CN102935610B - 发动机转子整体叶盘叶尖曲面加工装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种发动机转子整体叶盘叶尖曲面加工装置及方法，属于航空技术领域中冷加工技术领域；该装置包括数控立式车床，还包括电主轴磨头装置、冷却装置、变频器和夹具；本发明在不改变数控立车自身功能的前提下，增加了电主轴磨头装置和冷却装置，实现有效控制电主轴和砂轮的加工温度，并使数控立式车床不但可实现车削加工，也可实现曲面磨削加工，节约成本。本发明采用点式磨削方法，使复杂曲面的磨削更加精准、可靠，本发明砂轮制造成本低，修正方法简单可靠。
Description
技术领域
本发明属于航空技术领域中冷加工技术领域，具体涉及一种发动机转子整体叶盘叶尖曲面加工装置及方法。
背景技术
目前我国压气机转子叶片叶尖都为直面或斜面，用现有的设备及现行的加工工艺方法难以实现对压气机转子叶尖曲面的加工要求，为能够实现整体叶盘叶尖曲面加工，必须研究使用新设备或对现有设备改造并研究出新的加工工艺方法、测量方法来满足叶尖曲面加工要求。
压气机转子是发动机的核心部件，整体叶盘结构（即轮盘与叶片整体）中，叶片的叶尖需加工成为曲面结构，因此叶片外径加工具有很大困难，又因为转子叶片叶尖与机匣配合间隙对发动机的性能、安全性等影响较大，因此转子叶片外径加工的质量是必须要解决的关键问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出一种发动机转子整体叶盘叶尖曲面加工装置及方法，以达到降低成本、提高加工精度、有效控制电主轴和砂轮的加工温度的目的。
一种发动机转子整体叶盘叶尖曲面加工装置，包括数控立式车床，还包括电主轴磨头装置、冷却装置、变频器和夹具，其中，
所述的电主轴磨头装置包括电主轴和砂轮，上述砂轮设置于电主轴上，所述的电主轴安装于数控立式车床的刀架上；所述的冷却装置包括冷水箱和水泵，所述的冷水箱设置于数控立式车床的内部，冷水箱的上端设置有水泵，水泵的输出端设置有用于为电主轴磨头装置冷却的出水管；所述的变频器设置于数控立式车床的外部，变频器的输出端连接电主轴磨头装置的电主轴内电动机的输入端；所述的夹具包括轴套、第一基准台、第二基准台、芯轴、压盖和底座，上述底座设置于数控立式车床工作台上，所述的第一基准台、第二基准台分别设置于底座两端，所述的轴套设置于底座上，芯轴固定于底座上，芯轴的上端设置有压盖。
所述的水泵选用不锈钢自吸喷射泵。
所述的轴套通过膨胀钉固定压气机转子组件。
所述的底座通过螺纹或套齿连接芯轴。
所述的电主轴上设置有热电偶，用于监控电主轴的温度。
采用发动机转子整体叶盘叶尖曲面加工装置进行加工的方法，包括以下步骤：
步骤1：将变频器、冷水箱和水泵安装到数控立式车床的相应位置；
步骤2：将电主轴安装到数控立式车的移动刀架上并固紧；将砂轮安装到电主轴上并固紧；
步骤3：根据被加工压气机转子组件叶片叶尖曲面要求，并根据点式磨加工特征绘制砂轮走刀路径；
步骤4：对试验件即单级整体叶盘叶片进行曲面实验磨削，根据被加工零件的材料、加工余量、砂轮的材料确定加工参数，包括砂轮转速、进给量、切深和转子转速，然后将试验件从夹具上拆卸下来；
步骤5：将压气机转子组件安装到夹具上并固紧；并采用吊具将装夹有压气机转子组件的夹具吊装到数控立式车床的工作台上并固紧找正；
步骤6：启动数控立式车床，并对砂轮进行校对；
步骤7：磨削第一级整体叶盘，逐步磨削第一级整体叶盘的全部叶片的叶尖；
步骤8：根据步骤7依次磨削第二至六级整体叶盘，直至达到叶尖的合格尺寸；
步骤9：将磨削合格的压气机转子组件从数控立式车床上吊离；
步骤10：将压气机转子组件及砂轮从数控立式车床移动刀架上分离。
本发明优点：
本发明一种发动机转子整体叶盘叶尖曲面加工装置及方法，本发明在不改变数控立车自身功能的前提下，增加了电主轴磨头装置和冷却装置，实现有效控制电主轴和砂轮的加工温度，并使数控立式车床不但可实现车削加工，也可实现曲面磨削加工，节约成本。本发明采用点式磨削方法，使复杂曲面的磨削更加精准、可靠，本发明砂轮制造成本低，修正方法简单可靠。
附图说明
图1为本发明一种实施例发动机转子整体叶盘叶尖曲面加工整体结构图；
其中，1-数控立式车床；2-电主轴磨头装置；3-冷却装置；4-变频器；5-夹具；
图2为本发明一种实施例发动机转子整体叶盘叶尖曲面加工结构图；
6-电主轴；7-砂轮；8-冷水箱；9-水泵；10-轴套；11-第一基准台；12-第二基准台；13-芯轴；14-压盖；15-底座；
图3为本发明一种实施例发动机转子整体叶盘叶尖曲面加工方法流程图；
图4为本发明一种实施例砂轮走刀路径示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明一种实施例做进一步说明。
为满足叶尖的曲面加工要求，经过对此结构及设计技术条件进行分析、研究，本发明实施例选用了磨削方式对叶尖曲面进行加工，并对数控立式车床进行改造。
如图1所示，一种发动机转子整体叶盘叶尖曲面加工装置，包括数控立式车床1，还包括电主轴磨头装置2、冷却装置3、变频器4和夹具5，本发明实施例中变频器4选用欧姆龙7.5KW变频器，其中，
如图2所示，所述的电主轴磨头装置2包括电主轴6和砂轮7，上述砂轮7设置于电主轴6上，所述的电主轴6安装于数控立式车床1的刀架上；所述的冷却装置3包括冷水箱8和水泵9，本发明实施例中水泵9选用不锈钢自吸喷射泵；所述的冷水箱8设置于数控立式车床1的内部，冷水箱8的上端设置有水泵9，水泵9的输出端设置有用于为电主轴磨头装置2冷却的出水管；所述的变频器4设置于数控立式车床1的外部，变频器4的输出端连接电主轴磨头装置2的电主轴6内电动机的输入端；所述的夹具5包括轴套10、第一基准台11、第二基准台12、芯轴13、压盖14和底座15，上述底座15通过螺栓固定于数控立式车床工作台上，所述的第一基准台11、第二基准台12通过螺栓固定于底座15两端，所述的轴套10所述的设置于底座15上，轴套10通过膨胀钉固定压气机转子组件，芯轴13通过螺纹或套齿固定于底座15上，芯轴13的上端设置有压盖14，压盖14通过螺母固定被加工压气机转子组件。
由数控立式车床1的可编程控制器进行调频控制，变频器4输出频率信号至电主轴6内的电动机以控制电主轴转速，电主轴6上设置有热电偶，结合由数控立式车床1的可编程控制器监控电主轴6的温度。
现有的磨削方式一般有点式磨和成型磨两种形式，本发明实施例中采用点式磨方式。
点式磨的特点是：磨削时接触面小，切削抗力小，产生的切削热也少，适宜于加工刚性差、易变形的零件，或易产生过烧的零件，因转子叶片属于外伸状态，刚性差，采用点式磨方式可有效地减小切削抗力，减少零件变形等特点。
压气机转子组件装夹到立式车床1上后，电主轴6的尺寸保证砂轮7能够切削到每级转子叶片，电主轴6结构及刚性应满足每级加工时主轴不产生变形，此高频电主轴主要特点：精度高，转速高，工作平稳。
通过对主轴的相关参数进行计算机验证，确定了主轴的额定功率、最大电流、额定转速、跳动量等参数。
为了方便测量与加工，采用的加工状态为立式磨削，测量方式和测具也同样采用立式，这样利用底座与夹具连接方式测量每个高度和直径尺寸。
本发明实施例采用专用的NC数控程序模块，完成工件型面的加工，采用曲面点式磨削方式，由于砂轮与工件是点接触，砂轮磨损较快，且砂轮的小圆角不规则，在磨损处形成小直线段，不易发现，需要多次精确测量，对加工过程进行轴向、径向补偿。
点式磨削方式可有效地减小切削抗力，减小零件变形等特点，本发明实施例中，车床改磨床加工后没有砂轮自动修正器，需使用手工进行修正砂轮，待修正成需要的形状，用开发的工件曲线点式磨削程序模块方式加工工件。
如图3所示，采用发动机转子整体叶盘叶尖曲面加工装置进行加工的方法，包括以下步骤：
步骤1：将变频器、冷水箱和水泵安装到数控立式车床的相应位置；
步骤2：将电主轴安装到数控立式车的移动刀架上并固紧；将砂轮安装到电主轴上并固紧；
步骤3：根据被加工压气机转子组件叶片叶尖曲面要求，并根据点式磨加工特征绘制砂轮走刀路径，如图4所示；
步骤4：对试验件即单级整体叶盘叶片进行曲面实验磨削，根据被加工零件的材料、加工余量、砂轮的材料确定加工参数，包括砂轮转速、进给量、切深和转子转速，然后将试验件从夹具上拆卸下来；
本发明实施例中，零件加工余量为0.7～1.2mm，砂轮转速800～1000r/min，进给量约为0.15～0.2mm/r，切深0.05～0.1mm，转子转速30～35r/min。
步骤5：将压气机转子组件安装到夹具上并固紧；并采用吊具将装夹有压气机转子组件的夹具吊装到数控立式车床的工作台上并固紧找正；
步骤6：启动数控立式车床，并对砂轮进行校对；
步骤7：磨削第一级整体叶盘，逐步磨削第一级整体叶盘的全部叶片的叶尖，并采用专用测具及标准件进行测量；
步骤8：根据步骤7依次磨削第二至六级整体叶盘，直至达到叶尖的合格尺寸；
步骤9：将磨削合格的压气机转子组件从数控立式车床上吊离；
步骤10：将压气机转子组件及砂轮从数控立式车床移动刀架上分离。
本发明成功的实现压气机转子叶尖曲面磨削，该技术的使用和发展前景广阔，对未来国内各类新研制发动机复杂型面的磨削加工工具有开创性和指导性的意义。
Claims (6)
1.一种发动机转子整体叶盘叶尖曲面加工装置，包括数控立式车床(1)，其特征在于：还
包括电主轴磨头装置(2)、冷却装置(3)、变频器(4)和夹具(5)，其中，
所述的电主轴磨头装置(2)包括电主轴(6)和砂轮(7)，上述砂轮(7)设置于电主轴(6)上，所述的电主轴(6)安装于数控立式车床(1)的刀架上；所述的冷却装置(3)包括冷水箱(8)和水泵(9)，所述的冷水箱(8)设置于数控立式车床(1)的内部，冷水箱(8)的上端设置有水泵(9)，水泵(9)的输出端设置有用于为电主轴磨头装置(2)冷却的出水管；所述的变频器(4)设置于数控立式车床(1)的外部，变频器(4)的输出端连接电主轴磨头装置(2)的电主轴(6)内电动机的输入端；所述的夹具(5)包括轴套(10)、第一基准台(11)、第二基准台(12)、芯轴(13)、压盖(14)和底座(15)，上述底座(15)设置于数控立式车床工作台上，所述的第一基准台(11)、第二基准台(12)分别设置于底座(15)两端，所述的轴套(10)设置于底座(15)上，芯轴(13)固定于底座(15)上，芯轴(13)的上端设置有压盖(14)。
2.根据权利要求1所述的发动机转子整体叶盘叶尖曲面加工装置，其特征在于：所述的水泵(9)选用不锈钢自吸喷射泵。
3.根据权利要求1所述的发动机转子整体叶盘叶尖曲面加工装置，其特征在于：所述的轴套(10)通过膨胀钉固定压气机转子组件。
4.根据权利要求1所述的发动机转子整体叶盘叶尖曲面加工装置，其特征在于：所述的底座(15)通过螺纹或套齿连接芯轴(13)。
5.根据权利要求1所述的发动机转子整体叶盘叶尖曲面加工装置，其特征在于：所述的电主轴(6)上设置有热电偶，用于监控电主轴(6)的温度。
6.采用权利要求1所述的发动机转子整体叶盘叶尖曲面加工装置进行加工的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：将变频器、冷水箱和水泵安装到数控立式车床的相应位置；
步骤2：将电主轴安装到数控立式车的移动刀架上并固紧；将砂轮安装到电主轴上并固紧；
步骤3：根据被加工压气机转子组件叶片叶尖曲面要求，并根据点式磨加工特征绘制砂轮走刀路径；
步骤4：对试验件即单级整体叶盘叶片进行曲面实验磨削，根据被加工零件的材料、加工余量、砂轮的材料确定加工参数，包括砂轮转速、进给量、切深和转子转速，然后将试验件从夹具上拆卸下来；
步骤5：将压气机转子组件安装到夹具上并固紧；并采用吊具将装夹有压气机转子组件的夹具吊装到数控立式车床的工作台上并固紧找正；
步骤6：启动数控立式车床，并对砂轮进行校对；
步骤7：磨削第一级整体叶盘，逐步磨削第一级整体叶盘的全部叶片的叶尖；
步骤8：根据步骤7依次磨削第二至六级整体叶盘，直至达到叶尖的合格尺寸；
步骤9：将磨削合格的压气机转子组件从数控立式车床上吊离；
步骤10：将砂轮从数控立式车床移动刀架上分离。
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