CN102152132A - 用于大型筒体内壁加工的自推进式机构 - Google Patents
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Abstract
一种数控加工技术领域的用于大型筒体内壁加工的自推进式机构，包括：固定组件、轴向运动组件、移动平台、若干个转动组件、转动平台和若干个执行机构，其中：轴向运动组件与固定组件连接，移动平台分别与轴向运动组件和转动平台连接，若干个转动组件分别与转动平台连接且以圆周阵列均匀分布，若干个执行机构均与移动平台和转动平台固定连接且以圆周阵列均匀分布；本发明能够在大型筒体内部实现多个加工刀头的同步工作，能够形成对称的加工轨迹，完成柱面的内表面高速铣削及其之间的搅拌摩擦焊接等工艺，该机构具有布置空间紧凑、工作范围大、结构刚度高、承载特性好、控制方式容易、操作精度高、加工效率高以及柔性化程度高等特点。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种数控加工技术领域的装置，具体是一种用于大型筒体内壁加工的自推进式机构。
背景技术
超大直径薄壁筒体构件的高效高精度加工是我国航天等领域急需的关键技术。目前，超大直径薄壁筒体构件制造主要采用滚弯成形、化学铣削以及TIG(Tungsten Inert Gas，钨极惰性气体)焊接技术等手段来完成，在纵向、轴向两个方向存在拼接焊缝，使得制造得到的构件结构强度差、尺寸精度低、形状控制困难，并存在较重的化学污染。不同的加工工艺要求也造成了装备整体的体积庞大，结构复杂，并且难以完成他们之间的协调控制。对于大直径薄壁筒体，现有的制造装备更是难以完成其内壁表面的铣削和邻接柱面之间的拼焊工艺。同时，由于不同工序之间使用不同的执行装置，使得装备的加工效率低下，且不同装置更换之间容易引入重定位误差，影响柱面的加工质量。
经过对现有技术文献的检索发现，中国实用新型专利号ZL200920186311.6，名称为“加工大型筒体的镗床”，该装置实现筒体内壁加工，但装备只适用于镗孔，不能实现铣削和焊接工艺，而且精度不高，效率低下。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种用于大型筒体内壁加工的自推进式机构，该机构能够在大型筒体内部实现多个加工刀头的同步工作，能够形成对称的加工轨迹，完成柱面的内表面高速铣削及其之间的搅拌摩擦焊接等工艺，该机构具有布置空间紧凑、工作范围大、结构刚度高、承载特性好、控制方式容易、操作精度高、加工效率高以及柔性化程度高等特点。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：固定组件、轴向运动组件、移动平台、若干个转动组件、转动平台和若干个执行机构，其中：轴向运动组件与固定组件连接，移动平台分别与轴向运动组件和转动平台连接，若干个转动组件分别与转动平台连接且以圆周阵列均匀分布，若干个执行机构均与移动平台和转动平台固定连接且以圆周阵列均匀分布。
所述的固定组件包括：挡板导轨、定位挡板和机座，其中：挡板导轨和定位挡板均与机座固定连接，机座与轴向运动组件连接，定位挡板设置于挡板导轨上且与挡板导轨相适配，筒体插入定位挡板中。
所述的轴向运动组件包括：丝杠系统和若干根运动导轨，其中：丝杠系统和若干根运动导轨均与移动平台和固定组件连接且若干根运动导轨以圆周阵列均匀分布。
所述的丝杠系统中心与筒体的中心重合。
所述的转动组件包括：转动齿轮和转动电机，其中：转动齿轮分别与转动电机和转动平台连接。
所述的转动平台内设有内齿圈且内齿圈与转动组件连接。
所述的执行机构包括：安装平面和加工平台，其中：安装平面分别与转动平台和加工平台连接，加工平台与加工刀头连接。通过更换加工刀头能够实现所需的加工工艺。
执行机构布置在筒体内部的移动平台和转动平台上，若干个执行机构通过轴对称布置能够实现多个加工刀头的同步工作，能够形成对称的加工轨迹。这种对称式分布的工作平台形式，提高了装备的制造加工效率，同时也有助于装备均匀承载，能够提高装备的结构刚度，减小零部件的弹性变形，进一步提高装备的操作精度。
通过驱动电机组件和转动电机在其工作空间内的二维坐标定位和轨迹运动控制，形成了以径向位置、轴向转角以及轴向位置为控制变量的圆柱坐标系型加工空间定位和运动方式。
本发明采用内藏式的布置形式，结构紧凑，空间利用率高；利用多根运动导轨支撑和多齿轮啮合冗余驱动的形式，在增加系统承载能力的同时极大地提高了系统的结构刚度；采用径向位置、轴向转角以及轴向位置的运动控制形式，与具体加工工艺要求相吻合，使得装备控制策略简单，误差传递不敏感以及加工精度高；执行机构采用均匀对称布置的多刀具同时加工的方式，不仅提高了装备的加工效率，同时也使得装备的受载更加均匀，减小零部件的弹性变形和振动，进一步提高系统加工精度，延长使用寿命；执行机构能够安装或更换不同加工装置的方式，能够实现铣削、焊接等加工的一体化；工作空间大，加工柔性好，利用轴向和径向位置的灵活控制，能够实现直径8-12m的大型筒体的高效高精度的铣削、焊接加工等加工。
附图说明
图1为本发明俯视图。
图2为本发明主视图。
图3为运动平台立体示意图1。
图4为运动平台立体示意图2。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例
如图1-图4所示，本实施例包括：固定组件1、轴向运动组件2、移动平台3、若干个转动组件4、转动平台5和若干个执行机构6，其中：轴向运动组件2与固定组件1连接，移动平台3分别与轴向运动组件2和转动平台5连接，若干个转动组件4均与转动平台5连接且以圆周阵列均匀分布，若干个执行机构6分别与移动平台3和转动平台5固定连接且以圆周阵列均匀分布。
所述的固定组件1包括：挡板导轨7、定位挡板8和机座9，其中：挡板导轨7和定位挡板8均与机座9固定连接，机座9与轴向运动组件2连接，定位挡板8设置于挡板导轨7上且与挡板导轨7相适配，筒体18插入定位挡板8中。
所述的轴向运动组件2包括：丝杠系统10和若干根运动导轨11，其中：丝杠系统10和若干根运动导轨11均与移动平台3和固定组件1连接且若干根运动导轨11以圆周阵列均匀分布。
所述的丝杠系统10中心与筒体18的中心重合。
所述的转动组件4包括：转动齿轮12和转动电机13，其中：转动齿轮12分别与转动电机13和转动平台5连接。
所述的转动平台5内设有内齿圈14且内齿圈14与转动组件4连接。
所述的执行机构6包括：安装平面15和加工平台16，其中：安装平面15分别与转动平台5和加工平台16连接，加工平台16与加工刀头17连接。
加工平台16的二维空间坐标定位实现分别通过以下几个环节完成，首先基座的驱动电机带动丝杠系统10的旋转，通过丝杠系统10控制移动平台3的轴向位置，其次转动电机13驱动转动齿轮12的转动，进而通过若干个转动齿轮12与1个内齿圈14的啮合，以冗余驱动的形式控制转动平台5相对于移动平台3的转动角度，然后安装平面15上的加工平台16通过其运动执行机构6实现大型筒体18的内壁加工。采用加工平台16使得装备的整体受载均匀，大部分载荷可由各部分的结构件承受，减小了轴承支撑环节，齿轮啮合传动环节以及丝杠系统10传动环节的侧向载荷以及弯矩载荷，改善了各传动环节的工况，有助于提高系统寿命。转动平台5与移动平台3之间通过转动齿轮12与内齿圈14的啮合，形成冗余驱动形式，使得装备在加工过程中的轴向转矩载荷可由转动电机13均匀承担，在单个电机相同驱动能力的情况下，可进一步增加系统的力矩输出，提高整体装备的承载性能。移动平台3与固定组件1之间通过运动导轨11连接，使得装备在轴向承受的弯矩载荷和在径向承受的力/力矩载荷完全由运动导轨11传递到固定组件1上，进一步提高了装备的结构刚度，减小弹性变形，有利于加工精度的提高。
采用了轴向移动、轴向转动以及径向移动分别独立控制的驱动形式使得装备具有较大的运动范围和工作空间，能够完成直径在8-12m之间的超大筒体18的铣削和焊接工艺。同时，采用各个运动独立控制的方式，能够进一步提高装备的柔性化程度，使其适用于不同直径大小和柱面分割方式的大型筒体18铣削等加工。另外，通过轴向、周向以及径向的分别控制和独立运动，能够使得不同的加工工艺由装备的单一运动来实现，有利于提高装备的控制精度，保证加工质量。
本发明的实施方式不限于上述形式。整个装备的固定组件1能够采用立式布置，也能够采用平行于地面的卧式布置，在具体应用中，能够根据需要确定。
Claims (7)
1.一种用于大型筒体内壁加工的自推进式机构，其特征在于，包括：固定组件、轴向运动组件、移动平台、若干个转动组件、转动平台和若干个执行机构，其中：轴向运动组件与固定组件连接，移动平台分别与轴向运动组件和转动平台连接，若干个转动组件分别与转动平台连接且以圆周阵列均匀分布，若干个执行机构均与移动平台和转动平台固定连接且以圆周阵列均匀分布。
2.根据权利要求1所述的用于大型筒体内壁加工的自推进式机构，其特征是，所述的固定组件包括：挡板导轨、定位挡板和机座，其中：挡板导轨和定位挡板均与机座固定连接，机座与轴向运动组件连接，定位挡板设置于挡板导轨上且与挡板导轨相适配，筒体插入定位挡板中。
3.根据权利要求1所述的用于大型筒体内壁加工的自推进式机构，其特征是，所述的轴向运动组件包括：丝杠系统和若干根运动导轨，其中：丝杠系统和若干根运动导轨均与移动平台和固定组件连接且若干根运动导轨以圆周阵列均匀分布。
4.根据权利要求3所述的用于大型筒体内壁加工的自推进式机构，其特征是，所述的丝杠系统中心与筒体的中心重合。
5.根据权利要求1所述的用于大型筒体内壁加工的自推进式机构，其特征是，所述的转动组件包括：转动齿轮和转动电机，其中：转动齿轮分别与转动电机和转动平台连接。
6.根据权利要求1所述的用于大型筒体内壁加工的自推进式机构，其特征是，所述的转动平台内设有内齿圈且内齿圈与转动组件连接。
7.根据权利要求1所述的用于大型筒体内壁加工的自推进式机构，其特征是，所述的执行机构包括：安装平面和加工平台，其中：安装平面分别与转动平台和加工平台连接，加工平台与加工刀头连接。
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