[发明专利]一种圆周阵列曲面结构同步加工装置

摘要

一种圆周阵列曲面结构同步加工装置，它是由主轴加工单元、径向运动单元、工作台运动单元、双层主轴加工单元和龙门式圆周阵列曲面结构同步加工装置五部分组成；该主轴加工单元安装在径向运动单元的底座上并通过螺栓固定，用于对工件叶轮的叶片曲面进行加工，它沿圆周方向安装多个，每两个主轴加工单元之间圆心角角度为叶片夹角的整数倍；该径向运动单元用于控制安装其上的主轴加工单元沿径向运动，该工作台运动单元安装在径向运动单元的底座上，用于实现叶片的旋转及上下运动；叶片的三个运动在数控系统的控制下，共同实现叶片曲面加工；该双层主轴加工单元用于替换主轴加工单元安装在底座上，能同时加工两层叶轮，提高了此类复杂零件加工效率。

主权项

一种圆周阵列曲面结构同步加工装置，其特征在于：它是由主轴加工单元（1）、径向运动单元（2）、工作台运动单元（3）、双层主轴加工单元（4）和龙门式圆周阵列曲面结构同步加工装置五部分组成；该主轴加工单元（1）安装在径向运动单元（2）的底座（2‑1）上并通过螺栓固定，用于对工件叶轮（3‑17）的叶片曲面进行加工，它沿圆周方向安装复数个，每两个主轴加工单元之间圆心角角度为叶片夹角的整数倍；该径向运动单元(2)，用于控制安装其上的主轴加工单元(1)沿径向运动，该工作台运动单元(3)安装在径向运动单元的底座（2‑1）上，用于实现叶片的旋转及上、下运动；叶片的三个运动在数控系统的控制下，共同实现叶片曲面加工；该双层主轴加工单元用于替换主轴加工单元安装在底座（2‑1）上，能同时加工两层叶轮；所述主轴加工单元（1）用于实施对曲面的加工，它包括10个构件：它们是刀架（1‑1）、主轴导轨（1‑2）、主轴电机支架（1‑3）、Z轴锁紧螺栓（1‑4）、主轴电机（1‑5）、Y轴锁紧螺栓(1‑6)、螺纹爪(1‑7)、主轴滑块(1‑8)、移动板(1‑9)和砂轮(1‑10)；主轴导轨（1‑2）通过螺栓固定在刀架（1‑1）的上平面上，主轴电机支架（1‑3）、移动板(1‑9)和主轴滑块(1‑8)相互连接并一起镶崁在主轴导轨（1‑2）上；砂轮(1‑10)安装在主轴电机（1‑5）的输出轴上，主轴电机（1‑5）通过Y轴锁紧螺栓(1‑6)固定在主轴电机支架（1‑3）上，主轴电机支架（1‑3）安装在移动板（1‑9）上，螺纹爪(1‑7)通过螺钉固定在移动板（1‑9）的下表面；其中，该刀架（1‑1）是扇形平面结构，与底座（2‑1）螺栓连接，上面沿圆直径方向安装两根主轴导轨（1‑2），用于约束移动板（1‑9）径向运动；该主轴导轨（1‑2）是工字形导轨件，通过螺栓固定在刀架（1‑1）的上平面上；该移动板（1‑9）是矩形件，其下部安装的四个主轴滑块（1‑8）与主轴导轨（1‑2）构成滚动导轨，约束其沿着导轨方向滑动；该主轴电机支架（1‑3）是U形的支架结构，安装在移动板（1‑9）上部；该主轴电机（1‑5）安装在该支架左右两侧的板上，该板上有孔和轴，电机能绕轴转动，以便调整角度，然后用Y轴锁紧螺栓(1‑6)锁紧，其规格型号由孔径和电机支架宽度确定；该主轴电机（1‑5）头部安装砂轮（1‑10）用于磨削加工叶片曲面；该螺纹爪(1‑7)是倒T形件，上部有螺纹孔，用于与移动板（1‑9）螺钉连接， 并从刀架（1‑1）的中心槽中穿出，下部有螺纹齿，与平面螺旋盘（2‑5）啮合；该主轴滑块(1‑8)是凹形件，其凹槽与主轴导轨（1‑2）相配；所述径向运动单元（2）用于控制多个主轴加工单元（1）的径向运动，包括6个构件，它们是：底座（2‑1）、大转台电机转子（2‑2）、大转台电机定子（2‑3）、大转台台面轴承（2‑4）、平面螺旋盘（2‑5）和T形槽螺栓及螺母（2‑6）；刀架（1‑1）通过T形槽螺栓及螺母（2‑6）与底座（2‑1）固定，平面螺旋盘（2‑5）与螺纹爪（1‑7）构成平面螺旋运动副，平面螺旋盘（2‑5）通过大转台台面轴承（2‑4）与底座（2‑1）连接，大转台电机定子（2‑3）通过螺钉固定在底座（2‑1）上，大转台电机转子（2‑2）通过螺钉固定在平面螺旋盘（2‑5）下部；其中，该底座（2‑1）是圆柱体中空结构，为本装置的主基体，用于安装、固定其它结构单元；该大转台台面轴承（2‑4）是双环形结构件，其外环安装在底座（2‑1）上，内环固定在平面螺旋盘（2‑5）上，用于支撑平面螺旋盘（2‑5）绕中心转动；该平面螺旋盘（2‑5），是圆盘形阶梯结构，上表面有平面螺纹，与主轴加工单元（1）中的螺纹爪（1‑7）上的螺纹啮合传动，下部是阶梯型结构，通过大转台台面轴承连接在底座（2‑1）上，能绕底座中心轴转动；该大转台电机转子（2‑2）与大转台电机定子（2‑3）一起构成大转台电机，在数控系统控制下驱动平面螺旋盘（2‑5）转动；当平面螺旋盘（2‑5）旋转时，上面与之啮合的螺纹爪（1‑7）在主轴导轨（1‑2）的约束下带动移动板（1‑9）及上面主轴电机（1‑5）径向运动；该T形槽螺栓及螺母是将主轴加工单元（1）中的刀架（1‑1）固定在底座（2‑1）上；所述工作台运动单元（3），用于控制工件叶轮（3‑17）自旋和升降两个运动，包括18个构件，它们是内筒（3‑1）、升降台电机（3‑2）、键（3‑3）、联轴器（3‑4）、滚珠丝杠（3‑5）、深沟球轴承（3‑6）、轴承安装筒（3‑7）、轴承端盖（3‑8）、螺母（3‑9）、工作台支座（3‑10）、工作台滑块（3‑11）、工作台导轨（3‑12）、工作台电机转子（3‑13）、工作台电机定子（3‑14）、工作台台面轴承（3‑15）、工作台（3‑16）、工件叶轮（3‑17）和压紧螺母（3‑18）；内筒（3‑1）与底座（2‑1）螺钉固定，四根工作台导轨（3‑12）用螺钉固定在内筒（3‑1）内部四个平面上，工作台支座（3‑10）外部的四个平面上面安装八个工作台滑块（3‑11），一起镶嵌在工作台导轨（3‑12）上，能一起沿工作台导轨（3‑12）上下滑动；工作台支座（3‑10）通过工作台台面轴承（3‑15）与工作台（3‑16）连接，工作台电机转子（3‑13）固定在工作台（3‑16） 下部，工作台电机定子（3‑14）固定在工作台支座（3‑10）上部；工作台支座（3‑10）下部安装螺母（3‑9）与滚珠丝杠（3‑5）配合构成螺旋副，升降台电机（3‑2）与轴承安装筒（3‑7）用螺栓固定，升降台电机输出轴与滚珠丝杠（3‑5）的末端轴通过键（3‑3）和联轴器（3‑4）连接，二者一起转动；滚珠丝杠（3‑5）通过轴承端盖（3‑8）和两个深沟球轴承（3‑6）固定在轴承安装筒（3‑7）内，轴承安装筒（3‑7）安装在内筒（3‑1）内部；其中，该内筒（3‑1）是圆柱体筒形零件，内部用于安装工作台运动单元的零件，外侧与底座（2‑1）通过法兰盘和螺栓连接；该工作台（3‑16）是台阶轴类类件，其上表面用于安装心轴类夹具，定位装好工件叶轮（3‑17），再用压紧螺母（3‑18）压紧；该台面轴承（3‑15）是双环形结构件，其外环与工作台（3‑16）连接，内环与工作台支座（3‑10）连接，用于支撑工作台（3‑16）在工作台支座（3‑10）上转动；该工作台电机定子（3‑14）与工作台电机转子（3‑13）构成电机，在数控系统控制下驱动工作台（3‑16）绕中心转动；该工作台支座（3‑10）是八棱柱形零件，上部有台阶轴用于安装工作台台面轴承（3‑15），四周八个平面安装工作台滑块（3‑11），底面孔内安装螺母（3‑9）；该工作台导轨（3‑12）是工字型件，它固定在内筒（3‑1）内平面上，与工作台滑块（3‑11）配合，使工作台支座（3‑10）沿导轨方向上下移动并限制其转动；该升降台电机（3‑2）通过联轴器（3‑4）和键（3‑3）与滚珠丝杠（3‑5）相连，由数控系统控制升降台电机转动（3‑2）；该滚珠丝杠（3‑5）下端与升降台电机（3‑2）连接，上端的螺纹与螺母（3‑9）旋合，通过丝杠旋转带动工作台支座（3‑10）上下运动；该轴承安装筒（3‑7）是筒形件，其内部安装一对深沟球轴承（3‑6），限制滚珠丝杠（3‑5）移动，其端面与内筒（3‑1）连接；该轴承端盖（3‑8）是带法兰盘筒形件，用于轴向固定深沟球轴承（3‑6）及滚珠丝杠（3‑5），通过其端面与轴承安装筒（3‑7）连接；该升降台电机（3‑2）、键（3‑30）、联轴器（3‑4）、深沟球轴承（3‑6）、滚珠丝杠（3‑5）螺母（3‑9）、工作台台面轴承（3‑15）分别是限制滚珠丝杠（3‑5）轴向移动，并且使工作台支座（3‑10）上下移动；所述双层主轴加工单元（4），替代主轴加工单元（1）安装在底座（2‑1）上，用于同时加工两层叶轮；包括4个构件，它们是双层电机支架（4‑1）、第二层主轴电机(4‑2)、第一层主轴电机(4‑3)和锁紧螺栓(4‑4)；双层电机支架（4‑1）安装在移动板（1‑9）上，第一层主轴电机(4‑3)固定在双层电机支架（4‑1）下部的孔内，第二层主轴电机(4‑2)固定在双层电 机支架（4‑1）上部的孔内，锁紧螺栓(4‑4)安装在双层电机支架（4‑1）的槽内，其余部分结构与主轴加工单元相同；其中，该双层电机支架（4‑1）是U形的支架结构，上面安装两层主轴电机，分别调整绕Y轴转角后由锁紧螺栓（4‑4）锁紧；该第一层主轴电机（4‑3），与双层电机支架（4‑1）连接，用于加工底层叶轮的叶片；该第二层主轴电机（4‑2），与双层电机支架（4‑1）连接，与第一层主轴电机（4‑3）同步进退，用于加工第二层叶轮的叶片；此结构能同时加工2个叶轮，进一步提高加工效率；该锁紧螺栓（4‑4）的功能是锁紧固定电机；所述龙门式圆周阵列曲面结构同步加工装置，包括主轴加工单元（1）、径向运动单元（2）、工作台运动控制单元（3）和龙门式机床底座（5）四部分；该龙门式机床底座（5）的结构形状是：上部为“门”形结构，下部为圆柱体结构，将工作台运动控制单元（3）安装在龙门式机床底座（5）上部，叶轮悬挂安装于工作台上，径向运动单元（2）安装在龙门式机床底座（5）下部，此结构运动方式与前述相同，但机床结构更加紧凑，适用于加工较小的叶轮。