CN103612185B - 七轴联动数控砂带磨抛机床 - Google Patents

七轴联动数控砂带磨抛机床 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种七轴联动数控砂带磨抛机床，主要解决了解决现有技术中存在的立式六轴联动砂带磨抛方法无法稳定去除曲面上不均匀余量问题并且易产生过欠切加工的问题。该七轴联动数控砂带磨抛机床包括用以固定叶片零件的回转夹具和顶尖，还包括水平床身、立柱，带动立柱实现Y向直线运动的Y向运动装置，带动立柱实现Z向直线运动的Z向运动装置，用以固定顶尖并带动顶尖实现X向直线运动的X向运动装置，用以固定回转夹具并带动回转夹具实现360度回转运动的B向回转驱动装置，以及安装在水平床身上与立柱对应位置处的磨抛装置。通过上述方案，本发明达到了实施方便，性价比较高且精准度较高的目的，具有很高的实用价值和推广价值。

Description

七轴联动数控砂带磨抛机床
技术领域
本发明涉及一种磨抛机床，具体地说，是涉及一种适用于航空发动机、燃气轮机、汽轮机等叶片类曲面加工的七轴联动数控砂带磨抛机床。
背景技术
叶片作为航空发动机、燃汽轮机、蒸汽轮机等动力能源装置的关键核心零件，对整机的工作性能具有决定性作用，其型面的制造精度和表面粗糙度对整个能源转换装置的性能和效率都有着至关重要的影响。现今，绝大多数叶片的型面是复杂空间曲面，其几何数据是根据流体力学原理经过复杂计算、分析及试验修正而得到的自由曲面，这些曲面不仅加工难度大，而且加工效率较低，制造成本较高，故而，如何高效率地制造出最佳几何精度和表面粗糙度的叶片型面对于提高各类能源动力装置的效率具有重要的意义。
目前，我国大多数企业仍采用人工手持叶片在砂轮或者砂带机上进行手工打磨与抛光，该种方式效率十分低下，且精度较为有限；国内外主要有针对叶片类复杂曲面进行六轴联动数控砂带磨床设备和适用于自由曲面的磨削装置等，但这些设备涉及机床结构均采用传统立式加工机床结构并在立柱上设计垂直悬空的B/C轴双摆动磨头以悬臂梁方式进行X/Y/Z/A/B/C六轴联动方式磨削抛光叶片工件，具有多个缺点：
1、叶片磨抛过程中垂直悬空的磨头B轴往复来回摆动会导致磨头重量分力对叶片磨削区的接触压力产生难以控制的复杂非线性动态变化影响，易引起加工过切或欠切问题；
2、六轴联动砂带磨抛方式无法稳定去除曲面上不均匀余量问题，如精锻叶片边缘的不均匀厚度余量；
3、立式机床方式的立柱上布置磨头的方式使得磨头以悬臂梁方式支撑，将严重影响其机床刚性，无法适应大余量叶片毛坯的大吃刀量粗磨材料去除；
4、立式机床方式的立柱较高使得磨头的吊装与拆卸工艺复杂，耗时较长，不利于磨床的安装及后续维护，更换砂带也不便，较不经济。
发明内容
本发明的目的在于提供一种七轴联动数控砂带磨抛机床，主要解决现有技术中存在的立式六轴联动砂带磨抛方法无法稳定去除曲面上不均匀余量问题并且易产生过欠切加工的问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
七轴联动数控砂带磨抛机床，包括用以固定叶片零件的回转夹具和顶尖，还包括水平床身，安装在水平床身上的立柱，安装在水平床身上、带动立柱实现Y向直线运动的Y向运动装置，安装在水平床身上、带动立柱实现Z向直线运动的Z向运动装置，安装在立柱上、用以固定顶尖并带动顶尖实现X向直线运动的X向运动装置，安装在立柱上、用以固定回转夹具并带动回转夹具实现360度回转运动的B向回转驱动装置，以及安装在水平床身上与立柱对应位置处的磨抛装置，所述磨抛装置包括磨头支架和安装在磨头支架上、用以对叶片零件进行磨抛处理的磨削机构，采用卧式方式安装在水平床身上、带动磨头支架实现A向回转运动的A向回转机构，安装在磨头支架上、带动磨削机构实现C向摆动的C向运动装置，安装在磨头支架上、带动磨削机构实现N向运动的N向运动装置。
具体地说，所述Y向运动装置包括沿Y向设置于水平床身上的导轨，设置在导轨上的立柱Y向滑台，以及安装于水平床身上、带动立柱Y向滑台沿导轨运动的Y轴伺服电机，所述立柱安装于立柱Y向滑台上。
所述Z向运动装置包括设置于立柱Y向滑台与立柱之间的Z向导轨，安装于立柱Y向滑台上、驱动立柱沿Z向导轨运动的Z轴伺服电机。
所述X向运动装置包括垂直安装于立柱上与磨抛装置相对一侧的X轴导轨，通过滑块安装于X轴导轨上的X向升降滑板，安装于立柱上，带动X向升降滑板沿X轴导轨运动的X轴伺服电机，所述顶尖安装于X向升降滑板上。
所述B向回转驱动装置包括安装于立柱上与X向升降滑板相对位置处的B轴回转驱动机构，安装在B轴回转驱动机构内的蜗轮蜗杆，以及驱动涡轮蜗杆实现360度回转运动的B轴伺服电机，所述回转夹具与蜗轮蜗杆相连。
所述A向回转机构包括安装于水平床身上与立柱相对位置处的圆弧导轨，安装于水平床身上的回转支撑轴，安装于回转支撑轴上的A轴被动齿盘，与A轴被动齿盘啮合的A轴主动齿轮，以及安装在水平床身上、驱动A轴主动齿轮旋转并驱动与之啮合的A轴被动齿盘围绕回转支撑轴运动的A轴伺服电机，所述磨头支架安装于A轴被动齿盘上。
所述磨削机构包括安装于磨头支架上的磨头支撑板，通过磨头电机安装板安装于磨头支撑板上的磨头主轴电机，均安装于磨头支撑板上的T型磨轮支撑和两组以上过渡轮、张紧轮，所述T型磨轮支撑上设置有过渡轮、张紧轮和接触轮，绕该T型磨轮支撑上的过渡轮、张紧轮和接触轮环绕安装有砂带，所述磨头主轴电机上设置有与安装该砂带的张紧轮啮合的驱动轮。
所述C向运动装置包括安装于磨头支架上的C轴主动齿轮，与C轴主动齿轮啮合的扇形齿盘，驱动C轴主动齿轮带动扇形齿盘摆动的C轴伺服电机，安装在磨头支架内的空心轴，安装固定于空心轴两端的磨头回转架，所述扇形齿盘通过平键与空心轴连接，空心轴通过轴承安装于磨头支架顶端。
所述N向运动装置包括N轴伺服电机，安装在空心轴内的N轴滚珠丝杆，安装于N轴滚珠丝杆上、且连接有推板的N轴丝杆螺母，以及一端与推板连接、另一端穿过空心轴与T型磨轮支撑以抱箍方式锁紧连接的轴，所述N轴伺服电机通过法兰方式安装于磨头回转架固定在空心轴的一端上，且该N轴伺服电机通过N向联轴器与N轴滚珠丝杆连接。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明通过对七个自由度的精确联动控制，实现了任意复杂曲面的磨削抛光，确保了在大扭曲的曲面在砂带磨抛过程中砂带与工件接触压力稳定，消除了磨头重力分力的干扰，并能完全实现非均匀余量的叶片型面及边缘的材料定量可控去除，从而进一步提高叶片尺寸精度和表面质量。
(2)本发明实现了叶片制造过程的一致性，磨抛加工效率高、加工成本低、磨头装置安装位置合理、维护简单、更换砂带方便。
附图说明
图1为本发明的七轴联动砂带A向、X向、Y向、N向磨抛原理示意图。
图2为本发明的七轴联动砂带C向磨抛原理示意图。
图3为本发明的七轴联动砂带Z向、B向磨抛原理示意图。
图4为本发明的主视图。
图5为图4的侧视图。
图6为图4的俯视图。
图7为水平床身的俯视图。
图8为立柱的主视图。
上述附图中，附图标记对应的部件名称如下：
1-叶片零件，2-水平床身，3-A轴伺服电机，4-A轴主动齿轮，5-磨头支架，6-C轴伺服电机，7-C轴主动齿轮，8-扇形齿盘，9-N轴伺服电机，10-N轴滚珠丝杆，11-N轴丝杆螺母，12-张紧轮，13-磨头主轴电机，14-砂带，15-推板，16-轴，17-空心轴，18-轴承，19-T型磨轮支撑，20-接触轮，21-X轴伺服电机，22-立柱，23-B轴回转驱动机构，24-Z轴伺服电机，25-Y轴伺服电机，26-Y轴滚珠丝杆支座，27-Y轴滚珠丝杆，28-立柱Y向滑台，31-X轴导轨，32-X向联轴器，33-磨头电机安装板，34-X向升降滑板，35-磨头支撑板，36-磨头回转架，37-B轴伺服电机，40-A轴被动齿盘，41-圆弧导轨，43-回转支撑轴，44-导轨滑块，45-Y向联轴器，46-N向联轴器，47-回转夹具，48-顶尖，49-导轨，50-X向滚珠丝杆，51-X向丝杆座，52-X向螺母，53-Z向导轨。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。
如图1、图2与图3及图4、图5、图8所示，叶片零件1安装于回转夹具47和顶尖48之间，回转夹具47安装在B轴回转驱动机构23上，顶尖安装在X向升降滑板上，B轴伺服电机37驱动B轴回转机构内的蜗轮蜗杆带动回转夹具实现360°回转运动。X向升降滑板通过滑块安装在立柱22上垂直布置的两根X轴导轨31上，具体地说，X轴伺服电机与X向滚珠丝杆50相连，该X向滚珠丝杆安装于X向丝杆座51上，并通过X向螺母52与滑块相接，使用时，X轴伺服电机21通过X向联轴器32驱动X向螺母52带动顶尖实现X向直线运动。
如图4、图5与图7所示，立柱22安装在立柱Y向滑台28上面布置的Z向导轨53上，并通过Z轴伺服电机24驱动实现Z向直线运动；整个立柱滑台安装在水平床身2上的导轨49上，在Y轴伺服电机25的驱动下实现Y向直线运动。与X向运动装置相同，Z轴伺服电机亦通过Z轴滚珠丝杆、Z轴滚珠丝杆螺母等实现驱动，Y轴伺服电机通过设置于Y轴滚珠丝杆支座26上的Y轴滚珠丝杆27、Y轴滚珠丝杆螺母、Y向联轴器45等实现驱动。
如图4所示，磨头主轴电机13通过磨头电机安装板33与磨头支撑板35连接固定，磨头支撑板35上安装有多组过渡轮和张紧轮12，砂带14磨具环绕安装在由T型磨轮支撑19上构成的接触轮20和过渡轮及张紧轮12上，并由磨头主轴电机13上的驱动轮进行驱动实现高速运动，从而使得涂敷在砂带上的磨粒与叶片零件1表面进行摩擦接触并产生去除其曲面材料的磨削抛光加工主运动。
如图6所示，在水平床身2上安装有圆弧导轨41和并列布置的两个Y向导轨49，圆弧导轨41上设置有导轨滑块44，在回转支撑轴43上安装有A轴被动齿盘40，A轴伺服电机3驱动A轴主动齿轮4旋转，并驱动与之啮合的A轴被动齿盘盘40围绕回转支撑轴43运动，同时安装在A轴被动齿盘盘上的磨头支架5带动整个磨头支架装置实现A向回转运动。
如图4和图6所示，安装在磨头支架上的C轴伺服电机6驱动C轴主动齿轮7带动扇形齿盘8摆动，扇形齿盘8通过平键与空心轴17连接，空心轴17通过轴承18安装在磨头支架5顶端的铰链轴孔之中，磨头回转架36安装固定在空心轴17两端，从而实现磨头围绕空心轴17轴心线的C向摆动运动。
如图4所示，在磨头回转架36固定在空心轴17的一端通过法兰方式安装有N轴伺服电机9，其通过N向联轴器46与安装在空心轴17之中的N轴滚珠丝杆10联接，驱动N轴滚珠丝杠上的N轴丝杆螺母11进行直线运动，N轴丝杆螺母11上连接有推板15，推板15另一端与轴16联接，轴16穿过空心轴17与T形磨轮支撑19以抱箍方式锁紧联接，从而实现N轴伺服电机对磨轮的N向运动驱动。
在应用时，通过更换粗、细砂带和硬、软接触轮方式便可实现对叶片曲面的粗精加工的工艺灵活切换，实现叶片类零件的粗精加工。
按照上述实施例，便可很好地实现本发明。

Claims (9)

1.七轴联动数控砂带磨抛机床，包括用以固定叶片零件（1）的回转夹具（47）和顶尖（48），其特征在于，还包括水平床身（2），安装在水平床身（2）上的立柱（22），安装在水平床身（2）上、带动立柱（22）实现Y向直线运动的Y向运动装置，安装在水平床身（2）上、带动立柱（22）实现Z向直线运动的Z向运动装置，安装在立柱（22）上、用以固定顶尖（48）并带动顶尖（48）实现X向直线运动的X向运动装置，安装在立柱（22）上、用以固定回转夹具（47）并带动回转夹具实现360度回转运动的B向回转驱动装置，以及安装在水平床身（2）上与立柱（22）对应位置处的磨抛装置，所述磨抛装置包括磨头支架（5）和安装在磨头支架上、用以对叶片零件（1）进行磨抛处理的磨削机构，安装在水平床身（2）上、带动磨头支架（5）实现A向回转运动的A向回转机构，安装在磨头支架上、带动磨削机构实现C向摆动的C向运动装置，安装在磨头支架上、带动磨削机构实现N向运动的N向运动装置。
2.根据权利要求1所述的七轴联动数控砂带磨抛机床，其特征在于，所述Y向运动装置包括沿Y向设置于水平床身（2）上的导轨（49），设置在导轨（49）上的立柱Y向滑台（28），以及安装于水平床身（2）上、带动立柱Y向滑台（28）沿导轨（49）运动的Y轴伺服电机（25），所述立柱（22）安装于立柱Y向滑台（28）上。
3.根据权利要求2所述的七轴联动数控砂带磨抛机床，其特征在于，所述Z向运动装置包括设置于立柱Y向滑台（28）与立柱（22）之间的Z向导轨（53），安装于立柱Y向滑台（28）上、驱动立柱（22）沿Z向导轨（53）运动的Z轴伺服电机（24）。
4.根据权利要求3所述的七轴联动数控砂带磨抛机床，其特征在于，所述X向运动装置包括垂直安装于立柱（22）上与磨抛装置相对一侧的X轴导轨（31），通过滑块安装于X轴导轨（31）上的X向升降滑板（34 ），安装于立柱（22）上，带动X向升降滑板（34）沿X轴导轨（31）运动的X轴伺服电机（21），所述顶尖（48）安装于X向升降滑板上。
5.根据权利要求4所述的七轴联动数控砂带磨抛机床，其特征在于，所述B向回转驱动装置包括安装于立柱（22）上与X向升降滑板相对位置处的B轴回转驱动机构（23），安装在B轴回转驱动机构（23）内的蜗轮蜗杆，以及驱动蜗轮蜗杆实现360度回转运动的B轴伺服电机（37），所述回转夹具（47）与蜗轮蜗杆相连。
6.根据权利要求1所述的七轴联动数控砂带磨抛机床，其特征在于，所述A向回转机构包括安装于水平床身（2）上与立柱（22）相对位置处的圆弧导轨（41），安装于水平床身（2）上的回转支撑轴（43），安装于回转支撑轴（43）上的A轴被动齿盘（40），与A轴被动齿盘（40）啮合的A轴主动齿轮（4），以及安装在水平床身（2）上、驱动A轴主动齿轮（4）旋转并驱动与之啮合的A轴被动齿盘（40）围绕回转支撑轴（43）运动的A轴伺服电机（3），所述磨头支架安装于A轴被动齿盘（40）上。
7.根据权利要求6所述的七轴联动数控砂带磨抛机床，其特征在于，所述磨削机构包括安装于磨头支架上的磨头支撑板（35），通过磨头电机安装板（33）安装于磨头支撑板（35）上的磨头主轴电机（13），均安装于磨头支撑板（35）上的T型磨轮支撑（19）和两组以上过渡轮、张紧轮（12），所述T型磨轮支撑（19）上设置有过渡轮、张紧轮（12）和接触轮（20），绕该T型磨轮支撑（19）上的过渡轮、张紧轮和接触轮环绕安装有砂带（14），所述磨头主轴电机（13）上设置有与安装该砂带（14）的张紧轮（12）啮合的驱动轮。
8.根据权利要求7所述的七轴联动数控砂带磨抛机床，其特征在于，所述C向运动装置包括安装于磨头支架（5）上的C轴主动齿轮（7），与C轴主动齿轮（7）啮合的扇形齿盘（8），驱动C轴主动齿轮（7）带动扇形齿盘（8）摆动的C轴伺服电机（6），安装在磨头支架内的空心轴（17），安装固定于空心轴（17）两端的磨头回转架（36），所述扇形齿盘（8）通过平键与空心轴（17）连接，空心轴（17）通过轴承（18）安装于磨头支架（5）顶端。
9.根据权利要求8所述的七轴联动数控砂带磨抛机床，其特征在于，所述N向运动装置包括N轴伺服电机（9），安装在空心轴（17）内的N轴滚珠丝杆（10），安装于N轴滚珠丝杆（10）上、且连接有推板（15）的N轴丝杆螺母（11），以及一端与推板（15）连接、另一端穿过空心轴（17）与T型磨轮支撑（19）以抱箍方式锁紧连接的轴（16），所述N轴伺服电机（9）通过法兰方式安装于磨头回转架（36）固定在空心轴（17）的一端上，且该N轴伺服电机（9）通过N向联轴器（46）与N轴滚珠丝杆（10）连接。
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