CN102837045A

CN102837045A - 涡轮转子对称加工用双主轴铣削加工机床

Info

Publication number: CN102837045A
Application number: CN2012102794177A
Authority: CN
Inventors: 赵岩; 李文彬; 刘浩然; 刘彬
Original assignee: Yanshan University
Current assignee: Yanshan University
Priority date: 2012-08-08
Filing date: 2012-08-08
Publication date: 2012-12-26

Abstract

本发明涉及一种单涡轮转子对称加工用双主轴铣削加工机床，包括床身、工件装夹机构和刀具运动机构，其特征是：所述床身的上端面呈水平阶梯面，工件装夹机构包括工作台和置于工作台上的能够作圆周旋转的水平装夹夹具，工件装夹机构的工作台与床身的上端面通过轨道机构滑动连接，且轨道机构限定工件装夹机构沿Y方向滑动；刀具运动机构由对称的设在工作台两侧的两套能够带动刀具沿X方向作上下运动和沿Z方向作水平运动的刀具驱动机构构成。其优点是：本发明中待加工涡轮转子采用专用夹具水平装夹，使两个主轴同时对一个涡轮转子进行对称加工，加工效率高、加工精度高，且节省了一套伺服驱动系统，从而降低了工件的成本。

Description

涡轮转子对称加工用双主轴铣削加工机床

技术领域

本发明属于机床技术领域，涉及一种机床结构，特别是一种用于磁悬浮分子泵中最关键零件硬铝合金整体涡轮转子叶片加工的机床结构。

背景技术

随着社会需求的不断变化，冶金、微电子、化工以及食品等行业很多环节都需要在真空的环境下完成，能获得清洁真空的磁悬浮分子泵则成为获得真空的重要设备之一。硬铝合金整体涡轮转子是磁悬浮分子泵中最关键的零件。

硬铝合金整体涡轮转子有多层叶片，每层叶片的参数也不相同。叶片与叶片之间的间隙很小，只有几毫米，叶片最终铣削成形，不再有其它后续加工。涡轮转子属于高速旋转的回转体零件，这就使叶片加工精度尤其是加工对称性要求比较高。

目前，国内磁悬浮分子泵涡轮转子叶片的加工现状是不太理想的，最突出的问题就是加工效率低，仅铣削叶片这一道工序也需要12小时左右。为提高转子效率，叶片应是具有空间曲面的叶形，但由于磁悬浮分子泵中硬铝合金整体涡轮转子具有空间曲面叶形的加工问题没有解决，只好设计为平面形状，用四轴机床两轴联动加工。这样就会导致工件的加工工时过长，并且由于使用单刀加工时分度误差的存在，所加工涡轮转子的对称性会有所降低。目前用于提高加工效率的措施如提高机床的加工能力、采用高速切削技术、优化加工工艺、优化刀具路径及改进刀具结构等都基于单主轴加工，并没有充分利用硬铝合金整体涡轮转子叶片的对称性结构特点，因此其加工效率的提高有限。当然，对于结构不太复杂的一些空间曲面叶片，也有采用两个主轴同时加工两个工件的情况，但是这种情况对叶片有特殊要求，并不适合本文所提到的涡轮转子叶片的加工。

发明内容

本发明的目的是为了克服涡轮转子叶片加工效率低的问题，根据整体涡轮转子的对称性结构特点，提供一种涡轮转子对称加工用双主轴铣削加工机床。该机床结构中待加工涡轮转子采用专用夹具水平装夹，使两个主轴同时对一个涡轮转子进行对称加工。该发明的双主轴卧式铣削加工机床加工硬铝合金整体涡轮转子叶片的加工效率理论上可提高近一倍，并且由于对称加工而使其加工精度相对提高。在提高加工效率的同时由于共用Y轴而节省了一套伺服驱动系统，与购买两台传统机床相比降低了设备成本，从而降低了工件的成本。

本发明解决涡轮转子加工效率低所采用的技术方案是：

本发明的双主轴卧式铣削加工机床包括床身、工件装夹机构和刀具运动机构，所述床身的上端面呈水平阶梯面，工件装夹机构包括工作台和置于工作台上的能够作圆周旋转的水平装夹夹具，工件装夹机构的工作台与床身的上端面通过轨道机构滑动连接，且轨道机构限定工件装夹机构沿Y方向滑动；刀具运动机构由对称的设在工作台两侧的两套能够带动刀具沿X方向作上下运动和沿Z方向作水平运动的刀具驱动机构构成。

所述水平装夹夹具包括数控转台底座、安装于数控转台底座上数控转台及水平设置于数控转台中心的夹具底座；

所述刀具运动机构的刀具驱动机构包括立柱、设在立柱上能沿X轴垂直上下移动的滑枕及安装在滑枕上能沿Z轴水平移动的主轴箱；

在床身与工作台之间、立柱与滑枕之间及滑枕与主轴箱之间均设有丝杠机构。

本发明的有益效果:

(1) 使硬铝合金整体涡轮转子的加工效率理论上可提高近一倍；

(2) 使其加工精度相对提高。单主轴加工时，分度误差相对较大，使用双主轴加工可使分度误差减小到一半，从而提高涡轮转子的对称度，有利于分子泵的动平衡。同时还能降低噪音，延长寿命，提高分子泵的压缩比；

(3) 在提高加工效率的同时，由于共用Y轴而节省了一套伺服驱动系统，与购买两台传统机床相比降低了设备成本。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；其中1为机床床身；2为工作台；3为数控转台；4为待加工涡轮转子；5、为第一刀具；6、为第一主轴箱；7、为第一滑枕；8、为第一立柱；9为横梁；10、为第二立柱；11、为第二刀具；12、为第二滑枕；13、为第二主轴箱；14为数控转台底座。

图2是本发明的机床对称加工涡轮转子叶片的示意图。图中①工作台带动工件移动方向，②第一刀具移动方向，③第一刀具相对工件合成运动方向，④第二刀具移动方向，⑤第二刀具相对工件合成运动方向。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明。

参照附图1，本发明包括机床床身1、工件装夹机构和刀具运动机构，所述床身1的上端面呈水平阶梯面，该床身的上端面通过轨道机构水平设有一能沿Y方向滑动的工作台2。工件装夹机构包括工作台2、置于工作台上的数控转台底座14、数控转台3及夹具底座，工件装夹机构采用水平装夹方式将待加工涡轮转子4装夹在夹具底座上。刀具运动机构由对称的设在工作台两侧的两套刀具驱动机构构成，刀具驱动机构包括第一立柱8、第二立柱10、设在第一立柱上能沿X轴垂直上下移动的第一滑枕7、设在第二立柱上能沿X轴垂直上下移动的第二滑枕12及安装在第一滑枕上能沿Z轴水平移动的第一主轴箱6、安装在第二滑枕上能沿Z轴水平移动的第二主轴箱13，在第一主轴箱6上安装有第一刀具5，在第二主轴箱13安装有第二刀具11，第一刀具5和第二刀具11在待加工涡轮转子4两侧水平对称布置。在床身1与工作台2之间、第一立柱8与第一滑枕7之间、第二立柱10与第二滑枕12之间、第一滑枕7与第一主轴箱6之间、第二滑枕12与第二主轴箱13之间均设有丝杠机构。两套刀具驱动机构的第一立柱8和第二立柱10之间由横梁9连接。

待加工涡轮转子4通过夹具底座水平装夹在数控转台3上，数控转台底座14固定在工作台2上。第一主轴箱6和第二主轴箱13在工作台2两侧水平对称布置。第一刀具5在第一主轴箱6和第一滑枕7的带动下可以实现X、Z直线坐标轴方向的移动，第二刀具11在第二主轴箱13和第二滑枕12的带动下可以实现X、Z直线坐标轴方向的移动。工作台2可带动涡轮转子4实现Y直线坐标轴方向的移动，数控转台3还可以使涡轮转子4实现旋转坐标轴B方向的转动，实现分度作用。

本发明的工作原理如图2所示，在加工时，第一刀具5和第二刀具11分别在待加工涡轮转子4的两侧沿X轴上下移动，其中共用工作台2沿Y方向的移动，从而实现涡轮转子叶片的对称加工。

本发明的工作过程如下：

在加工硬铝合金整体涡轮转子叶片时，首先装夹待加工涡轮转子，涡轮转子叶片在加工过程中，可以在数控转台3的带动下实现待加工涡轮转子4的旋转；通过第一滑枕7、第二滑枕12沿X轴上下移动，第一刀具5、第二刀具11可以实现X轴方向的移动；主第一轴箱6和第二主轴箱13可以分别在第一滑枕7、第二滑枕12上沿Z轴移动，因此，第一刀具5、第二刀具11可以实现Z轴方向的移动；工作台2可以在床身1上沿Y轴移动，从而待加工涡轮转子4可实现Y轴方向的移动。第一刀具5和第二刀具11分别沿X轴、Z轴方向移动到一定位置，再通过X、Y轴联动使第一刀具5、第二刀具11相对待加工涡轮转子4按照一定的平行四边形路径（a—b—c—d和e—f—g—h）对称加工叶片（如图2所示），其余各层叶片加工原理相同。

Claims

1.一种涡轮转子对称加工用双主轴铣削加工机床，包括床身、工件装夹机构和刀具运动机构，其特征是：所述床身的上端面呈水平阶梯面，工件装夹机构包括工作台和置于工作台上的能够作圆周旋转的水平装夹夹具，工件装夹机构的工作台与床身的上端面通过轨道机构滑动连接，且轨道机构限定工件装夹机构沿Y方向滑动；刀具运动机构由对称的设在工作台两侧的两套能够带动刀具沿X方向作上下运动和沿Z方向作水平运动的刀具驱动机构构成。

2.根据权利要求1所述的涡轮转子对称加工用双主轴铣削加工机床，其特征是：所述水平装夹夹具包括数控转台底座、安装于数控转台底座上数控转台及水平设置于数控转台中心的夹具底座。

3.根据权利要求1或2所述的涡轮转子对称加工用双主轴铣削加工机床，其特征是：所述刀具运动机构的刀具驱动机构包括立柱、设在立柱上能沿X轴垂直上下移动的滑枕及安装在滑枕上能沿Z轴水平移动的主轴箱。

4.根据权利要求3所述的涡轮转子对称加工用双主轴铣削加工机床，其特征是：在第一主轴箱上安装有第一刀具，在第二主轴箱安装有第二刀具，第一刀具和第二刀具在待加工涡轮转子两侧水平对称布置。

5.根据权利要求4所述的涡轮转子对称加工用双主轴铣削加工机床，其特征是：在床身与工作台之间、立柱与滑枕之间及滑枕与主轴箱之间均设有丝杠机构。