專利名稱：整體葉盤復(fù)合數(shù)控銑削復(fù)合結(jié)構(gòu)機(jī)床的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種整體葉盤數(shù)控銑削機(jī)床，特別是涉及一種整體葉盤復(fù)合數(shù)控銑削復(fù)合結(jié)構(gòu)機(jī)床。
背景技術(shù)：
整體葉盤是高推重比、高性能發(fā)動(dòng)機(jī)的核心部件，也是航空航天、國(guó)防、能源、動(dòng)力等領(lǐng)域重大裝備實(shí)現(xiàn)減重、增效和改善性能的關(guān)鍵零件。與傳統(tǒng)葉片和輪轂裝配結(jié)構(gòu)相比，整體葉盤省去榫頭、榫槽及相應(yīng)的連接件，減輕了重量，提高了推重比，使發(fā)動(dòng)機(jī)的工作壽命與安全可靠性得到提升，但由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、通道窄、開敞性差等，使其制造技術(shù)屬于國(guó)際性難題。因此，實(shí)現(xiàn)整體葉盤高效、高質(zhì)量、低成本數(shù)控加工是提升國(guó)家重大裝備制造水平、提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)工作性能的核心關(guān)鍵技術(shù)。國(guó)內(nèi)在整體葉盤加工方面普遍采用并依賴進(jìn)口的通用五坐標(biāo)機(jī)床插銑加工，難以滿足整體葉盤零件的高效低成本制造要求。尤其在其粗加工階段，加工過(guò)程使用的刀具規(guī)格多且刀具磨損嚴(yán)重，導(dǎo)致加工周期長(zhǎng)、效率低，成本居高不下。國(guó)外新研整體葉盤加工工藝與裝備技術(shù)對(duì)我國(guó)實(shí)行嚴(yán)密技術(shù)封鎖。大量國(guó)內(nèi)整體葉盤加工經(jīng)驗(yàn)表明:現(xiàn)有整體葉盤粗加工裝備與工藝技術(shù)已經(jīng)成為整體葉盤工程化批量生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)高效、低成本制造的瓶頸問(wèn)題。資料顯示，某新型航空發(fā)動(dòng)機(jī)一級(jí)風(fēng)扇整體葉盤的制造，開槽粗加工材料去除量約占90%，使用高精度和高成本的進(jìn)口通用五坐標(biāo)加工中心，即使采用先進(jìn)的插銑工藝技術(shù)，開槽粗加工仍需約40 50天時(shí)間。加工效率極其低下，已經(jīng)很難適應(yīng)國(guó)內(nèi)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的批量化生產(chǎn)需求，嚴(yán)重制約我國(guó)新一代航空發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)進(jìn)步和自主創(chuàng)新，限制我國(guó)航空工業(yè)跨越式發(fā)展和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。因此，開展整體葉盤高效強(qiáng)力復(fù)合數(shù)控銑削加工工藝及裝備技術(shù)研究，對(duì)實(shí)現(xiàn)整體葉盤高效低成本加工，滿足批量化生產(chǎn)，非常迫切和需要。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有通用五坐標(biāo)機(jī)床加工整體葉盤效率低的不足，本發(fā)明提供一種整體葉盤復(fù)合數(shù)控銑削復(fù)合結(jié)構(gòu)機(jī)床。該機(jī)床將盤銑、插銑和側(cè)銑工藝高度集成，盤銑加工用于大余量的切除，開槽加工；插銑用于擴(kuò)槽加工，曲面成形；側(cè)銑用于半精加工，除棱清根。其大扭矩、高剛性盤/插銑雙動(dòng)力頭結(jié)構(gòu)，可以形成整體葉盤高效強(qiáng)力復(fù)合數(shù)控銑床，實(shí)現(xiàn)一次裝夾定位，即可完成整體葉盤的粗加工以及半精加工。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:一種整體葉盤復(fù)合數(shù)控銑削復(fù)合結(jié)構(gòu)機(jī)床，包括插銑和側(cè)銑裝置、夾具6、旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)7、水平工作臺(tái)9、床身底座和立柱1，其特點(diǎn)是還包括盤銑裝置15。機(jī)床整體呈L型結(jié)構(gòu)，有四個(gè)直線軸、三個(gè)旋轉(zhuǎn)軸和一個(gè)電主軸SP0四個(gè)直線軸分別是X軸、Xl軸、Y軸和Z軸，三個(gè)旋轉(zhuǎn)軸分別是A軸、B軸和C軸。插銑和側(cè)銑伺服電機(jī)2為插銑和側(cè)銑裝置提供動(dòng)力。Y軸機(jī)床滑枕13和Y軸伺服電及滾珠絲杠螺母副3用螺釘緊固在床身后底座24上，Y軸機(jī)床導(dǎo)軌12直接卡在Y軸機(jī)床滑枕13上，立柱I用螺釘緊固在Y軸機(jī)床導(dǎo)軌12上。Z軸機(jī)床滑枕21和Z軸伺服電及滾珠絲杠螺母副22用螺釘緊固在立柱I的前端面上，Z軸機(jī)床導(dǎo)軌20直接卡在Z軸機(jī)床滑枕21上，固定橫梁19用螺釘固定在Z軸機(jī)床導(dǎo)軌20上，Xl軸伺服電機(jī)及滾珠絲杠螺母副16和Xl軸機(jī)床滑枕18用螺釘緊固在固定橫梁19的前端，Xl軸機(jī)床導(dǎo)軌17直接卡在Xl軸機(jī)床滑枕18上，盤銑裝置15通過(guò)連接板及螺釘與Xl軸機(jī)床導(dǎo)軌17相連，盤銑刀14通過(guò)鍵與銑刀軸相連，銑刀軸與盤銑裝置15相連，最終將盤銑刀14與盤銑裝置15連接成為一個(gè)整體。在固定橫梁19的右側(cè)用螺釘和支撐軸將電主軸4緊固在固定橫梁19右側(cè)。X軸伺服電機(jī)及滾珠絲杠螺母副8和X軸機(jī)床滑枕11用螺釘固定在床身前底座23上，X軸機(jī)床導(dǎo)軌10直接卡在X軸機(jī)床滑枕11上，水平工作臺(tái)9用螺釘固定在X軸機(jī)床導(dǎo)軌10上，旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)7用螺釘緊固在水平工作臺(tái)9上，夾具6固定在旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)7上，整體葉盤5安裝在夾具6上。還包括控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)雙通道七軸五聯(lián)動(dòng)。同時(shí)控制X軸、Y軸、Z軸、B軸和C軸實(shí)現(xiàn)盤銑的加工；同時(shí)控制X軸、Y軸、Z軸、A軸和C軸，加上主軸SP的旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)插銑、側(cè)銑的加工。所述X軸、Xl軸、Y軸和Z軸采用光柵尺構(gòu)成全閉環(huán)位置檢測(cè)。所述A軸和C軸采用光電編碼器構(gòu)成全閉環(huán)角度檢測(cè)，采用液壓鎖緊，實(shí)現(xiàn)任意角度定位后的夾緊。所述B軸采用鼠牙盤嚙合定位鎖緊，依靠伺服電機(jī)上的編碼器實(shí)現(xiàn)半閉環(huán)角度檢測(cè)。所述SP電主軸含有內(nèi)置編碼器，通過(guò)編碼器進(jìn)行全閉環(huán)速度反饋。所述A軸的旋轉(zhuǎn)角度為-15° 105°。所述B軸的旋轉(zhuǎn)角度為-90° 90°。所述C軸的旋轉(zhuǎn)角度為0° 360°。本發(fā)明的有益效果是:由于該機(jī)床將盤銑、插銑和側(cè)銑工藝高度集成，盤銑加工用于大余量的切除，開槽加工；插銑用于擴(kuò)槽加工，曲面成形；側(cè)銑用于半精加工，除棱清根。其大扭矩、高剛性盤/插銑雙動(dòng)力頭結(jié)構(gòu)，形成了整體葉盤高效強(qiáng)力復(fù)合數(shù)控銑床，實(shí)現(xiàn)一次裝夾定位，即可完成整體葉盤的粗加工以及半精加工。下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說(shuō)明。


圖1是本發(fā)明整體葉盤復(fù)合數(shù)控銑削復(fù)合結(jié)構(gòu)機(jī)床示意圖。圖2是本發(fā)明整體葉盤復(fù)合數(shù)控銑削復(fù)合結(jié)構(gòu)機(jī)床后視圖。圖3是本發(fā)明整體葉盤復(fù)合數(shù)控銑削復(fù)合結(jié)構(gòu)機(jī)床控制系統(tǒng)框圖。圖中，1-立柱；2_插銑和側(cè)銑伺服電機(jī)；3_Y軸伺服電機(jī)及滾珠絲杠螺母副；4_電主軸；5_整體葉盤；6-夾具；7_旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)；8-X軸伺服電機(jī)及滾珠絲杠螺母副；9-水平工作臺(tái)；10-X軸機(jī)床導(dǎo)軌；11_X軸機(jī)床滑枕；12-Y軸機(jī)床導(dǎo)軌；13-Y軸機(jī)床滑枕；14_盤銑刀；15_盤銑裝置；16-X1軸伺服電及滾珠絲杠螺母副；17-X1軸機(jī)床導(dǎo)軌；18-X1軸機(jī)床滑枕；19_固定橫梁；20-Z軸機(jī)床導(dǎo)軌；21-Z軸機(jī)床滑枕；22-Z軸伺服電機(jī)及滾珠絲杠螺母副；23_床身前底座；24_床身后底座。
具體實(shí)施方式
以下實(shí)施例參照?qǐng)D1 3。本發(fā)明整體葉盤復(fù)合數(shù)控銑削復(fù)合結(jié)構(gòu)機(jī)床包括插銑和側(cè)銑裝置、盤銑裝置15、夾具6、旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)7、水平工作臺(tái)9、床身底座和立柱I。機(jī)床整體呈L型結(jié)構(gòu)，有四個(gè)直線軸、三個(gè)旋轉(zhuǎn)軸和一個(gè)電主軸SP。四個(gè)直線軸分別是X軸、Xl軸、Y軸和Z軸，三個(gè)旋轉(zhuǎn)軸分別是A軸、B軸和C軸。插銑和側(cè)銑伺服電機(jī)2為插銑和側(cè)銑裝置提供動(dòng)力。Y軸機(jī)床滑枕13和Y軸伺服電及滾珠絲杠螺母副3用螺釘緊固在床身后底座24上，Y軸機(jī)床導(dǎo)軌12直接卡在Y軸機(jī)床滑枕13上，立柱I用螺釘緊固在Y軸機(jī)床導(dǎo)軌12上。Z軸機(jī)床滑枕21和Z軸伺服電及滾珠絲杠螺母副22用螺釘緊固在立柱I的前端面上，Z軸機(jī)床導(dǎo)軌20直接卡在Z軸機(jī)床滑枕21上，固定橫梁19用螺釘固定在Z軸機(jī)床導(dǎo)軌20上，Xl軸伺服電機(jī)及滾珠絲杠螺母副16和Xl軸機(jī)床滑枕18用螺釘緊固在固定橫梁19的前端，Xl軸機(jī)床導(dǎo)軌17直接卡在Xl軸機(jī)床滑枕18上，盤銑裝置15通過(guò)連接板及螺釘與Xl軸機(jī)床導(dǎo)軌17相連，盤銑刀14通過(guò)鍵與銑刀軸相連，銑刀軸與盤銑裝置15相連，最終將盤銑刀14與盤銑裝置15連接成為一個(gè)整體。在固定橫梁19的右側(cè)用螺釘和支撐軸將電主軸4緊固在固定橫梁19右側(cè)。X軸伺服電機(jī)及滾珠絲杠螺母副8和X軸機(jī)床滑枕11用螺釘固定在床身前底座23上，X軸機(jī)床導(dǎo)軌10直接卡在X軸機(jī)床滑枕11上，水平工作臺(tái)9用螺釘固定在X軸機(jī)床導(dǎo)軌10上，旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)7用螺釘緊固在水平工作臺(tái)9上，夾具6固定在旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)7上，整體葉盤5安裝在夾具6上。本發(fā)明中采用840D數(shù)控系統(tǒng)，雙通道七軸五聯(lián)動(dòng)。同時(shí)控制X軸、Y軸、Z軸、B軸和C軸實(shí)現(xiàn)盤銑的加工；同時(shí)控制X軸、Y軸、Z軸、A軸和C軸，加上電主軸SP的旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)插銑、側(cè)銑的加工。X軸、Xl軸、Y軸和Z軸采用光柵尺構(gòu)成全閉環(huán)位置檢測(cè)；A軸和C軸采用光電編碼器構(gòu)成全閉環(huán)角度檢測(cè)，采用液壓鎖緊，實(shí)現(xiàn)任意角度定位后的夾緊軸采用鼠牙盤嚙合定位鎖緊，依靠伺服電機(jī)上的編碼器實(shí)現(xiàn)半閉環(huán)角度檢測(cè)；A軸的旋轉(zhuǎn)角度為-15° 105°，B軸的旋轉(zhuǎn)角度為-90° 90°，(:軸的旋轉(zhuǎn)角度為0° 360°。SP電主軸內(nèi)置編碼器進(jìn)行全閉環(huán)速度反饋。加工時(shí)，將整體葉盤5裝夾在夾具6上，盤銑裝置15在Xl軸伺服電及滾珠絲杠螺母副16帶動(dòng)下沿Xl軸機(jī)床導(dǎo)軌17從固定橫梁19前端面移動(dòng)至固定橫梁19右側(cè)，并旋轉(zhuǎn)90度，用連接板及螺釘將盤銑裝置15安裝緊固在固定橫梁19的右側(cè)。固定橫梁19在Z軸伺服電機(jī)及滾珠絲杠螺母副22的帶動(dòng)下沿Z軸機(jī)床導(dǎo)軌20上下移動(dòng)至整體葉盤5加工的高度，整體葉盤5在X軸伺服電機(jī)滾珠絲杠螺母副8帶動(dòng)下沿X軸機(jī)床導(dǎo)軌10移動(dòng)至盤銑加工區(qū)域開始盤銑加工，整體葉盤5第一個(gè)通道加工完畢后，整體葉盤5在C軸帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，開始第二個(gè)通道的加工，如此往復(fù)，直至最后一個(gè)通道加工完畢。松開盤銑裝置15，將盤銑裝置15反向旋轉(zhuǎn)90度，沿Xl軸機(jī)床導(dǎo)軌17退回至固定橫梁19的前端面。接著電主軸4在插銑、側(cè)銑伺服電機(jī)2的帶動(dòng)下高速旋轉(zhuǎn)，進(jìn)行整體葉盤5的插銑加工，第一個(gè)通道加工完畢后，整體葉盤5在C軸的帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)一定的角度進(jìn)行第二個(gè)通道的加工，如此往復(fù)，直至最后一個(gè)通道加工完畢。然后繼續(xù)利用電主軸4進(jìn)行整體葉盤5的側(cè)銑加工，步驟類似于插銑，只是側(cè)銑加工余量較小。最后，側(cè)銑加工完畢，卸下整體葉盤5，轉(zhuǎn)至下道工序。本發(fā)明將盤銑、插銑和側(cè)銑工藝高度集成，盤銑加工用于大余量的切除，開槽加工；插銑用于擴(kuò)槽加工，曲面成形；側(cè)銑用于半精加工，除棱清根。自主研發(fā)的大扭矩、高剛性盤/插銑雙動(dòng)力頭結(jié)構(gòu)，形成整體葉盤高效強(qiáng)力復(fù)合數(shù)控銑床，實(shí)現(xiàn)了一次裝夾定位，即可完成整體葉盤的粗、半精加工。機(jī)床的主要性能參數(shù)為:完成加工產(chǎn)品范圍為cp500 I OOOmra機(jī)床MTBF: 15OO 小時(shí)；機(jī)床TK:15000 小時(shí)。銑削主軸最高轉(zhuǎn)速≥8000r/min,扭矩≥900Nm ；盤銑最高轉(zhuǎn)速:250r/min，扭矩≥19000Nm ；快移速度(X/Y/Z軸)≥20m/min ；工作臺(tái)尺寸>C>800mm,承重≥1500kg ;控制軸數(shù):7，工作通道:2，聯(lián)動(dòng)軸數(shù):5。機(jī)床主要行程參數(shù):X軸行程≥2000mm, Xl軸行程> 2400mm, Y軸行程≥2700mm,Z軸行程≥1800mm，A軸行程:-15° 105°，B軸行程:_90° 90°，C軸行程:0° 360。。機(jī)床精度檢測(cè):X/Y/Z:±0.02/1000mm, A/B/C: ±8";重復(fù)定位精度:X/Y/Z:
0.016/1000mm, A/B/C:7"。
權(quán)利要求
1.一種整體葉盤復(fù)合數(shù)控銑削復(fù)合結(jié)構(gòu)機(jī)床，包括插銑和側(cè)銑裝置、夾具(6)、旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)(7)、水平工作臺(tái)(9)、床身底座和立柱(1)，其特征在于還包括盤銑裝置(15);機(jī)床整體呈L型結(jié)構(gòu)，有四個(gè)直線軸、三個(gè)旋轉(zhuǎn)軸和一個(gè)電主軸SP ；四個(gè)直線軸分別是X軸、Xl軸、Y軸和Z軸，三個(gè)旋轉(zhuǎn)軸分別是A軸、B軸和C軸；插銑和側(cè)銑伺服電機(jī)(2)為插銑和側(cè)銑裝置提供動(dòng)力；Y軸機(jī)床滑枕(13)和Y軸伺服電及滾珠絲杠螺母副(3)用螺釘緊固在床身后底座(24)上，Y軸機(jī)床導(dǎo)軌(12 )直接卡在Y軸機(jī)床滑枕(13 )上，立柱(I)用螺釘緊固在Y軸機(jī)床導(dǎo)軌(12)上；Z軸機(jī)床滑枕(21)和Z軸伺服電及滾珠絲杠螺母副(22)用螺釘緊固在立柱(I)的前端面上，Z軸機(jī)床導(dǎo)軌(20)直接卡在Z軸機(jī)床滑枕(21)上，固定橫梁(19)用螺釘固定在Z軸機(jī)床導(dǎo)軌(20)上，Xl軸伺服電機(jī)及滾珠絲杠螺母副(16)和Xl軸機(jī)床滑枕(18)用螺釘緊固在固定橫梁(19)的前端，Xl軸機(jī)床導(dǎo)軌(17)直接卡在Xl軸機(jī)床滑枕(18)上，盤銑裝置(15)通過(guò)連接板及螺釘與Xl軸機(jī)床導(dǎo)軌(17)相連，盤銑刀(14)通過(guò)鍵與銑刀軸相連，銑刀軸與盤銑裝置(15)相連，最終將盤銑刀(14)與盤銑裝置(15)連接成為一個(gè)整體；在固定橫梁(19)的右側(cè)用螺釘和支撐軸將電主軸(4)緊固在固定橫梁(19)右側(cè)；X軸伺服電機(jī)及滾珠絲杠螺母副(8)和X軸機(jī)床滑枕(11)用螺釘固定在床身前底座(23 )上，X軸機(jī)床導(dǎo)軌(10 )直接卡在X軸機(jī)床滑枕(11)上，水平工作臺(tái)(9 )用螺釘固定在X軸機(jī)床導(dǎo)軌(10)上，旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)(7)用螺釘緊固在水平工作臺(tái)(9)上，夾具(6)固定在旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)(7)上，整體葉盤(5)安裝在夾具(6)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的整體葉盤復(fù)合數(shù)控銑削復(fù)合結(jié)構(gòu)機(jī)床，其特征在于:還包括控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)雙通道六軸五聯(lián)動(dòng)；同時(shí)控制X軸、Y軸、Z軸、B軸和C軸實(shí)現(xiàn)盤銑的加工；同時(shí)控制X軸、Y軸、Z軸、A軸和C軸，加上主軸SP的旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)插銑、側(cè)銑的加工。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的整體葉盤復(fù)合數(shù)控銑削復(fù)合結(jié)構(gòu)機(jī)床，其特征在于:所述X軸、Xl軸、Y軸和Z軸采用光柵尺構(gòu)成全閉環(huán)位置檢測(cè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的整體葉盤復(fù)合數(shù)控銑削復(fù)合結(jié)構(gòu)機(jī)床，其特征在于:所述A軸和C軸采用光電編碼器構(gòu)成全閉環(huán)角度檢測(cè)，采用液壓鎖緊，實(shí)現(xiàn)任意角度定位后的夾緊。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的整體葉盤復(fù)合數(shù)控銑削復(fù)合結(jié)構(gòu)機(jī)床，其特征在于:所述B軸采用鼠牙盤嚙合定位鎖緊，依靠伺服電機(jī)上的編碼器實(shí)現(xiàn)半閉環(huán)角度檢測(cè)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的整體葉盤復(fù)合數(shù)控銑削復(fù)合結(jié)構(gòu)機(jī)床，其特征在于:所述SP電主軸含有內(nèi)置編碼器，通過(guò)編碼器進(jìn)行全閉環(huán)速度反饋。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的整體葉盤復(fù)合數(shù)控銑削復(fù)合結(jié)構(gòu)機(jī)床，其特征在于:所述A軸的旋轉(zhuǎn)角度為-15° 105°。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的整體葉盤復(fù)合數(shù)控銑削復(fù)合結(jié)構(gòu)機(jī)床，其特征在于:所述B軸的旋轉(zhuǎn)角度為-90° 90°。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的整體葉盤復(fù)合數(shù)控銑削復(fù)合結(jié)構(gòu)機(jī)床，其特征在于:所述C軸的旋轉(zhuǎn)角度為0° 360°。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種整體葉盤復(fù)合數(shù)控銑削復(fù)合結(jié)構(gòu)機(jī)床，用于解決現(xiàn)有通用五坐標(biāo)機(jī)床加工整體葉盤效率低的技術(shù)問(wèn)題。技術(shù)方案是在插銑和側(cè)銑裝置的基礎(chǔ)上增加了盤銑裝置(15)。由于該機(jī)床將盤銑、插銑和側(cè)銑工藝高度集成，盤銑加工用于大余量的切除，開槽加工；插銑用于擴(kuò)槽加工，曲面成形；側(cè)銑用于半精加工，除棱清根。其大扭矩、高剛性盤/插銑雙動(dòng)力頭結(jié)構(gòu)，形成了整體葉盤高效強(qiáng)力復(fù)合數(shù)控銑床，實(shí)現(xiàn)一次裝夾定位，即可完成整體葉盤的粗加工以及半精加工。
文檔編號(hào)B23Q15/22GK103100744SQ20131004245
公開日2013年5月15日 申請(qǐng)日期2013年2月4日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月4日
發(fā)明者史耀耀, 辛紅敏, 李志山, 趙濤, 張軍鋒 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)