[发明专利]一种圆周阵列曲面结构五轴同步加工装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种圆周阵列曲面结构五轴同步加工装置，它是一种利用同步运动控制机构同时控制多个砂轮、刀具或电极，同步磨削、铣削或电解加工一个零件上的成圆周阵列均布的多个曲面结构，如叶轮上的成圆周阵列均布的多个叶片曲面、或如一组结构相同的多个零件成圆周均布排列的零件的高效加工装置。它可以缩短叶轮、叶片的加工周期1到2个数量级，还可以应用于刀具刃磨或小型大批量生产零件的快速精密加工，具有广阔的应用前景。

背景技术

航空发动机整体叶轮的制造一直是航空发动机研制和生产中的瓶颈难题，目前采用的加工设备基本上都是单主轴五轴叶轮铣削加工中心，这类设备因为只有一只主轴，因此加工叶轮时一次只同时加工一个叶片，一个叶片加工完成后旋转一个叶片夹角再加工第二个叶片，如此反复直至加工完圆周上所有的叶片。叶轮的叶片数量从10-100片不等，因此采用这种加工方法加工周期都非常长，一些大型的整体叶轮的加工周期可多达数百小时。为了解决效率严重低下问题，国外有些机床厂针对一些小型叶轮设计了具有2-4个摇篮机构（双轴转台）的多动力头同步加工机床，可以同时加工1个以上的叶轮，这种方法共用了机床的3个直线运动轴，因此与同样数量的单主轴机床相比，多叶轮同步铣削机床要小得多。但是由于每个摇篮的尺寸都很大，因此这种机床的主轴数量不能太多，否则结构会过于庞大，制造难度也会急剧上升。本发明考虑到整体叶轮的叶片的轴对称性质，认为目前的叶轮加工机床采用的直角坐标方式难以彻底解决叶轮加工的低效率和长周期问题，而采用极坐标或圆柱坐标机床结构则可以同时利用多个相同工具同时加工一个叶轮，这样可以大幅度缩短一个叶轮的加工周期，对于叶轮的快速研制和生产具有特别重大的意义。

发明内容

1、目的：本发明的目的是提供一种圆周阵列曲面结构五轴同步加工装置，它是一种利用一套五轴同步运动机构同时驱动多个主轴电机，以实现多个工具相对于工件做轨迹完全相同但只相对于工件中心的角向位置不同的同步运动，同时对整体叶轮上的多个叶片进行铣削、磨削、抛光、电解或电火花加工的装置，显著缩短整体叶轮等圆周阵列曲面结构零件的生产周期。

2、技术方案：本发明一种圆周阵列曲面结构五轴同步加工装置，如图1所示，它包括5个主要部分，即上螺旋机构01、下螺旋机构02、主轴双摆头机构03、径向同步移动机构04和机架05，它们之间的位置连接关系是：上螺旋机构01安装在机架05的上部横樑正中位置，下螺旋机构02设置在上螺旋机构01下方对心位置并与机架05的中部位置连接，主轴双摆头机构03设置在机架05的中部位置上，径向同步移动机构04相应安装其下；上螺旋机构01、下螺旋机构02、主轴双摆头机构03和径向同步移动机构04都通过机架05安装组合在一起。

所述上螺旋机构01是由电机101、电机座组件102、联轴节103、螺旋机构壳体104、丝杠105、螺母106、上轴承107、轴套108、滚动花键套109、电机定子110、锁紧螺母111、光栅座112、光栅读数头113、光栅刻度盘114、壳体端盖115、下轴承116、电机转子117、滚动花键轴118组成，它们之间的位置连接关系是：电机101的输出轴通过联轴节103与丝杠105连接，可驱动丝杠105旋转；电机座组件102由电机座壳体和安装于其上的轴承与轴承端盖组成，其上的轴承用于支撑丝杠105并限定其轴向和径向位置；其壳体则将电机101的壳体连接于螺旋机构壳体104上、而该螺旋机构壳体104与壳体端盖115向连接，可固定于机架05中部的横梁上。螺母106连接于滚动花键轴118上，二者构成花键轴输出组件；滚动花键套109上；滚动花键套109固定于轴套108中并与电机转子117连接成花键套转子组件，通过轴承107和下轴承116支撑于由螺旋机构壳体104与壳体端盖115组成的壳体组件上，电机定子110则直接固定于由螺旋机构壳体104与壳体端盖115组成的壳体组件上，花键套转子组件可在定子110的驱动下做旋转运动，并进而驱动花键轴输出组件做旋转运动。同时该花键轴输出组件也可在丝杠105的驱动下做轴向运动，从而可获得两个运动自由度，即构成螺旋运动。

所述下螺旋机构02与上螺旋机构01结构、形状相同，只是锁紧螺母111换成内侧铰链托盘119；该内侧铰链托盘119是园盘式结构件，其心部与滚动花键轴118配合连接。