[发明专利]一种直升机复合材料桨叶数控加工装置

说明书

技术领域

本发明涉及数控加工装置，特别涉及一种直升机复合材料桨叶数控加工装置。

背景技术

桨叶是直升机的关键部件，其决定了直升机的主要性能。随着直升机使役性能要求的逐渐提高，传统金属、木材等材料的桨叶已无法满足现代直升机的高性能要求。由于复合材料具有高的比强度、比刚度、优异的疲劳性能以及可设计等诸多特点，其已逐渐取代金属、木材等材料成为现代直升机桨叶发展的必然趋势。直升机复合材料桨叶技术在20世纪70年代开始进入型号应用并逐渐趋向成熟。复合材料桨叶的主要优点是其疲劳寿命长，且其设计制造一体化的特性可显著促进桨叶的动力学性能，较理想的满足直升机桨叶的性能要求。

复合材料桨叶制备完成后，为满足其装配及高性能要求，需要对桨叶进行制孔等必要的机械加工，特别是对桨叶的一侧进行切割及铣边加工。为保证桨叶的使用性能，通常采用具有先进气动布局的型面，如非线性几何扭转角分布、平面形状和桨尖外形等，因此其几何外形十分复杂。同时，桨叶为扁状细长型构件，其长度达到4-7米，因此长度方向刚度低，加工过程中桨叶构件易产生振颤或形变，导致加工质量及精度难以保证，特别是批产质量的一致性难以控制。

复合材料优异的使用性能促进了直升机桨叶性能的进步，但是复合材料的导热系数低、各向异性、层间强度低等特点使其成为典型的难加工材料。复合材料基体树脂吸湿后将导致材料的性能下降，因此加工过程中不允许使用切削液。低导热系数导致加工过程中产生的切削热容易积聚在材料内部，导致材料温度较高，且刀具、切屑与基体之间的摩擦热被认为是导致切削热产生的主要原因。当材料温度大于树脂基体的玻璃化温度后，材料的力学性能如弹性模量、刚度等出现急剧下降，直接危及构件的加工质量及使用性能。可以看出，减少切屑在切削区域的累积，提高切削区域的冷却效率，进而有效降低加工温度是复合材料加工装置需要解决的难题之一。同时，复合材料的切屑为粉末状且密度低，极易分散在空气中，对人体健康造成危害，因此加工过程中需对切屑进行有效的收集。

为满足复合材料桨叶的装配及性能要求，所需要的机械加工主要包括切边、侧面铣边及制孔。目前，为保证桨叶的加工质量，桨叶的机械加工大多采用手工作业方式加工，不但效率低，而且加工质量很大程度上依靠工人的技术水平，加工质量一致性较差。国内尚缺乏针对复合材料桨叶的数控加工装置。由于桨叶尺寸大、刚度低、质量要求高，普通加工机床难以满足其加工需求或加工质量难以保证，而大型机床随尺寸的增加，其制造及维护成本成几何量级增加，给机床使用企业造成极大的经济压力。如何同时满足复合材料桨叶的多种加工特征要求以及降低大型装置的成本是桨叶加工装置所需解决的另外一个难题。复合材料桨叶低损伤高效加工装备已经成为直升飞机制造中急需和亟待解决的瓶颈问题。

复合材料桨叶低损伤高效加工装备的研制，为缩短直升飞机的研制周期和批产能力提供了可靠的技术保障，满足了相关企业的生产急需，具有良好的经济和社会效益。

发明内容

本发明要解决的技术问题是是直升机复合材料桨叶加工质量难以保证、加工效率低以及加工成本高昂的问题。

为达到以上目的，通过以下技术方案实现的：

一种直升机复合材料桨叶数控加工装置，其特征在于：包括，用于加工复合材料桨叶的数控加工装置和用于装夹复合材料桨叶的装夹系统；本装置以复合材料桨叶水平延伸方向为X轴方向，竖直垂直于X轴方向为Z轴方向，横向垂直于X轴和Z轴方向为Y轴方向；

此结构的装夹工作为：装夹系统与数控加工装置主体采取左右平行方式布置，具有复杂型面扁长结构的复合材料桨叶为立式安装装夹；

数控加工装置位于装夹装置上端设置有能够沿着装夹装置横向移动的X轴运动系统；X轴运动系统的移动平台上固定有Y轴数控滑台，即Y轴数控滑台滑动台面移动方向为Y轴方向，且Y轴数控滑台移动台面上固定有Z轴数控滑台，即Z轴数控滑台移动台面移动方向为Z轴方向；

Z轴数控滑台的移动台面上固定有双工位动力头；

此结构实现双工位动力头在X、Y和Z轴方向的运动，且由于X轴方向为复合材料桨叶轮廓延伸方向即X轴运动系统的X轴方向运动距离较远，进而X轴运动系统采用由电机驱动齿轮，通过齿轮与机床床身上的齿条啮合实现X轴方向运动，此运动机构中在电机与齿轮之间可配备减速器来增加运动扭矩；Y轴数控滑台和Z轴数控滑台采用伺服电机驱动滑台内部的滚珠丝杠驱动移动台面移动。

双工位动力头包括：摆动支座、旋转轴上支座、转动盘、电主轴夹具和电主轴；