[发明专利]整体叶盘复合数控铣削垂直结构机床

说明书

技术领域

本发明涉及一种整体叶盘数控铣削机床，特别是涉及一种整体叶盘复合数控铣削垂直结构机床。

背景技术

整体叶盘是高推重比、高性能发动机的核心部件，也是航空航天、国防、能源、动力等领域重大装备实现减重、增效和改善性能的关键零件。与传统叶片和轮毂装配结构相比，整体叶盘省去榫头、榫槽及相应的连接件，减轻了重量，提高了推重比，使发动机的工作寿命与安全可靠性得到提升，但由于其结构复杂、通道窄、开敞性差等，使其制造技术属于国际性难题。因此，实现整体叶盘高效、高质量、低成本数控加工是提升国家重大装备制造水平、提高航空发动机工作性能的核心关键技术。

国内在整体叶盘加工方面普遍采用并依赖进口的通用五坐标机床插铣加工，难以满足整体叶盘零件的高效低成本制造要求。尤其在其粗加工阶段，加工过程使用的刀具规格多且刀具磨损严重，导致加工周期长、效率低，成本居高不下。国外新研整体叶盘加工工艺与装备技术对我国实行严密技术封锁。大量国内整体叶盘加工经验表明：现有整体叶盘粗加工装备与工艺技术已经成为整体叶盘工程化批量生产中实现高效、低成本制造的瓶颈问题。资料显示，某新型航空发动机一级风扇整体叶盘的制造，开槽粗加工材料去除量约占90％，使用高精度和高成本的进口通用五坐标加工中心，即使采用先进的插铣工艺技术，开槽粗加工仍需约40～50天时间。加工效率极其低下，已经很难适应国内航空发动机的批量化生产需求，严重制约我国新一代航空发动机技术进步和自主创新，限制我国航空工业跨越式发展和国民经济的可持续发展。因此，开展整体叶盘高效强力复合数控铣削加工工艺及装备技术研究，对实现整体叶盘高效低成本加工，满足批量化生产，非常迫切和需要。

发明内容

为了克服现有通用五坐标机床加工整体叶盘效率低的不足，本发明提供一种整体叶盘复合数控铣削垂直结构机床。该机床将盘铣、插铣和侧铣工艺高度集成，盘铣加工用于大余量的切除，开槽加工；插铣用于扩槽加工，曲面成形；侧铣用于半精加工，除棱清根。其大扭矩、高刚性盘/插铣双动力头结构，可以形成整体叶盘高效强力复合数控铣床，实现一次装夹定位，即可完成整体叶盘的粗加工以及半精加工。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种整体叶盘复合数控铣削垂直结构机床，包括插铣和侧铣装置5、夹具8、旋转工作台9、水平工作台、床身底座17和立柱24，其特点是还包括盘铣装置21。整个机床有四个直线轴，分别是X轴、Y1轴、Y2轴和Z轴。三个旋转轴，分别是A轴、B轴和C轴。Z轴伺服电机1固连在立柱24顶端，Z轴机床滑枕3和Z轴滚珠丝杠螺母副2用螺钉固连在立柱24前端，Z轴机床导轨4直接卡在Z轴机床滑枕3上，插铣和侧铣装置5通过螺钉及Z轴滚珠丝杠螺母副2固连在Z轴机床导轨4上后与Z轴机床滑枕3固连，然后固连在立柱24上。电主轴6通过轴承及支承轴与插铣和侧铣装置5相连接。Y2轴机床滑枕18和Y2轴伺服电机及滚珠丝杠螺母副13通过螺钉紧固在床身底座17上，Y2轴机床导轨14直接卡在Y2轴机床滑枕18上，第二水平工作台15用螺钉固定在Y2轴机床导轨14上，X轴机床滑枕11及X轴伺服电机及滚珠丝杠螺母副16用螺钉固定在第二水平工作台15上，X轴机床导轨12直接卡在X轴机床滑枕11上，第一水平工作台10用螺钉固定在X轴机床导轨12上，旋转工作台9用螺钉紧固在第一水平工作台10上，夹具8固定在旋转工作台9上，整体叶盘7装夹在夹具8上。Y1轴机床滑枕19和Y1轴伺服电机及滚珠丝杠螺母副22用螺钉固定在立柱24左侧，Y1轴机床导轨23直接卡在Y1轴机床滑枕19上，盘铣装置21通过固定板及螺钉固连在Y1轴机床导轨23上，盘铣刀20通过键与铣刀轴固连，铣刀轴与盘铣装置21固连，盘铣刀20与盘铣装置21固连后形成整体。

还包括控制系统，所述控制系统双通道七轴五联动。同时控制X轴、Y2轴、Z轴、B轴和C轴实现盘铣的加工；同时控制X轴、Y2轴、Z轴、A轴和C轴，加上主轴SP的旋转实现插铣、侧铣的加工。

所述X轴、Y1轴、Y2轴和Z轴采用光栅尺构成全闭环位置检测。

所述A轴、C轴采用光电编码器构成全闭环角度检测，采用液压锁紧，实现任意角度定位后的夹紧。

所述B轴采用鼠牙盘啮合定位锁紧，依靠伺服电机上的编码器实现半闭环角度检测。

所述SP电主轴含有内置编码器，通过编码器进行全闭环速度反馈。

所述A轴的旋转角度为-15°～105°。

所述B轴的旋转角度为-90°～90°。

所述C轴的旋转角度为0°～360°。