專利名稱：一種圓周陣列曲面結(jié)構(gòu)同步加工裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種圓周陣列曲面結(jié)構(gòu)同步加工裝置，它是一種利用同步運(yùn)動控制機(jī)構(gòu)同時控制多個砂輪，同步磨削加工葉輪上的多個葉片曲面的高效加工裝置?？梢猿杀犊s短葉輪的加工時間，大幅提高加工效率。并且本設(shè)計(jì)還可以應(yīng)用于不規(guī)則齒輪等曲面的加工，具有廣泛的應(yīng)用性。屬于金屬切削加工技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著汽車以及航天工業(yè)的發(fā)展，空間復(fù)雜曲面加工越來越成為加工行業(yè)的重點(diǎn)及難點(diǎn)。例如葉片、整體葉輪、渦輪等各類空間復(fù)雜曲面零件。這類零件大多工作在高溫、高壓。高轉(zhuǎn)速條件下，選用材料多為難切削材料，再加上葉輪、渦輪等為整體結(jié)構(gòu)，帶有幾十至數(shù)百片復(fù)雜型面葉片，其加工一直為制造業(yè)中的難點(diǎn)。目前對葉輪葉片的加工工藝主要是數(shù)控銑削，數(shù)控磨削加工，加工時一次只加工一個葉片，然后旋轉(zhuǎn)一個夾角再加工第二個葉片，直至加工完圓周上所有的葉片。如此方法加工時間較長，效率 較低，尤其是一些大型葉輪的加工，幾百個葉片的葉輪需要連續(xù)加工數(shù)天，嚴(yán)重影響生產(chǎn)和裝配進(jìn)度。

發(fā)明內(nèi)容
1、目的:本發(fā)明的目的是提供一種圓周陣列曲面結(jié)構(gòu)同步加工裝置，它是利用同步運(yùn)動控制機(jī)構(gòu)及其控制下的主軸電機(jī)實(shí)現(xiàn)葉輪等圓周陣列曲面結(jié)構(gòu)的磨削加工裝置，可同時加工葉輪上多個葉片曲面，大大提高葉輪等圓周陣列曲面結(jié)構(gòu)零件的生產(chǎn)效率。2、技術(shù)方案:如圖2所示，本發(fā)明一種圓周陣列曲面結(jié)構(gòu)同步加工裝置，它是由主軸加工單元I (見圖3)、徑向運(yùn)動單元2 (見圖4)、工作臺運(yùn)動單元3 (見圖5)、雙層主軸加工單元4 (見圖6)和龍門式圓周陣列曲面結(jié)構(gòu)同步加工裝置(見圖8、圖9)5部分組成.它們之間的位置連接關(guān)系是:該主軸加工單元I安裝在徑向運(yùn)動單元2的底座2-1或者龍門式機(jī)床底座5的圓周上，并通過螺栓固定，用于對工件葉輪3-17的葉片曲面進(jìn)行加工，它可以沿圓周方向安裝多個，每兩個主軸加工單元之間圓心角角度為葉片夾角的整數(shù)倍。該徑向運(yùn)動單元2，用于控制安裝其上的主軸加工單元I沿徑向運(yùn)動，該工作臺運(yùn)動單元3，安裝在徑向運(yùn)動單元的底座2-1或者龍門式機(jī)床底座5的中心，用于實(shí)現(xiàn)葉片的旋轉(zhuǎn)及上、下運(yùn)動。葉片的三個運(yùn)動在數(shù)控系統(tǒng)的控制下，共同實(shí)現(xiàn)葉片曲面加工。該雙層主軸加工單元(圖6)用于替換主軸加工單元安裝在底座2-1或者龍門式機(jī)床底座5的圓周上，可同時加工兩層葉輪。所述主軸加工單元I用于實(shí)施對曲面的加工，如圖3所示，它包括10個構(gòu)件:它們是刀架1-1、主軸導(dǎo)軌1-2、主軸電機(jī)支架l-3、z軸鎖緊螺栓1-4、主軸電機(jī)1-5、γ軸鎖緊螺栓1-6、螺紋爪1-7、主軸滑塊1-8、移動板1-9和砂輪1-10。它們之間的位置連接關(guān)系是:主軸導(dǎo)軌1-2通過螺栓固定在刀架1-1的上平面上，主軸電機(jī)支架1-3、移動板1-9和主軸滑塊1-8相互連接并一起鑲崁在主軸導(dǎo)軌1-2上；砂輪1-10安裝在主軸電機(jī)1-5的輸出軸上，主軸電機(jī)1-5通過Y軸鎖緊螺栓1-6固定在主軸電機(jī)支架1-3上，主軸電機(jī)支架1-3安裝在移動板1-9上，螺紋爪1-7通過螺釘固定在移動板1-9的下表面。其中，該刀架1-1是扇形平面結(jié)構(gòu)，與底座2-1螺栓連接，上面沿圓直徑方向安裝兩根主軸導(dǎo)軌1-2，用于約束移動板1-9徑向運(yùn)動。該主軸導(dǎo)軌1-2是工字形導(dǎo)軌件，通過螺栓固定在刀架1-1的上平面上；該移動板1-9是矩形件，其下部安裝的四個主軸滑塊1-8與主軸導(dǎo)軌1-2構(gòu)成滾動導(dǎo)軌，可約束其沿著導(dǎo)軌方向滑動。該主軸電機(jī)支架1-3是U形的支架結(jié)構(gòu)，安裝在移動板1-9上部；該主軸電機(jī)1-5安裝在該支架左右兩側(cè)的板上，該板上有孔和軸，電機(jī)可繞軸轉(zhuǎn)動，以便調(diào)整角度，然后用Y軸鎖緊螺栓1-6鎖緊。其規(guī)格型號由孔徑和電機(jī)支架寬度確定；主軸電機(jī)1-5頭部安裝砂輪1-10用于磨削加工葉片曲面，該砂輪是按需選購的市購件。該螺紋爪1-7是倒T形件，上部有螺紋孔，用于與移動板1-9螺釘連接，并從刀架1-1的中心槽中穿出，下部有螺紋齒，可以與平面螺旋盤2-5嚙合。該主軸滑塊1-8是凹形件，其凹槽與主軸導(dǎo)軌1-2相配。該Z軸鎖緊螺栓1-4和Y軸鎖緊螺栓1-6是按需選購的市購件。所述徑向運(yùn)動單元2用于控制多個主軸加工單元I的徑向運(yùn)動，包括6個構(gòu)件，如圖4所示。它們是:底座2-1、大轉(zhuǎn)臺電機(jī)轉(zhuǎn)子2-2、大轉(zhuǎn)臺電機(jī)定子2-3、大轉(zhuǎn)臺臺面軸承
2-4、平面螺旋盤2-5和T形槽螺栓及螺母2-6。它們之間的位置連接關(guān)系是:刀架1-1通過T形槽螺栓及螺母2-6與底座2-1固定，平面螺旋盤2-5與螺紋爪1-7構(gòu)成平面螺旋運(yùn)動畐O，平面螺旋盤2-5通過大轉(zhuǎn)臺臺面軸承2-4與底座2-1連接，大轉(zhuǎn)臺電機(jī)定子2-3通過螺釘固定在底座2-1上，大轉(zhuǎn)臺電機(jī)轉(zhuǎn)子2-2通過螺釘固定在平面螺旋盤2-5下部。其中，該底座2-1是圓柱體中空結(jié)構(gòu)，為本裝置的主基體，用于安裝、固定其它結(jié)構(gòu)單元。該大轉(zhuǎn)臺臺面軸承2-4是雙環(huán)形結(jié)構(gòu)件，其外環(huán)安裝在底座2-1上，內(nèi)環(huán)固定在平面螺旋盤2-5上，用于支撐平面螺旋盤2-5繞中心轉(zhuǎn)動。該平面螺旋盤2-5，是圓盤形階梯結(jié)構(gòu)，上表面有平面螺紋，可與主軸加工單 元I中的螺紋爪1-7上的螺紋嚙合傳動，下部是階梯型結(jié)構(gòu)，通過大轉(zhuǎn)臺臺面軸承連接在底座2-1上,可繞底座中心軸轉(zhuǎn)動。該大轉(zhuǎn)臺電機(jī)轉(zhuǎn)子2-2與大轉(zhuǎn)臺電機(jī)定子2-3 —起構(gòu)成大轉(zhuǎn)臺電機(jī)，在數(shù)控系統(tǒng)控制下驅(qū)動平面螺旋盤2-5轉(zhuǎn)動。當(dāng)平面螺旋盤2-5旋轉(zhuǎn)時，上面與之嚙合的螺紋爪1-7在主軸導(dǎo)軌1-2的約束下可帶動移動板1-9及上面主軸電機(jī)1-5徑向運(yùn)動。該T形槽螺栓及螺母是按需選購的市購件，其功能是將主軸加工單元I中的刀架1-1固定在底座2-1上。所述工作臺運(yùn)動單元3，用于控制工件葉輪3-17自旋和升降兩個運(yùn)動，如圖5所示，包括18個構(gòu)件。它們是內(nèi)筒3-1、升降臺電機(jī)3-2、鍵3-3、聯(lián)軸器3_4、滾珠絲杠3_5、深溝球軸承3-6、軸承安裝筒3-7、軸承端蓋3-8、螺母3-9、工作臺支座3_10、工作臺滑塊3-11、工作臺導(dǎo)軌3-12、工作臺電機(jī)轉(zhuǎn)子3-13、工作臺電機(jī)定子3_14、工作臺臺面軸承
3-15、工作臺3-16、工件葉輪3-17和壓緊螺母3-18;它們之間的位置連接關(guān)系是:內(nèi)筒3_1與底座2-1螺釘固定，四根工作臺導(dǎo)軌3-12用螺釘固定在內(nèi)筒3-1內(nèi)部四個平面上，工作臺支座3-10外部的四個平面上面安裝八個工作臺滑塊3-11，一起鑲嵌在工作臺導(dǎo)軌3-12上，可一起沿工作臺導(dǎo)軌3-12上下滑動。工作臺支座3-10通過工作臺臺面軸承3-15與工作臺3-16連接,工作臺電機(jī)轉(zhuǎn)子3-13固定在工作臺3-16下部,工作臺電機(jī)定子3_14固定在工作臺支座3-10上部。工作臺支座3-10下部安裝螺母3-9與滾珠絲杠3-5配合構(gòu)成螺旋副。升降臺電機(jī)3-2與軸承安裝筒3-7用螺栓固定，升降臺電機(jī)輸出軸與滾珠絲杠3-5的末端軸通過鍵3-3和聯(lián)軸器3-4連接，二者可一起轉(zhuǎn)動。滾珠絲杠3-5通過軸承端蓋3-8和兩個深溝球軸承3-6固定在軸承安裝筒3-7內(nèi)，軸承安裝筒3-7安裝在內(nèi)筒3-1內(nèi)部。其中，該內(nèi)筒3-1是圓柱體筒形零件，內(nèi)部用于安裝工作臺運(yùn)動單元的零件，外側(cè)與底座2-1通過法蘭盤和螺栓連接。該工作臺3-16是臺階軸類類件，其上表面用于安裝心軸類夾具，定位裝好工件葉輪3-17，再用壓緊螺母3-18壓緊。該臺面軸承3-15是雙環(huán)形結(jié)構(gòu)件，其外環(huán)與工作臺3-16連接，內(nèi)環(huán)與工作臺支座3-10連接，用于支撐工作臺3-16在工作臺支座
3-10上轉(zhuǎn)動。該工作臺電機(jī)定子3-14與工作臺電機(jī)轉(zhuǎn)子3-13構(gòu)成電機(jī)，在數(shù)控系統(tǒng)控制下驅(qū)動工作臺3-16繞中心轉(zhuǎn)動。該工作臺支座3-10是八棱柱形零件，上部有臺階軸用于安裝工作臺臺面軸承(3-15)，四周八個平面安裝工作臺滑塊3-11，底面孔內(nèi)安裝螺母3-9 ;該工作臺導(dǎo)軌3-12是工字型件，它固定在內(nèi)筒3-1內(nèi)平面上，與工作臺滑塊3-11配合，使工作臺支座3-10沿導(dǎo)軌方向上下移動并限制其轉(zhuǎn)動。該升降臺電機(jī)3-2通過聯(lián)軸器3-4和鍵3-3與滾珠絲杠3-5相連，由數(shù)控系統(tǒng)控制升降臺電機(jī)轉(zhuǎn)動3-2。該滾珠絲杠3-5下端與升降臺電機(jī)3-2連接，上端的螺紋與螺母3-9旋合，通過絲杠旋轉(zhuǎn)帶動工作臺支座3-10上下運(yùn)動。該軸承安裝筒3-7是筒形件，其內(nèi)部安裝一對深溝球軸承3-6，限制滾珠絲杠3-5移動，其端面與內(nèi)筒3-1連接。該軸承端蓋3-8是帶法蘭盤筒形件，用于軸向固定深溝球軸承3-6及滾珠絲杠3-5，通過其端面與軸承安裝筒3-7連接。該升降臺電機(jī)3-2、鍵3_30、聯(lián)軸器3-4、深溝球軸承3-6、滾珠絲杠3-5螺母3-9、工作臺臺面軸承3_15都是按需選購的市購件，其功能分別是限制滾珠絲杠3-5軸向移動，并且使工作臺支座3-10上下移動。所述雙層主軸加工單元4，替代主軸加工單元I安裝在底座2-1或者龍門式機(jī)床底座5的圓周上，用于同時加工兩層葉輪。如圖6圖7所示，包括4個構(gòu)件，它們是雙層電機(jī)支架4-1，第二層主軸電機(jī)4-2，第一層主軸電機(jī)4-3和鎖緊螺栓4-4 ;它們之間的位置連接關(guān)系是:雙層電機(jī)支架4-1安裝在移動板1-9上，第一層主軸電機(jī)4-3固定在雙層電機(jī)支架
4-1下部的孔內(nèi)，第二層主軸電機(jī)4-2固定在雙層電機(jī)支架4-1上部的孔內(nèi)，鎖緊螺栓4-4安裝在雙層電機(jī)支架4-1的槽內(nèi)。其余部分結(jié)構(gòu)與主軸加工單元相同。其中，該雙層電機(jī)支架4-1是U形的支架結(jié)構(gòu)，上面安裝兩層主軸電機(jī)，分別調(diào)整繞Y軸轉(zhuǎn)角后由鎖緊螺栓4-4鎖緊。該第一層主軸電機(jī)4- 3，與雙層電機(jī)支架4-1連接，用于加工底層葉輪的葉片。該第二層主軸電機(jī)4-2，與雙層電機(jī)支架4-1連接，與第一層主軸電機(jī)4-3同步進(jìn)退，用于加工第二層葉輪的葉片。此結(jié)構(gòu)可同時加工2個葉輪，進(jìn)一步提高加工效率。該鎖緊螺栓4-4是按需選購的市購件，其功能是鎖緊固定電機(jī)。本發(fā)明還可通過多層電機(jī)支架連接疊放多層主軸電機(jī)，在工作臺上安裝多層葉輪，多層同步加工，使生產(chǎn)效率成倍提高。所述龍門式圓周陣列曲面結(jié)構(gòu)同步加工裝置如圖8圖9所示，包括主軸加工單元1，徑向運(yùn)動單元2，工作臺運(yùn)動控制單元3，龍門式機(jī)床底座5四部分。該龍門式機(jī)床底座5的結(jié)構(gòu)形狀是:上部為“門”形結(jié)構(gòu)，下部為圓柱體結(jié)構(gòu)。將工作臺運(yùn)動控制單元3安裝在龍門式機(jī)床底座5上部，葉輪懸掛安裝于工作臺上，徑向運(yùn)動單元2安裝在龍門式機(jī)床底座5下部。此結(jié)構(gòu)運(yùn)動方式與前文所述相同，但機(jī)床結(jié)構(gòu)更加緊湊，適用于加工較小的葉輪。其中，該主軸加工單元I和雙層主軸加工單元4安裝在龍門式機(jī)床底座5的圓周上。其中，該工作臺運(yùn)動單元3安裝在龍門式機(jī)床底座5的中心處。3、優(yōu)點(diǎn)及功效:本發(fā)明一種圓周陣列曲面結(jié)構(gòu)同步加工裝置的優(yōu)點(diǎn)是:可同步加工圓周陣列式曲面結(jié)構(gòu)的葉輪齒輪等工件，大大提高此類零件的加工效率。


圖1是本發(fā)明一種圓周陣列曲面結(jié)構(gòu)同步加工裝置外形圖。圖2是本發(fā)明一種圓周陣列曲面結(jié)構(gòu)同步加工裝置剖視圖。圖3是主軸加工單元結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是徑向運(yùn)動單元結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是工作臺運(yùn)動單元結(jié)構(gòu)示意圖。圖6是雙層主軸加工單元結(jié)構(gòu)示意7是雙層主軸同步加工裝置結(jié)構(gòu)示意8是龍門式圓周陣列曲面結(jié)構(gòu)同步加工裝置剖視9是龍門式圓周陣列曲面結(jié)構(gòu)同步加工裝置結(jié)構(gòu)示意圖標(biāo)號說明:I主軸加工單元；2徑向運(yùn)動單元；3工作臺運(yùn)動單元；4雙層主軸加工單元；5是龍門式機(jī)床底座。1-1是刀架、1-2是主軸導(dǎo)軌、1-3是主軸電機(jī)支架、1-4是Z軸鎖緊螺栓、1-5是主軸電機(jī)、1_6是Y軸鎖緊螺栓、1-7是螺紋爪、1-8是主軸滑塊、1-9是移動板、1-10是砂輪。2-1是底座、2-2是大轉(zhuǎn)臺電機(jī)轉(zhuǎn)子、2-3是大轉(zhuǎn)臺電機(jī)定子、2_4是大轉(zhuǎn)臺臺面軸承、2-5是平面螺旋盤、 2-6是T形槽螺栓及螺母。3-1是內(nèi)筒、3_2是升降臺電機(jī)、3_3是鍵、3_4是聯(lián)軸器、3_5是滾珠絲杠、3_6是深溝球軸承、3-7是軸承安裝筒、3-8是軸承端蓋、3-9是螺母、3-10是工作臺支座、3_11是工作臺滑塊、3-12是工作臺導(dǎo)軌、3-13是工作臺電機(jī)轉(zhuǎn)子、3-14是工作臺電機(jī)定子、3-15是工作臺臺面軸承、3-16是工作臺、3-17是工件葉輪、3-18是壓緊螺母。4-1是雙層電機(jī)支架，4-2是第二層主軸電機(jī)，4-3是第一層主軸電機(jī)，4_4是鎖緊螺栓
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合

本發(fā)明的實(shí)施例。見圖1、圖2、圖3、圖4和圖5，這是根據(jù)本發(fā)明設(shè)計(jì)的一個實(shí)施例，圖1為本發(fā)明一種圓周陣列曲面結(jié)構(gòu)同步加工裝置的外形圖，圖2為本裝置的裝配體剖面視圖，圖3是主軸加工單元結(jié)構(gòu)示意圖，圖4是徑向運(yùn)動單元結(jié)構(gòu)示意圖，圖5是工作臺運(yùn)動單元結(jié)構(gòu)示意圖。三部分單元結(jié)構(gòu)同構(gòu)成本發(fā)明的核心。其中主軸加工單元(I)安裝在徑向運(yùn)動單元(2)的底座(2-1)或者龍門式機(jī)床底座5的圓周上，并通過螺栓固定，用于對工件葉輪(3-17)的葉片曲面進(jìn)行加工，可以沿圓周方向安裝多個，兩個主軸加工單元(I)之間圓心角角度為葉片夾角的整數(shù)倍。徑向運(yùn)動單元(2)，用于控制上面的主軸加工單元(I)沿徑向運(yùn)動，工作臺運(yùn)動單元(2)，安裝在徑向運(yùn)動單元(2)的底座(2-1)或者龍門式機(jī)床底座5的中心，用于實(shí)現(xiàn)工件葉輪(3-17)旋轉(zhuǎn)及上下運(yùn)動。三個運(yùn)動在數(shù)控系統(tǒng)的控制下，共同實(shí)現(xiàn)工件葉輪(3-17)的葉片曲面加工。所述主軸加工單元(I)用于實(shí)施對曲面的加工，如圖3所示包括10個構(gòu)件:刀架(1-1 )、主軸導(dǎo)軌(1-2)、主軸電機(jī)支架(1-3)、Z軸鎖緊螺栓(1-4)、主軸電機(jī)(1-5)、Y軸鎖緊螺栓(1-6)、螺紋爪(1-7)、主軸滑塊(1-8)、移動板(1-9)、砂輪(1-10)。它們之間的位置連接關(guān)系是:主軸導(dǎo)軌(1-2)通過螺栓固定在刀架(1-1)的上平面上，主軸電機(jī)支架(1-3)、移動板(1-9)和主軸滑塊(1-8)相互連接并一起鑲崁在主軸導(dǎo)軌(1-2)上；砂輪(1-10)安裝在主軸電機(jī)(1-5)的輸出軸上，主軸電機(jī)(1-5)通過Y軸鎖緊螺栓(1-6)固定在主軸電機(jī)支架(1-3)上，螺紋爪(1-7)安裝移動板(1-9)下部，并從刀架(1-1)的中心槽內(nèi)穿出。其中刀架(1-1)是扇形平面結(jié)構(gòu)，與底座(2-1)螺栓連接，上面沿圓直徑方向安裝兩根主軸導(dǎo)軌(1-2)，用于約束移動板(1-9)徑向運(yùn)動。移動板(1-9)下部安裝的四個主軸滑塊(1-8)與主軸導(dǎo)軌(1-2)構(gòu)成滾動導(dǎo)軌，可約束其沿著導(dǎo)軌方向滑動。主軸電機(jī)支架(1-3)是U形的支架結(jié)構(gòu)，主軸電機(jī)(1-5)安裝在左右兩側(cè)的板上，該板上有孔和軸，主軸電機(jī)(1-5)可繞軸轉(zhuǎn)動，以便調(diào)整角度，然后用Y軸鎖緊螺栓(1-6)鎖緊。主軸電機(jī)支架(1-3)安裝在移動板(1-9)上部，主軸電機(jī)支架(1-3)下部的軸與移動板(1-9)上的孔配合，可繞軸轉(zhuǎn)動，調(diào)整好主軸電機(jī)(1-5)轉(zhuǎn)角后用Z軸鎖緊螺栓(1-4)鎖緊。主軸電機(jī)(1-5)頭部安裝砂輪(1-10)用于磨削加工葉片曲面。所述徑向運(yùn)動單元(2)用于控制多個主軸加工單元(I)的徑向運(yùn)動，包括6個構(gòu)件，如圖4所示。它們是:底座(2-1)、大轉(zhuǎn)臺電機(jī)轉(zhuǎn)子(2-2)、大轉(zhuǎn)臺電機(jī)定子(2-3)、大轉(zhuǎn)臺臺面軸承(2-4)、平面螺旋盤(2-5)和T形槽螺栓及螺母(2-6)。它們之間的位置連接關(guān)系是:刀架(1-1)通過T形槽螺栓及螺母(2-6)與底座(2-1)固定，平面螺旋盤(2-5)與螺紋爪(1-7)構(gòu)成平面螺旋運(yùn)動副，平面螺旋盤(2-5)通過大轉(zhuǎn)臺臺面軸承(2-4)與底座(2-1)連接，大轉(zhuǎn)臺電機(jī)定子(2-3 )通過螺釘固定在底座(2-1)上，大轉(zhuǎn)臺電機(jī)轉(zhuǎn)子(2-2 )通過螺釘固定在平面螺旋盤(2-5)下部。其中底座(2-1)是圓柱體中空結(jié)構(gòu)，為本裝置的主基體，用于安裝、固定其他結(jié)構(gòu)。大轉(zhuǎn)臺臺面軸承(2-4)外圈裝在底座(2-1)上，內(nèi)圈裝在平面螺旋盤(2-5)上，用于支撐平面螺旋盤(2-5)繞中心轉(zhuǎn)動。平面螺旋盤(2-5)，是圓盤形階梯結(jié)構(gòu)，上表面有平面螺紋，可與主軸加工單元(I)中的螺紋爪(1-7)上的螺紋嚙合傳動，下部是階梯型結(jié)構(gòu)，通過大轉(zhuǎn)臺臺面軸承 連接在底座(2-1)上,可繞底座中心軸轉(zhuǎn)動。大轉(zhuǎn)臺電機(jī)轉(zhuǎn)子(2-2 )與大轉(zhuǎn)臺電機(jī)定子(2-3 ) 一起構(gòu)成大轉(zhuǎn)臺電機(jī)，在數(shù)控系統(tǒng)控制下驅(qū)動平面螺旋盤(2-5)轉(zhuǎn)動。當(dāng)平面螺旋盤(2-5)旋轉(zhuǎn)時，上面與之嚙合的螺紋爪(1-7)在主軸導(dǎo)軌(1-2)的約束下可帶動移動板(1-9)及上面主軸電機(jī)(1-5)徑向運(yùn)動。所述工作臺運(yùn)動單元(3)，用于控制葉輪(3-17)自旋和升降兩個運(yùn)動，如圖5所示，包括18個構(gòu)件。它們是內(nèi)筒(3-1)、升降臺電機(jī)(3-2)、鍵(3-3)、聯(lián)軸器(3-4)、滾珠絲杠(3-5)、深溝球軸承(3-6)、軸承安裝筒(3-7)、軸承端蓋(3-8)、螺母(3-9)、工作臺支座(3-10)、工作臺滑塊(3-11)、工作臺導(dǎo)軌(3-12)、工作臺電機(jī)轉(zhuǎn)子(3-13)、工作臺電機(jī)定子(3-14)、工作臺臺面軸承(3-15)、工作臺(3-16)、工件葉輪(3-17)和壓緊螺母(3-18);它們之間的位置連接關(guān)系是:內(nèi)筒(3-1)與底座(2-1)螺釘固定，四根工作臺導(dǎo)軌(3-12)用螺釘固定在內(nèi)筒(3-1)內(nèi)部四個平面上，工作臺支座(3-10)外部的四個平面上面安裝八個工作臺滑塊(3-11)，一起鑲嵌在工作臺導(dǎo)軌(3-12)上，可一起沿工作臺導(dǎo)軌(3-12)上下滑動。工作臺支座(3-10 )通過工作臺臺面軸承(3-15 )與工作臺(3-16 )連接，工作臺電機(jī)轉(zhuǎn)子(3-13)固定在工作臺(3-16)下部，工作臺電機(jī)定子(3-14)固定在工作臺支座(3-10)上部。工作臺支座(3-10)下部安裝螺母(3-9)與滾珠絲杠(3-5)配合構(gòu)成螺旋副。升降臺電機(jī)(3-2)與軸承安裝筒(3-7)用螺栓固定，電機(jī)輸出軸與滾珠絲杠(3-5)的末端軸通過鍵(3-3 )和聯(lián)軸器(3-4 )連接，二者可一起轉(zhuǎn)動。滾珠絲杠(3-5 )通過軸承端蓋(3-8 )和兩個深溝球軸承(3-6)固定在軸承安裝筒(3-7)內(nèi)，軸承安裝筒(3-7)安裝在內(nèi)筒(3-1)內(nèi)部。其中，內(nèi)筒(3-1)是圓柱體筒形零件，內(nèi)部用于安裝工作臺運(yùn)動單元的零件，外側(cè)與底座(2-1)通過內(nèi)筒端面上的法蘭盤和螺栓連接。工作臺(3-16)，上表面用于安裝心軸類夾具，定位裝好葉輪(3-17)，再用壓緊螺母(3-18)壓緊。工作臺臺面軸承(3-15)外圈與工作臺(3-16)連接，內(nèi)圈與作臺支座(3-10)連接，用于支撐工作臺(3-16)在工作臺支座(3-10)上轉(zhuǎn)動。工作臺電機(jī)定子(3-14)與工作臺電機(jī)轉(zhuǎn)子(3-13)構(gòu)成電機(jī)，在數(shù)控系統(tǒng)控制下驅(qū)動工作臺(3-16)繞中心轉(zhuǎn)動。工作臺支座(3-10)是八棱柱形零件，上部有臺階軸用于安裝工作臺臺面軸承(3-15)，四周八個平面安裝工作臺滑塊(3-11)，底面孔內(nèi)安裝螺母(3-9)工作臺導(dǎo)軌(3-12)固定在內(nèi)筒(3-1)內(nèi)平面上，與工作臺滑塊(3-11)配合，使工作臺支座(3-10 )沿導(dǎo)軌方向上下移動并限制其轉(zhuǎn)動。升降臺電機(jī)(3-2 )通過聯(lián)軸器(3-4 )和鍵(3-3 )與滾珠絲杠(3-5)相連，由數(shù)控系統(tǒng)控制升降臺電機(jī)轉(zhuǎn)動(3-2)。滾珠絲杠(3-5)下端與升降臺電機(jī)(3-2)連接，上端螺紋與螺母(3-9)旋合，通過絲杠旋轉(zhuǎn)帶動工作臺支座(3-10)上下運(yùn)動。軸承安裝筒(3-7)內(nèi)部安裝一對深溝球軸承(3-6)，限制滾珠絲杠(3-5)移動，通過其端面上法蘭盤的與內(nèi)筒(3-1)連接。軸承端蓋(3-8)，用于軸向固定軸承及滾珠絲杠(3-5)，通過其端面與軸承安裝筒(3-7)連接。通過數(shù)控系統(tǒng)控制大轉(zhuǎn)臺電機(jī)(2-2) (2-3)、升降臺電機(jī)(3-2)、工作臺電機(jī)(3-13) (3-14)可實(shí)現(xiàn)多個主軸電機(jī)同時加工一個葉輪上的多個葉片。圖6、圖7是本發(fā)明的第二個實(shí)施例。其中圖6是雙層主軸加工單元結(jié)構(gòu)示意圖。圖7是雙層主軸加工裝置結(jié)構(gòu)示意圖。其中徑向運(yùn)動單元(2)和工作臺運(yùn)動單元(3)與實(shí)施例一相同，只是雙層主軸運(yùn)動單元(4)，替代主軸加工單元(I)安裝在底座(2-1)的圓周上，用于同時加工兩層葉輪。如圖、圖7所示，雙層主軸運(yùn)動單元(4)包括4個構(gòu)件。它們是雙層電機(jī)支架(4-1)，第二層主軸電機(jī)(4-2)，第一層主軸電機(jī)(4-3)和鎖緊螺栓(4-4)；它們之間的位置連接關(guān)系是:雙層電機(jī)支架(4-1)安裝在移動板(1-9)上，第一層主軸電機(jī)(4-3)固定在雙層電機(jī)支架(4-1)下部的孔內(nèi)，第二層主軸電機(jī)(4-2)固定在雙層電機(jī)支架(4-1)上部的孔內(nèi)，鎖緊螺栓(4-4)安裝在雙層電機(jī)支架(4-1)的槽內(nèi)。其余部分結(jié)構(gòu)與主軸加工單元相同。其中，雙層電機(jī)支架(4-1)上面安裝兩層主軸電機(jī)，分別調(diào)整繞Y軸轉(zhuǎn)角后由鎖緊螺栓(4-4)鎖緊。第一層主軸電機(jī)(4-3)，與雙層電機(jī)支架(4-1)連接，用于加工底層葉輪的葉片。第二層主軸電機(jī)(4-2)，與雙層電機(jī)支架(4-1)連接，與第一層主軸電機(jī)(4-3)同步進(jìn)退，用于加工第二層葉輪的葉片。此結(jié)構(gòu)可同時加工2個葉輪，進(jìn)一步提高加工效率。本發(fā)明還可通過多層電機(jī)支架連接疊放多層主軸電機(jī)，在工作臺上安裝多層葉輪，多層同步加工，使生產(chǎn)效率成倍提高。圖8、圖9是本發(fā)明的第三個實(shí)施例。其中圖8是龍門式圓周陣列曲面結(jié)構(gòu)加工裝置剖視圖，圖9是龍門式圓周陣列曲面結(jié)構(gòu)加工裝置結(jié)構(gòu)示意圖。該裝置與前面所述的圓周陣列曲面加工裝置運(yùn)動方式相同，但工作臺運(yùn)動控制單元結(jié)構(gòu)安裝在龍門式機(jī)床底座
(5)的龍門架上，結(jié)構(gòu)更加緊湊，使機(jī)床 占地面積更小，適用于加工尺寸較小的葉輪。圖示的實(shí)施例是為了說明發(fā)明的本質(zhì)和其應(yīng)用而選擇的。發(fā)明的范圍由所附加的權(quán)利要求的范圍定義。
權(quán)利要求
1.一種圓周陣列曲面結(jié)構(gòu)同步加工裝置，其特征在于:它是由主軸加工單元(I)、徑向運(yùn)動單元(2)、工作臺運(yùn)動單元(3)、雙層主軸加工單元(4)和龍門式圓周陣列曲面結(jié)構(gòu)同步加工裝置五部分組成；該主軸加工單元(I)安裝在徑向運(yùn)動單元(2)的底座(2-1)上并通過螺栓固定，用于對工件葉輪(3-17)的葉片曲面進(jìn)行加工，它沿圓周方向安裝復(fù)數(shù)個，每兩個主軸加工單元之間圓心角角度為葉片夾角的整數(shù)倍；該徑向運(yùn)動單元(2)，用于控制安裝其上的主軸加工單元(I)沿徑向運(yùn)動，該工作臺運(yùn)動單元(3)安裝在徑向運(yùn)動單元的底座(2-1)上，用于實(shí)現(xiàn)葉片的旋轉(zhuǎn)及上、下運(yùn)動；葉片的三個運(yùn)動在數(shù)控系統(tǒng)的控制下，共同實(shí)現(xiàn)葉片曲面加工；該雙層主軸加工單元用于替換主軸加工單元安裝在底座(2-1)上，能同時加工兩層葉輪； 所述主軸加工單元(I)用于實(shí)施對曲面的加工，它包括10個構(gòu)件:它們是刀架(1-1)、主軸導(dǎo)軌(1-2)、主軸電機(jī)支架(1-3)、Z軸鎖緊螺栓(1-4)、主軸電機(jī)(1-5)、Y軸鎖緊螺栓(1-6)、螺紋爪(1-7)、主軸滑塊(1-8)、移動板(1-9)和砂輪(1-10);主軸導(dǎo)軌(1_2)通過螺栓固定在刀架(1-1)的上平面上，主軸電機(jī)支架(1-3)、移動板(1-9)和主軸滑塊(1-8)相互連接并一起鑲崁在 主軸導(dǎo)軌(1-2)上；砂輪(1-10)安裝在主軸電機(jī)(1-5)的輸出軸上，主軸電機(jī)(1-5)通過Y軸鎖緊螺栓(1-6)固定在主軸電機(jī)支架(1-3)上，主軸電機(jī)支架(1-3)安裝在移動板(1-9)上，螺紋爪(1-7)通過螺釘固定在移動板(1-9)的下表面；其中，該刀架(1-1)是扇形平面結(jié)構(gòu)，與底座(2-1)螺栓連接，上面沿圓直徑方向安裝兩根主軸導(dǎo)軌(1-2)，用于約束移動板(1-9)徑向運(yùn)動；該主軸導(dǎo)軌(1-2)是工字形導(dǎo)軌件，通過螺栓固定在刀架(1-1)的上平面上；該移動板(1-9)是矩形件，其下部安裝的四個主軸滑塊(1-8)與主軸導(dǎo)軌(1-2)構(gòu)成滾動導(dǎo)軌，約束其沿著導(dǎo)軌方向滑動；該主軸電機(jī)支架(1-3)是U形的支架結(jié)構(gòu)，安裝在移動板(1-9)上部；該主軸電機(jī)(1-5)安裝在該支架左右兩側(cè)的板上，該板上有孔和軸，電機(jī)能繞軸轉(zhuǎn)動，以便調(diào)整角度，然后用Y軸鎖緊螺栓(1-6)鎖緊，其規(guī)格型號由孔徑和電機(jī)支架寬度確定；該主軸電機(jī)(1-5)頭部安裝砂輪(1-10)用于磨削加工葉片曲面；該螺紋爪(1-7)是倒T形件，上部有螺紋孔，用于與移動板(1-9)螺釘連接，并從刀架(1-1)的中心槽中穿出，下部有螺紋齒，與平面螺旋盤(2-5)嚙合；該主軸滑塊(1-8)是凹形件，其凹槽與主軸導(dǎo)軌(1-2)相配； 所述徑向運(yùn)動單元(2)用于控制多個主軸加工單元(I)的徑向運(yùn)動，包括6個構(gòu)件，它們是:底座(2-1)、大轉(zhuǎn)臺電機(jī)轉(zhuǎn)子(2-2)、大轉(zhuǎn)臺電機(jī)定子(2-3)、大轉(zhuǎn)臺臺面軸承(2-4)、平面螺旋盤(2-5)和T形槽螺栓及螺母(2-6);刀架(1-1)通過T形槽螺栓及螺母(2-6)與底座(2-1)固定，平面螺旋盤(2-5)與螺紋爪(1-7)構(gòu)成平面螺旋運(yùn)動副，平面螺旋盤(2-5)通過大轉(zhuǎn)臺臺面軸承(2-4)與底座(2-1)連接，大轉(zhuǎn)臺電機(jī)定子(2-3)通過螺釘固定在底座(2-1)上，大轉(zhuǎn)臺電機(jī)轉(zhuǎn)子(2-2)通過螺釘固定在平面螺旋盤(2-5)下部；其中，該底座(2-1)是圓柱體中空結(jié)構(gòu)，為本裝置的主基體，用于安裝、固定其它結(jié)構(gòu)單元；該大轉(zhuǎn)臺臺面軸承(2-4)是雙環(huán)形結(jié)構(gòu)件，其外環(huán)安裝在底座(2-1)上，內(nèi)環(huán)固定在平面螺旋盤(2-5)上，用于支撐平面螺旋盤(2-5)繞中心轉(zhuǎn)動；該平面螺旋盤(2-5)，是圓盤形階梯結(jié)構(gòu)，上表面有平面螺紋，與主軸加工單元(I)中的螺紋爪(1-7)上的螺紋嚙合傳動，下部是階梯型結(jié)構(gòu)，通過大轉(zhuǎn)臺臺面軸承連接在底座(2-1)上,能繞底座中心軸轉(zhuǎn)動；該大轉(zhuǎn)臺電機(jī)轉(zhuǎn)子(2-2)與大轉(zhuǎn)臺電機(jī)定子(2-3) —起構(gòu)成大轉(zhuǎn)臺電機(jī)，在數(shù)控系統(tǒng)控制下驅(qū)動平面螺旋盤(2-5)轉(zhuǎn)動；當(dāng)平面螺旋盤(2-5)旋轉(zhuǎn)時，上面與之嚙合的螺紋爪(1-7)在主軸導(dǎo)軌(1-2)的約束下帶動移動板(1-9)及上面主軸電機(jī)(1-5)徑向運(yùn)動；該T形槽螺栓及螺母是將主軸加工單元(I)中的刀架(1-1)固定在底座(2-1)上； 所述工作臺運(yùn)動單元(3)，用于控制工件葉輪(3-17)自旋和升降兩個運(yùn)動，包括18個構(gòu)件，它們是內(nèi)筒(3-1)、升降臺電機(jī)(3-2 )、鍵(3-3 )、聯(lián)軸器(3-4 )、滾珠絲杠(3_5 )、深溝球軸承(3-6)、軸承安裝筒(3-7)、軸承端蓋(3-8)、螺母(3-9)、工作臺支座(3-10)、工作臺滑塊(3-11)、工作臺導(dǎo)軌(3-12)、工作臺電機(jī)轉(zhuǎn)子(3-13)、工作臺電機(jī)定子(3-14)、工作臺臺面軸承(3-15)、工作臺(3-16)、工件葉輪(3-17)和壓緊螺母(3_18);內(nèi)筒(3_1)與底座(2-1)螺釘固定，四根工作臺導(dǎo)軌(3-12)用螺釘固定在內(nèi)筒(3-1)內(nèi)部四個平面上，工作臺支座(3-10)外部的四個平面上面安裝八個工作臺滑塊(3-11)，一起鑲嵌在工作臺導(dǎo)軌(3-12)上，能一起沿工作臺導(dǎo)軌(3-12)上下滑動；工作臺支座(3-10)通過工作臺臺面軸承(3-15)與工作臺(3-16)連接，工作臺電機(jī)轉(zhuǎn)子(3-13)固定在工作臺(3-16)下部，工作臺電機(jī)定子(3-14)固定在工作臺支座(3-10)上部；工作臺支座(3-10)下部安裝螺母(3-9)與滾珠絲杠(3-5)配合構(gòu)成螺旋副，升降臺電機(jī)(3-2)與軸承安裝筒(3-7)用螺栓固定，升降臺電機(jī)輸出軸與滾珠絲杠(3-5)的末端軸通過鍵(3-3)和聯(lián)軸器(3-4)連接，二者一起轉(zhuǎn)動；滾珠絲杠(3-5 )通過軸承端蓋(3-8 )和兩個深溝球軸承(3-6 )固定在軸承安裝筒(3-7 )內(nèi)，軸承安裝筒(3-7)安裝在內(nèi)筒(3-1)內(nèi)部；其中，該內(nèi)筒(3-1)是圓柱體筒形零件，內(nèi)部用于安裝工作臺運(yùn)動單元的零件，外側(cè)與底座(2-1)通過法蘭盤和螺栓連接；該工作臺(3-16)是臺階軸類類件，其上表面用于安裝心軸類夾具，定位裝好工件葉輪(3-17)，再用壓緊螺母(3-18)壓緊；該臺面軸承(3-15)是雙環(huán)形結(jié)構(gòu)件，其外環(huán)與工作臺(3-16)連接，內(nèi)環(huán)與工作臺支座(3-10)連接，用于支撐工作臺(3-16)在工作臺支座(3-10)上轉(zhuǎn)動；該工作臺電機(jī)定子(3-14)與工作臺電機(jī)轉(zhuǎn)子(3-13 )構(gòu)成電機(jī)，在數(shù)控系統(tǒng)控制下驅(qū)動工作臺(3-16 )繞中心轉(zhuǎn)動；該工作臺支座(3-10)是八棱柱形零件，上部有臺階軸用于安裝工作臺臺面軸承(3-15)，四周八個平面安裝工作臺滑塊(3-11)，底面孔內(nèi)安裝螺母(3-9);該工作臺導(dǎo)軌(3-12)是工字型件，它固定在內(nèi)筒(3-1)內(nèi)平面上，與工作臺滑塊(3-11)配合，使工作臺支座(3-10)沿導(dǎo)軌方向上下移 動并限制其轉(zhuǎn)動；該升降臺電機(jī)(3-2)通過聯(lián)軸器(3-4)和鍵(3-3)與滾珠絲杠(3-5)相連，由數(shù)控系統(tǒng)控制升降臺電機(jī)轉(zhuǎn)動(3-2);該滾珠絲杠(3-5)下端與升降臺電機(jī)(3-2)連接，上端的螺紋與螺母(3-9)旋合，通過絲杠旋轉(zhuǎn)帶動工作臺支座(3-10)上下運(yùn)動；該軸承安裝筒(3-7)是筒形件，其內(nèi)部安裝一對深溝球軸承(3-6)，限制滾珠絲杠(3-5 )移動，其端面與內(nèi)筒(3-1)連接；該軸承端蓋(3-8 )是帶法蘭盤筒形件，用于軸向固定深溝球軸承(3-6)及滾珠絲杠(3-5)，通過其端面與軸承安裝筒(3-7)連接；該升降臺電機(jī)(3-2 )、鍵(3-30 )、聯(lián)軸器(3-4 )、深溝球軸承(3-6 )、滾珠絲杠(3-5 )螺母(3-9 )、工作臺臺面軸承(3-15)分別是限制滾珠絲杠(3-5)軸向移動，并且使工作臺支座(3-10)上下移動； 所述雙層主軸加工單元(4)，替代主軸加工單元(I)安裝在底座(2-1)上，用于同時加工兩層葉輪；包括4個構(gòu)件，它們是雙層電機(jī)支架(4-1)、第二層主軸電機(jī)(4-2)、第一層主軸電機(jī)(4-3)和鎖緊螺栓(4-4);雙層電機(jī)支架(4-1)安裝在移動板(1-9)上，第一層主軸電機(jī)(4-3)固定在雙層電機(jī)支架(4-1)下部的孔內(nèi)，第二層主軸電機(jī)(4-2)固定在雙層電機(jī)支架(4-1)上部的孔內(nèi)，鎖緊螺栓(4-4)安裝在雙層電機(jī)支架(4-1)的槽內(nèi)，其余部分結(jié)構(gòu)與主軸加工單元相同；其中，該雙層電機(jī)支架(4-1)是U形的支架結(jié)構(gòu)，上面安裝兩層主軸電機(jī)，分別調(diào)整繞Y軸轉(zhuǎn)角后由鎖緊螺栓(4-4)鎖緊；該第一層主軸電機(jī)(4-3)，與雙層電機(jī)支架(4-1)連接，用于加工底層葉輪的葉片；該第二層主軸電機(jī)(4-2)，與雙層電機(jī)支架(4-1)連接，與第一層主軸電機(jī)(4-3)同步進(jìn)退，用于加工第二層葉輪的葉片；此結(jié)構(gòu)能同時加工2個葉輪，進(jìn)一步提高加工效率；該鎖緊螺栓(4-4)的功能是鎖緊固定電機(jī)； 所述龍門式圓周陣列曲面結(jié)構(gòu)同步加工裝置，包括主軸加工單元(I)、徑向運(yùn)動單元(2)、工作臺運(yùn)動控制單元(3)和龍門式機(jī)床底座(5)四部分；該龍門式機(jī)床底座(5)的結(jié)構(gòu)形狀是:上部為“門”形結(jié)構(gòu)，下部為圓柱體結(jié)構(gòu)，將工作臺運(yùn)動控制單元(3)安裝在龍門式機(jī)床底座(5)上部，葉輪懸掛安裝于工作臺上，徑向運(yùn)動單元(2)安裝在龍門式機(jī)床底座(5)下部，此結(jié)構(gòu)運(yùn)動方式與前述相同，但機(jī)床結(jié)構(gòu)更加緊湊，適用于加工較小的葉輪。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種圓周陣列曲面結(jié)構(gòu)同步加工裝置，其特征在于:該主軸加工單元(I)和雙層主軸加工單元(4)安裝在龍門式機(jī)床底座(5)的圓周上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種圓周陣列曲面結(jié)構(gòu)同步加工裝置，其特征在于:該工作臺運(yùn)動單元(3)安裝在龍門式機(jī)床底座(5)的中心處。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種圓周陣列曲面結(jié)構(gòu)同步加工裝置，其特征在于:通過多層電機(jī)支架連接疊放多層主軸電機(jī)，在工作臺上安裝多層葉輪，多層同步加工，使生產(chǎn)效率成倍提高。
全文摘要
一種圓周陣列曲面結(jié)構(gòu)同步加工裝置，它是由主軸加工單元、徑向運(yùn)動單元、工作臺運(yùn)動單元、雙層主軸加工單元和龍門式圓周陣列曲面結(jié)構(gòu)同步加工裝置五部分組成；該主軸加工單元安裝在徑向運(yùn)動單元的底座上并通過螺栓固定，用于對工件葉輪的葉片曲面進(jìn)行加工，它沿圓周方向安裝多個，每兩個主軸加工單元之間圓心角角度為葉片夾角的整數(shù)倍；該徑向運(yùn)動單元用于控制安裝其上的主軸加工單元沿徑向運(yùn)動，該工作臺運(yùn)動單元安裝在徑向運(yùn)動單元的底座上，用于實(shí)現(xiàn)葉片的旋轉(zhuǎn)及上下運(yùn)動；葉片的三個運(yùn)動在數(shù)控系統(tǒng)的控制下，共同實(shí)現(xiàn)葉片曲面加工；該雙層主軸加工單元用于替換主軸加工單元安裝在底座上，能同時加工兩層葉輪，提高了此類復(fù)雜零件加工效率。
文檔編號B24B47/12GK103223634SQ20131015236
公開日2013年7月31日 申請日期2013年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月27日
發(fā)明者陳志同, 陳宇飛 申請人:北京航空航天大學(xué)