的驱动电机)，使固定有刀具7的孔位转动至初始位置，所述45°附件头6将使用过的刀具卡入所述孔位，所述刀盘2-1将固定在其上的刀具7转动到初始位置，所述45°附件头6对所述刀具进行抓取，并对下一叶盘进行加工。
进一步地，如图4所示，还包括基于上述加工中心的加工方法，包括以下步骤：
S1：所述45°附件头沿B轴旋转，所述45°附件头带动所述刀具同步旋转，并对所述叶盘侧缘进行加工；
S2：所述C轴转台9带动所述A轴转台10及所述叶盘8沿C轴旋转，所述刀具7对所述叶盘8的另一角度进行加工，直至对一个叶片8-1加工完成；
S3：所述A轴转台10驱动所述叶盘8沿A轴旋转，所述刀具7对所述叶盘8侧缘上的另一点进行叶片的加工，直至对所述叶盘侧缘上的多个叶片加工完成。
S4：叶片加工完成后，所述45°附件头6带动所述刀具7沿Z轴运动至所述刀具库2处，对所述刀具7进行更换。
本发明适用加工的叶盘直径1m左右，叶片长度200mm左右，本发明加工整体叶盘使用C轴转台9的C轴和45°附件头6的B轴来进行五轴RTCP加工运动，C轴转台9的C轴为分动轴，不参与联动加工动作。
本发明具有以下优点：
1、所述叶盘8与所述C轴转台9的相对位置设置保证加工区域在C轴转台9旋转中心附近，从而保证机床在进行五轴RTCP加工动作时，各个物理轴的运动速度和加速度相对于普通结构的机床能保持在一个较低的范围内。
2、45°附件头6的中轴线与B轴转台5的中轴线成45°夹角，所述刀具7的刀尖点在所述B轴转台5的中轴线上；保证45°附件头旋转RTCP动作时不会产生线性轴较大的速度和加速度。
3避免在加工过程中，大体积的主轴沿X轴、Y轴及Z轴运动。
因此，本发明相对于现有机床可以在使用较长刀具的情况下，让刀具和45°附件头旋转中心的距离尽可能的接近，从而减少RTCP动作对线性轴的速度和加速度要求。
综上所述，本发明在整体叶盘加工中拥有明显的优势，尤其是在叶片的前尾缘的旋转轴运动较大的位置，优势更为明显。通过仿真试验，如图5所示，为采用本发明加工叶片时X轴、Y轴和Z轴的速度曲线图，图6为采用现有技术加工叶片时X轴、Y轴和Z轴的速度曲线图；本发明现有机床运行同一个加工程序，对比X轴、Y轴和Z轴的速度，从图5及图6的曲线对比可知，采用本发明加工叶片时，各个物理轴的运动速度和加速度相对于现有机床能保持在一个较低的范围内。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (4)

1.一种叶盘加工中心，包括：A轴回转组件、B轴回转组件和C轴回转组件；
所述A轴回转组件带动叶盘(8)做回转运动；
所述B轴回转组件带动附件头(6)做回转运动，所述附件头(6)带动刀具(7)对所述叶盘(8)进行加工；
所述C轴回转组件带动所述A轴回转组件做回转运动；
所述B轴回转组件的旋转轴线与所述C轴回转组件的旋转轴线的交点为所述叶盘(8)的加工区域的中心；所述刀具(7)的刀尖点在所述B轴回转组件的旋转轴线上。
2.根据权利要求1所述的加工中心：其特征在于，
所述A轴回转组件为驱动叶盘(8)旋转的A轴转台(10)；
所述B轴回转组件包括：固定刀具(7)的附件头(6)和B轴转台(5)；所述B轴转台(5)带动所述附件头(6)做回转运动；
所述C轴回转组件为C轴转台(9)；
所述A轴转台(10)与所述C轴转台(9)可拆卸连接；
所述C轴转台(9)的旋转轴线与水平面垂直，并与所述叶盘(8)的旋转轴线相互垂直。
3.根据权利要求2所述的加工中心，其特征在于，所述A轴转台(10)固定于所述C轴转台(9)顶面；所述A轴转台(10)的中心轴线为所述叶盘(8)的旋转轴线。
4.根据权利要求3所述的加工中心，其特征在于，还包括用于更换刀具(7)的刀具库(2)，所述刀具库(2)与所述附件头(6)同侧。
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