CN103934713B - 一种用于精锻叶片榫头加工的针型定位可调液压式夹具 - Google Patents

一种用于精锻叶片榫头加工的针型定位可调液压式夹具 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于精锻叶片榫头加工的针型定位可调液压式夹具，包括安装底座、定位装置、夹紧装置、辅助支撑装置、主控制器和控制回路。通过叶身多点定位夹紧，保证定位和夹紧的稳定性，然后通过对榫头的自适应辅助支撑，提供反作用力，抵消切削变形，提高叶片的刚性，使得加工更加平稳，提高榫头铣削精度。可以避免传统工艺对叶身质量的影响，提高了加工效率，降低了加工成本。采用数字控制技术，自动化程度高，操作简便，利于大规模生产。

Description

一种用于精锻叶片榫头加工的针型定位可调液压式夹具
技术领域
本发明涉及航空发动机叶片加工技术领域，具体提出了一种用于精密数控加工无余量精锻叶片榫头的针型定位可调液压式夹具。
背景技术
在航空工业领域内涡扇发动机已成为当前喷气式飞机的主要发动机，具有更高的强度和承载能力、更长的寿命等突出优点，发动机主要叶片多为薄壁结构，具有复杂自由曲面，设计精度要求高，加工难度大，对叶片加工的工装夹具提出了更高的要求。为了提高加工效率和叶片质量，其中压气机转子叶片主要采用无余量精密锻造的方法来制造，现有的精锻技术仅可满足叶片叶身的精度要求，但是叶片榫头、进排气边和叶尖等需进一步的加工以保证精度。现有工艺中采用低熔点合金浇注工艺法，对已经完成叶身无余量精锻和进排气边加工的叶片毛料，用六点定位法夹持叶身进行浇铸，将叶身基准转化到低熔点合金方箱上，然后以方箱表面为基准进行叶片榫头的铣削加工。但是该工艺方法生产准备复杂、工作时间长、工作效率较低，工人劳动强度太大，对安全生产及叶片的质量有影响。由于后续需要高温熔化工艺过程，低熔点合金也可能会在叶片表面上有微量残留，都对叶身表面有一定的潜在影响，而且低熔点合金浇铸工艺过程存在着一定的污染，工况恶劣，隐患较大。
发明专利CN102615534A中提出的叶身六点定位加工方法，通过夹具对叶身进行定位夹紧，但是由于叶身为薄壁自由曲面结构，对叶身进行装夹会产生较大的应力集中，对叶片型面造成变形，影响加工精度。而且在加工榫头时，榫头部分为悬臂梁结构，加工过程中易产生振动和让刀现象，严重影响加工质量。
发明内容
要解决的技术问题
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种用于精锻叶片榫头加工的针型定位可调液压式夹具。利用针型定位夹紧装置对叶片叶身进行多点定位夹紧，保证曲面定位的精确性和稳定性，通过二维顶针矩阵进行夹紧，夹紧力均匀，减少应力集中对零件的影响。同时在加工过程中，采用液压支撑对榫头进行自适应辅助支撑，控制加工变形和切削振动。
技术方案
一种用于精锻叶片榫头加工的针型定位可调液压式夹具，其特征在于包括安装底座1、定位装置2、夹紧装置3、辅助支撑装置4、主控制器5和控制回路6；安装底座1上安装定位装置2、夹紧装置3和辅助支撑装置4，辅助支撑装置4固定在定位装置2和夹紧装置3的外侧，主控制器5通过控制回路6对辅助支撑装置4上的液压油缸28进行控制；所述的定位装置2包括顶针矩阵定位件8、两个定位销9和定位块10，其中顶针矩阵定位件8固定在安装底座1上且与叶片7的叶身接触，定位销9固定在安装底座1上且与叶片7的进气边接触，定位块10固定在顶针矩阵定位件8上端且与叶片7的叶根内侧接触；所述的夹紧装置3包括导轨11、顶针矩阵夹紧件12、第一液压阀13、第一基体14、第二基体15、侧边夹紧板16、弹簧17和第二液压阀18；导轨11固定在安装底座1上，顶针矩阵夹紧件12安装在导轨11上，第一液压阀13通过螺钉安装在第一基体14外侧，侧边夹紧板16与叶片7的排气边接触，第二液压阀18通过螺钉安装在第二基体15外侧，弹簧17位于第二基体15和侧边夹紧板16之间；所述的辅助支撑装置4包括第三基体26、支撑头27和液压油缸28；第三基体26固定在安装底座1上，内侧设有液压油缸28，液压油缸28前端设有支撑头27，支撑头27与叶片7的榫头接触。
所述顶针矩阵定位件8和顶针矩阵夹紧件12结构相同，包括球头顶针19、顶针安装板20、低熔点合金腔21，电阻丝加热线圈22、矩阵孔安装块23、弹簧24和底板25；其中球头顶针19安装在矩阵孔安装块23上并垂直穿过顶针安装板20，低熔点合金腔21位于顶针安装板20和矩阵孔安装块23之间，电阻丝加热线圈22包裹在低熔点合金腔21外层，弹簧24位于球头顶针19的底部且与底板25接触。
所述的辅助支撑装置4为4个，且两两呈对称分布。
所述的弹簧24处于压缩状态。
所述的低熔点合金腔21内填充锡铋合金。
所述的球头顶针19的底端设有圆台。
有益效果
本发明提出的一种用于精锻叶片榫头加工的针型定位可调液压式夹具，通过叶身多点定位夹紧，保证定位和夹紧的稳定性，然后通过对榫头的自适应辅助支撑，提供反作用力，抵消切削变形，提高叶片的刚性，使得加工更加平稳，提高榫头铣削精度。可以避免传统工艺对叶身质量的影响，提高了加工效率，降低了加工成本。采用数字控制技术，自动化程度高，操作简便，利于大规模生产。
附图说明
图1本发明榫头加工针型定位可调液压式夹具总体示意图
图2本发明定位夹紧装置示意图
图3本发明顶针矩阵装置示意图
图4本发明侧边定位块示意图
图5本发明侧边夹紧装置示意图
图6本发明二维顶针矩阵示意图
图7本发明顶针示意图
图8本发明辅助支撑示意图
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
一种用于精锻叶片榫头加工的针型定位可调液压式夹具，包括安装底座1、定位装置2、夹紧装置3、辅助支撑装置4、主控制器5和控制回路6。
定位装置2用于叶片7的叶身曲面定位，包括顶针矩阵定位件8、两个定位销9和定位块10，其中顶针矩阵定位件8固定在安装底座1上且与叶片7的叶身接触，定位销9固定在安装底座1上且与叶片7的进气边接触，定位块10固定在顶针矩阵定位件8上端且与叶片7的叶根内侧接触。
夹紧装置3实现对叶身的夹紧，包括导轨11、顶针矩阵夹紧件12、第一液压阀13、第一基体14、第二基体15、侧边夹紧板16、弹簧17和第二液压阀18；导轨11固定在安装底座1上，顶针矩阵夹紧件12安装在导轨11上，第一液压阀13通过螺钉安装在第一基体14外侧，侧边夹紧板16与叶片7的排气边接触，第二液压阀18通过螺钉安装在第二基体15外侧，弹簧17位于第二基体15和侧边夹紧板16之间。
辅助支撑装置4为4个，且两两呈对称分布，包括第三基体26、支撑头27和液压油缸28；第三基体26的内侧设有液压油缸28，液压油缸28前端设有支撑头27，支撑头27与叶片7的榫头接触。
顶针矩阵定位件8和顶针矩阵夹紧件12结构相同，包括球头顶针19、顶针安装板20、低熔点合金腔21，电阻丝加热线圈22、矩阵孔安装块23、弹簧24和底板25；其中球头顶针19安装在矩阵孔安装块23上并垂直穿过顶针安装板20，低熔点合金腔21位于顶针安装板20和矩阵孔安装块23之间，内填充锡铋合金，电阻丝加热线圈22包裹在低熔点合金腔21外层，弹簧24位于球头顶针19的底部且与底板25接触，且处于压缩状态。
顶针19为球头顶针便于与叶身实现点接触，底端为直径较大的圆台，以防止顶针底端没入合金腔21。
主控制器5由可编程控制系统和液压系统组成，可编程控制系统通过与数控单元的实时通信，获取刀具位置信号，并且根据内置算法进行处理，通过控制回路6中的液压装置对各液压缸进行控制。
对于不同类型的叶片需要对定位件8和夹紧件12的顶针矩阵进行调整。首先电阻丝线圈22通电，合金腔21内低熔点合金变成液态，然后使用精确叶片模型对球头顶针19进行校准，沿着垂直于顶针安装板20的方向调整顶针19的位置。在弹簧24弹力的作用下，保证叶片7的叶身型面与顶针19接触，线圈22断电，合金冷却相变为固体，球头顶针19位置保持。
定位装置2利用叶片7的叶身型面与调整后的顶针矩阵定位件8接触，叶片7的侧边与侧边定位销9接触，叶片7的叶根内侧与定位块10接触定位。通过控制器5控制液压缸13驱动顶针矩阵夹紧件12，对叶片7的叶身进行夹紧，然后驱动侧边夹紧板16对叶片7的侧边进行夹紧，到达预定压力时开启保压阀，叶片7定位夹紧完成。
叶片7的榫头使用成型铣刀进行加工。加工开始时，通过控制器5与数控系统进行实时通信，获取当前刀具位置信号，对四个辅助支撑4进行实时控制，保证同一时间内至少三个辅助支撑头27为顶紧状态，控制支撑头27对刀具进行避让。当刀具位置靠近某一夹紧状态的辅助支撑头27时，根据当前数控机床的进给速度f，和刀具直径D以及支撑杆回退速度v，按照可编程控制器内置算法处理，完成支撑头27避让动作。刀具连续加工，到达安全位置后，支撑头27重新接触到叶片7的榫头已加工表面，实现位置锁紧。按照这种加工方式，通过辅助支撑的自适应地完成顶紧和回退功能，直到榫头加工完成。
本发明通过对叶身多点定位夹紧，保证定位和夹紧的稳定性，然后通过对榫头的自适应辅助支撑，提供反作用力，抵消切削变形，提高叶片的刚性，使得加工更加平稳，提高榫头铣削精度。通过本装备可以避免传统工艺对叶身质量的影响，提高了加工效率，降低了加工成本。采用数字控制技术，自动化程度高，操作简便，利于大规模生产。

Claims (6)

1.一种用于精锻叶片榫头加工的针型定位可调液压式夹具，其特征在于包括安装底座(1)、定位装置(2)、夹紧装置(3)、辅助支撑装置(4)、主控制器(5)和控制回路(6)；安装底座(1)上安装定位装置(2)、夹紧装置(3)和辅助支撑装置(4)，辅助支撑装置(4)固定在定位装置(2)和夹紧装置(3)的外侧，主控制器(5)通过控制回路(6)对辅助支撑装置(4)上的液压油缸(28)进行控制；所述的定位装置(2)包括顶针矩阵定位件(8)、两个定位销(9)和定位块(10)，其中顶针矩阵定位件(8)固定在安装底座(1)上且与叶片(7)的叶身接触，定位销(9)固定在安装底座(1)上且与叶片(7)的进气边接触，定位块(10)固定在顶针矩阵定位件(8)上端且与叶片(7)的叶根内侧接触；所述的夹紧装置(3)包括导轨(11)、顶针矩阵夹紧件(12)、第一液压阀(13)、第一基体(14)、第二基体(15)、侧边夹紧板(16)、第一弹簧(17)和第二液压阀(18)；导轨(11)固定在安装底座(1)上，顶针矩阵夹紧件(12)安装在导轨(11)上，第一液压阀(13)通过螺钉安装在第一基体(14)外侧，侧边夹紧板(16)与叶片(7)的排气边接触，第二液压阀(18)通过螺钉安装在第二基体(15)外侧，第一弹簧(17)位于第二基体(15)和侧边夹紧板(16)之间；所述的辅助支撑装置(4)包括第三基体(26)、支撑头(27)和液压油缸(28)；第三基体(26)固定在安装底座(1)上，内侧设有液压油缸(28)，液压油缸(28)前端设有支撑头(27)，支撑头(27)与叶片(7)的榫头接触。
2.根据权利要求1所述的一种用于精锻叶片榫头加工的针型定位可调液压式夹具，其特征在于所述顶针矩阵定位件(8)和顶针矩阵夹紧件(12)结构相同，包括球头顶针(19)、顶针安装板(20)、低熔点合金腔(21)，电阻丝加热线圈(22)、矩阵孔安装块(23)、第二弹簧(24)和底板(25)；其中球头顶针(19)安装在矩阵孔安装块(23)上并垂直穿过顶针安装板(20)，低熔点合金腔(21)位于顶针安装板(20)和矩阵孔安装块(23)之间，电阻丝加热线圈(22)包裹在低熔点合金腔(21)外层，第二弹簧(24)位于球头顶针(19)的底部且与底板(25)接触。
3.根据权利要求1所述的一种用于精锻叶片榫头加工的针型定位可调液压式夹具，其特征在于所述的辅助支撑装置(4)为4个，且两两呈对称分布。
4.根据权利要求2所述的一种用于精锻叶片榫头加工的针型定位可调液压式夹具，其特征在于所述的第二弹簧(24)处于压缩状态。
5.根据权利要求2所述的一种用于精锻叶片榫头加工的针型定位可调液压式夹具，其特征在于所述的低熔点合金腔(21)内填充锡铋合金。
6.根据权利要求2所述的一种用于精锻叶片榫头加工的针型定位可调液压式夹具，其特征在于所述的球头顶针(19)的底端设有圆台。
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