一種利用圓柱坐標三軸聯動機床實現帶榫頭葉片全型面磨削的方法和裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種一端帶緣板和榫頭的葉片的全型面磨削加工方法和裝置，尤其涉及一種利用圓柱坐標三軸聯動機床實現帶榫頭葉片全型面磨削的方法和裝置，屬于葉片機械加工技術領域。
【背景技術】
[0002]目前，具有復雜型面的葉片的榫頭及緣板部分與葉身部分通常采用在具有A軸和B軸的五軸機床上進行銑削加工，且葉身中間部分通常采用具有較高效率的帶圓角立銑刀進行銑削，而緣板和葉身上靠近緣板的部分基本都采用球頭刀進行銑削加工，榫頭部分則通常在緩進磨床上進行成形磨削加工。這種加工方法的加工過程需要換刀，會導致接刀處產生接刀痕跡，不利于提高葉片的工作強度，葉片的榫頭部位在轉移到不同機床上加工時會產生定位誤差。此外，加工這些表面的機床通常需要4到5個運動軸，幾乎不可能采用三軸聯動機床進行加工，這限制了葉片加工成本的降低，而且葉片的幾何尺寸很小，機床的結構尺寸很大，能源和廠房的耗費也非常顯著。
[0003]本專利申請提出一種帶榫頭葉片倒立加工的方法和裝置，可在具有單主軸或多主軸的圓柱坐標三軸聯動機床上實現葉片的榫頭和葉身的全型面磨削或銑削加工，可大幅度降低葉片的制造成本和提高其加工效率。
【發明內容】
[0004]1、發明目的:本發明的目的是提供一種利用圓柱坐標三軸聯動機床實現帶榫頭葉片全型面磨削的方法和裝置，它能實現葉片的全型面高精度、高效率、低成本加工，為葉片的批量生產提供了一條可靠的途徑。
[0005]2、技術方案:
[0006]葉片是一種具有復雜結構的零件，其葉身和榫頭都需要進行高精度加工。以前只有五軸機床才能實現葉片全型面的銑削加工。本發明提出一種只有三軸聯動聯動的機床進行葉片全型面加工的方法。圖1是本發明提出的葉片倒裝、主軸傾斜安裝的圓柱坐標機床三軸聯動聯動磨削加工葉片全型面的原理示意圖。將小直徑砂輪桿和大直徑的母線為圓弧的環面砂輪或環面蝶形砂輪組合而成的盤形砂輪1-2-8安裝在主軸1-2-4上，帶榫頭的葉片倒立地安裝在回轉工作臺組件的一個轉臺2-2上，并盡量使榫頭下部的緣板表面(通常為平坦的錐面)基本垂直于轉臺的軸線；工件可在轉臺2-2的驅動下做間歇或連續的旋轉運動，同時機床還提供主軸沿著轉臺軸線的垂直移動和沿著轉臺徑向的徑向移動，使砂輪能夠相對于葉片做具有三個自由度的數控掃描運動。
[0007]本發明一種利用圓柱坐標三軸機床實現帶榫頭葉片全型面磨削裝置，它主要由三個運動坐標軸構成，即一個回轉軸、兩個直線運動軸，其中一個沿著所述回轉軸的軸向，一個沿著所述回轉軸的半徑方向，三者構成圓柱坐標系，主軸的工作角度可以通過調整獲得。為了提高效率，由于葉片尺寸小，轉臺和主軸也很小，因此可以采用多個該圓柱坐標機床構成矩陣結構，即多個旋轉工作臺構成矩形陣列，同樣數量的主軸也構成與旋轉工作臺矩陣水平間距相同的矩形整列，每個主軸對應于一個旋轉工作臺，每個轉臺上安裝同樣的被加工葉片。
[0008]圖2是一個具有4個主軸和4個轉臺的2 X 2陣列三軸聯動聯動圓柱坐標葉片磨床的結構簡圖，圖中，件I為容納2X2陣列4主軸的傾斜角度可調的主軸箱組件，件2為2X2陣列4動力頭回轉工作臺組件，件3為為Z軸滑臺，件4為X軸滑臺，件5為機床底座。X軸滑臺4和Z軸滑臺3的滑臺底座分別固定在機床底座5上。
[0009]其中，所述的主軸箱組件I如圖3和圖4所示。主軸箱單元I是由連接板1-1和傾斜主軸模塊1-2組成，傾斜主軸模塊1-2以陣列方式安裝在連接板上，每個傾斜主軸模塊傾斜的角度和方向一致。其中傾斜主軸模塊1-2又由支撐板1-2-1、軸套1-2-4、軸套1-2-5、主軸1-2-7和盤形砂輪1-2-8組成，軸套1-2-4和軸套1_2_5通過四個內六角螺釘1_2_6將主軸1-2-7夾緊，兩個支撐板1-2-1通過銷釘1-2-2安裝在兩個軸套的側面，通過改變支撐板1-2-1上的通孔與軸套上螺紋孔的對應關系，可以使主軸1-2-7與Z軸成一定角度α。
[0010]所述回轉工作臺組件2的具體結構如圖5所示，該工作臺陣列由工作臺2-1、回轉臺2-2、夾具2-3組成。工作臺2-1陣列安裝在回轉臺2-2上，回轉臺由同一電機同時通過齒輪傳動系統進行驅動以實現同步轉動，夾具2-3安裝在回轉臺2-2上，葉片2-4以榫頭朝上的方式安裝在夾具2-3上。每個工作臺上方的夾具中可安裝一個葉片2-4，葉片上端的榫頭的下表面為緣板表面，其一般為錐面的一部分，其平均法線方向應與轉臺的軸線方向盡量接近
[0011]所述Z軸滑臺3如圖6所示，它是由滑座3-6、電機3-1、導軌3_3、絲杠3_4和滑臺3-5組成。他們的位置連接關系是電機3-1通過螺釘3-2固定在滑座3-6的一端為滑臺提供動力，兩條導軌3-3固定在滑座3-6上，滑臺3-5通過底部的軌道安裝孔與導軌3-3配合，滑臺3-5可以沿著導軌3-3在Z軸方向滑動，絲杠3-4與電機3-1連接同時穿過滑臺3_5底部與之配對的螺母將電機3-1的驅動轉化為滑臺3-5的位移。
[0012]所述X軸滑臺4如圖7所示，它與Z軸滑臺3的結構、形狀相同，只是滑臺4-5在X軸方向滑動。它是由滑座4-6、電機4-1、導軌4-3、絲杠4-4和滑臺4-5組成。它們的位置連接關系是電機4-1通過螺釘4-2固定在滑座4-6的一端為滑臺提供動力，兩條導軌4-3固定在滑座4-6上，滑臺4-5通過底部的軌道安裝孔與導軌4-3配合，滑臺4-5可以沿著導軌4-3在X軸方向滑動，絲杠4-4與電機4-1連接同時穿過滑臺4-5底部與之配對的螺母將電機4-1的驅動轉化為滑臺4-5的位移。
[0013]本發明提出的圖2所示的一種三軸聯動圓柱坐標機床，回轉工作臺組件2安裝在X軸滑臺3上，一組4個葉片分別安裝在回轉工作臺組件2的4個夾具上同步旋轉并可沿著X軸線做直線運動，具有4個主軸的主軸箱組件I安裝在Z軸滑臺4上做上下直線運動，上述的兩個直線運動和一個回轉運動構成了圓柱坐標運動系統。事實上，這4個主軸分別相對于4個葉片的運動完全相同，即分別構成相同的圓柱坐標運動。當將這種陣列由2X2擴展成NXN矩陣時也具有相同的屬性，當N = 10時可以同時對100個葉片進行加工，可以大幅度提高加工效率。
[0014]該機床工作時，盤形砂輪隨主軸傾斜于葉片安裝，回轉工作臺帶動葉片旋轉并做水平直線運動，每回轉一周可加工一條截形線，砂輪隨著主軸做垂直方向的螺旋運動或間歇運動可以實現對葉片上不同截形的加工。葉片緣板的下表面可以認為是一個曲面，傾斜的砂輪的圓環面上總會存在合適的點與該表面上的任意點和圓角上的任意點保持接觸并實現磨削加工。這樣只要一次安裝就可以完成葉身、根部圓角和緣板的加工。當葉片很長或剛性很差時可以采用低熔點合金在線澆鑄以提高葉片的剛度。加工時先加工葉片的下面部分，然后將加工好的部分利用低熔點合金加固以便逐步繼續加工葉片上面靠近榫頭的部分和榫頭。
[0015]當主軸箱組件重量大時，該機床可以采用龍門布局，也可以采用回轉工作臺軸線，兩個回轉軸軸線呈水平布置的方式，這樣可以克服重力的影響。
[0016]回轉工作臺組件2的運動還可以和Z軸滑臺4的直線運動組成螺旋運動機構，另一個直線運動可以采用主軸箱組件沿著回轉工作臺徑向的運動，這樣可以組成螺旋結構的機床，其優點是所有電機都可以安裝在機床底座上，這樣可以大大提高機床工作加速度。
[0017]其中，多個該裝置可以構成矩陣結構，即多個回轉工作臺構成矩形陣列，同樣數量的主軸也構成水平間距與回轉工作臺中心距相同的矩形陣列，每個主軸對應于一個回轉工作臺以及其上面的一個被加工葉片并對其進行加工。
[0018]綜上所述，本發明是一種利用傾斜主軸的三軸聯動聯動磨削加工葉片全型面的方法，其方法具體步驟如下:
[0019]S1:將葉片2-4以榫頭朝上的方式安裝在數控機床的一個回轉臺2-2上，保證葉片2-4的緣板下表面平均法矢量或中部法矢量方向與回轉工作臺2-2的軸線方向基本一致。
[0020]S2:結合葉片2-4的結構形式，選取合適的其桿徑小于砂輪直徑的盤形砂輪1-2-8安裝在數控機床的主軸1-2-7上，并調整機床主軸1-2-7的軸線與機床的旋轉工作臺2-2