CN106216440A - 一种航空发动机主轴智能检测校形装置 - Google Patents

一种航空发动机主轴智能检测校形装置 Download PDF

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Abstract

一种航空发动机主轴智能检测校形装置，包括底座，底座和三根呈圆周均布的立柱连接，立柱上连接有下夹紧板、校形板、上夹紧板下固定板、上固定板，上固定板与下固定板之间固定有光栅尺导轨及光栅尺，光栅尺位移传感器滑块和连接有光纤位移传感器探头的探测丝杆连接，下固定板中心安装有和探测丝杆构成丝杠副的丝杆步进电机，其周围三个均布步进电机与三根丝杠的上端连接，丝杠分别与上夹紧板、校形板、下夹紧板构成丝杠副，丝杠固定在底座上，上、下夹紧板上沿圆周均布三个液压缸，其活塞杆上固定有夹头，校形板沿圆周均布三个液压缸，其活塞杆端部通过柔性钢丝绳与校形环连接，本发明实现高精度、高效率、稳定智能的检测、校形。

Description

一种航空发动机主轴智能检测校形装置
技术领域
本发明涉及智能校形技术领域，具体涉及一种航空发动机主轴智能检测校形装置。
背景技术
航空发动机主轴是连接压气机、涡轮部件并传递功率的重要零件，是飞机发动机的关键零件。航空发动机主轴需要非常高的加工精度和可靠性。轴类零件经过加工和热处理过程后，常常会在零件的内部产生一定的残余应力，而随着残余应力的释放，必然使零件产生残余应变，甚至弯曲变形，这些缺陷降低了工件的精度，严重影响其性能。机械加工中，内孔加工主要是钻、镗铣等方法，对于长度较短的通孔精度可以得到保证，但对于较长的通孔，加工精度却无法保证，空心航空发动机主轴内孔长度近2米，深径比达近90，目前的加工工艺很难满足其要求。
目前轴类零件校形行业往往都是由操作工凭经验来确定下压量和校形力，劳动强度大，生产效率低，校形精度低，质量不稳定，不能满足工业发展的需求。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种航空发动机主轴智能检测校形装置，实现高精度、高效率、稳定智能的航空发动机主轴的检测、校形。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种航空发动机主轴智能检测校形装置，包括底座23，底座23和三根呈圆周均布的立柱2的下端连接，立柱2的中部、上部分别连接有下固定板1、上固定板7连接，立柱2的下部由下而上依次连接有下夹紧板20、校形板19、上夹紧板16；
上固定板7与下固定板12之间固定有光栅尺导轨4，光栅尺导轨4上连接的光栅尺3，光栅尺导轨4上设置有光栅尺位移传感器滑块8，光栅尺传感器探头固定在光栅尺位移传感器滑块8上，光栅尺位移传感器滑块8通过滚动轴承9和光纤位移传感器放大器6连接，光纤位移传感器放大器6和探测丝杆5上端螺纹连接，探测丝杆5下端连接有光纤位移传感器探头13，光纤位移传感器探头13的光纤导线穿过空心的探测丝杆5，与光纤位移传感器放大器6连接，光栅尺3轴线与探测丝杆5轴线平行；
下固定板1的几何中心位置安装有丝杆步进电机10，丝杆步进电机10和探测丝杆5构成丝杠副，以丝杆步进电机10轴线为圆心，三个步进电机11沿圆周均匀分布，三个步进电机11固定在下固定板1上，三个步进电机11的电机轴与三根丝杠12的上端连接，三根丝杠12分别与上夹紧板16、校形板19、下夹紧板20构成丝杠副，三根丝杠12的下端通过丝杠固定座22固定在底座23上；
上夹紧板16以几何中心为圆心，沿圆周均匀分布三个第一液压缸15，并固定在上夹紧板16上，每个液压缸活塞杆上固定有夹头14；下夹紧板20与上夹紧板16的结构相同；
校形板19以几何中心为圆心，沿圆周均匀分布三个第二液压缸17，并固定在校形板19上，每个液压缸活塞杆端部通过柔性钢丝绳与校形环18连接；
工件24安放时，工件24依次穿过上夹紧板16的中心圆孔、校形环18、下夹紧板20的中心圆孔，工件24下端以内孔为定位基准放置在工件定心块21上，工件定心块21连接在底座23上。
所述的光纤位移传感器探头13安装尺寸为毫米级，其精度范围为0.015—0.25um。
所述的光栅尺传感器探头、光纤位移传感器探头13采集的数据，通过控制软件采用智能算法进行处理，获得工件24的校形位置及夹紧位置的数据，由控制软件向步进电机11和丝杆步进电机10的控制器发送指令，然后控制校形板19上的三个液压缸17的三个方向力的大小，由矢量合成得到任意方向和任意大小的合力，在控制软件作用下，校形环18具有自动定位功能，实现工件24上任意位置的校形。本发明的有益效果为：
1.本装置分别采用光栅尺位移传感器和光纤位移传感器，前者记录下工件内孔各个探测点的空间位置，后者对各个探测点进行检测，测得的数据精确可靠，解决了依据眼睛观察工件精度的问题。
2.本装置采用控制软件，并通过步进电机、丝杠副和液压缸传递动力，结构简单，并且工件从预加紧开始到结束的整个过程，完全是自动化完成，减轻了工人的劳动强度，提高了生产效率，消除了人为参与的误差。
3、本装置控制软件采用智能算法，根据测量的数据能够计算出合理的夹紧位置、校形力的大小和方向，并通过控制步进电机，实现任意位置的夹紧和校形，通过智能化控制，提高了校形的精度、效率和可靠性。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是下固定板1的俯视图。
图3是夹紧板的示意图。
图4是校形板19的示意图。
图5是检测和校形过程原理图，图(a)检测原理图；图(b)是校形过程原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做详细描述。
参照图1、图2、图3和图4，一种航空发动机主轴智能检测校形装置，包括底座23，底座23和三根呈圆周均布的立柱2的下端连接，立柱2的中部、上部分别连接有下固定板1、上固定板7连接，立柱2的下部由下而上依次连接有下夹紧板20、校形板19、上夹紧板16；
上固定板7与下固定板12之间固定有光栅尺导轨4，光栅尺导轨4上连接的光栅尺3，光栅尺导轨4上设置有光栅尺位移传感器滑块8，光栅尺传感器探头固定在光栅尺位移传感器滑块8上，光栅尺位移传感器滑块8上的轴承孔和滚动轴承9的外圈过盈配合，滚动轴承9内圈和光纤位移传感器放大器6上表面的轴承安装凸台过盈配合，光纤位移传感器放大器6和探测丝杆5上端螺纹连接，探测丝杆5下端连接有光纤位移传感器探头13，光纤位移传感器探头13的光纤导线穿过空心的探测丝杆5，与光纤位移传感器放大器6连接，光栅尺3轴线与探测丝杆5轴线平行；
下固定板1的几何中心位置安装有丝杆步进电机10，并通过法兰板和螺栓与下固定板1固定，丝杆步进电机10和探测丝杆5构成丝杠副，以丝杆步进电机10轴线为圆心，三个步进电机11沿圆周均匀分布，三个步进电机11通过法兰板和螺栓固定在下固定板1上，三个步进电机11的电机轴分别通过联轴器与三根丝杠12的上端连接，三根丝杠12分别与上夹紧板16、校形板19、下夹紧板20构成丝杠副，三根丝杠12的下端通过丝杠固定座22固定在底座23上；
上夹紧板16以几何中心为圆心，沿圆周均匀分布三个第一液压缸15，并通过螺栓固定在上夹紧板16上的法兰板上，每个液压缸活塞杆上固定有夹头14；下夹紧板20与上夹紧板16的结构相同；
校形板19以几何中心为圆心，沿圆周均匀分布三个第二液压缸17，并通过螺栓固定在校形板19上的法兰板上，每个液压缸活塞杆端部通过柔性钢丝绳与校形环18连接；
工件24安放时，工件24依次穿过上夹紧板16的中心圆孔、校形环18、下夹紧板20的中心圆孔，工件24下端以内孔为定位基准放置在工件定心块21上，工件定心块21连接在底座23上。
所述的光纤位移传感器探头13安装尺寸为毫米级，满足检测内孔时的尺寸要求，其精度范围为0.015—0.25um。
所述的光栅尺传感器探头、光纤位移传感器探头13采集的数据，通过控制软件采用智能算法进行处理，获得工件24的校形位置及夹紧位置的数据，由控制软件向步进电机11和丝杆步进电机10的控制器发送指令，然后控制校形板19上的三个液压缸17的三个方向力的大小，由矢量合成得到任意方向和任意大小的合力，在控制软件作用下，校形环18具有自动定位功能，实现工件24上任意位置的校形。
所述的光纤位移传感器探头13随探测丝杆5一边旋转，一边竖直向下运动，其合运动为螺旋线运动。
本发明的工作原理为：
将工件24下端以内孔为定位基准放置在工件定心块21上，步进电机11驱动丝杠12带动上夹紧板16、下夹紧板20、校形板19，使上夹紧板16、下夹紧板20达到预夹紧位置，并夹紧工件24；夹紧时，三个第一液压缸15活塞杆同时匀速伸出，推动夹头14夹紧工件24，实现预夹紧，丝杠步进电机10驱动探测丝杆5，光栅位移传感器滑块8向上移动，进行归零定位，然后向下运动，光栅尺位移传感器记录探测丝杆5向下的位移量，根据导程得出其转过的角度值，从而获得光纤位移传感器探头13所检测内孔的空间位置数据，控制软件通过对空间位置数据和所测内孔尺寸数据，进行分析处理，获得合理的校形位置、夹紧位置和压力的方向大小，丝杆步进电机10驱动探测丝杆5撤出工件24内孔，完成检测过程；步进电机11驱动上夹紧板16、下夹紧板20到达预夹紧位置，驱动校形板19到达校形位置，第一液压缸15启动夹紧工件24，第二液压缸17向校形环18施力，进行校形；重复检测过程和校形过程，直至检测所得结果达到标准，第一液压缸15、第二液压缸17卸载，步进电机11驱动丝杠12，使上夹紧板16、下夹紧板20和校形板19回到初始位置，完成智能检测校形全过程。
参照图5,具体说明检测和校形过程原理，上夹紧板16和下夹紧板20初步夹紧工件24后，探测丝杆5带动光纤位移传感器探头13进入工件24内孔，做螺旋线运动探测内孔尺寸，经智能控制软件计算后得到合理的夹紧位置，并驱动第一液压缸15在合理位置再次夹紧工件24，第二液压缸17向校形环18施力，对工件24校形，重复此过程，直至满足精度要求。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应该涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种航空发动机主轴智能检测校形装置，包括底座(23)，其特征在于：底座(23)和三根呈圆周均布的立柱(2)的下端连接，立柱(2)的中部、上部分别连接有下固定板(1)、上固定板(7)连接，立柱(2)的下部由下而上依次连接有下夹紧板(20)、校形板(19)、上夹紧板(16)；
上固定板(7)与下固定板(12)之间固定有光栅尺导轨(4)，光栅尺导轨(4)上连接的光栅尺(3)，光栅尺导轨(4)上设置有光栅尺位移传感器滑块(8)，光栅尺传感器探头固定在光栅尺位移传感器滑块(8)上，光栅尺位移传感器滑块(8)通过滚动轴承(9)和光纤位移传感器放大器(6)连接，光纤位移传感器放大器(6)和探测丝杆(5)上端螺纹连接，探测丝杆(5)下端连接有光纤位移传感器探头(13)，光纤位移传感器探头(13)的光纤导线穿过空心的探测丝杆(5)，与光纤位移传感器放大器(6)连接，光栅尺(3)轴线与探测丝杆(5)轴线平行；
下固定板(1)的几何中心位置安装有丝杆步进电机(10)，丝杆步进电机(10)和探测丝杆(5)构成丝杠副，以丝杆步进电机(10)轴线为圆心，三个步进电机(11)沿圆周均匀分布，三个步进电机(11)固定在下固定板(1)上，三个步进电机(11)的电机轴与三根丝杠(12)的上端连接，三根丝杠(12)分别与上夹紧板(16)、校形板(19)、下夹紧板(20)构成丝杠副，三根丝杠(12)的下端通过丝杠固定座(22)固定在底座(23)上；
上夹紧板(16)以几何中心为圆心，沿圆周均匀分布三个第一液压缸(15)，并固定在上夹紧板(16)上，每个液压缸活塞杆上固定有夹头(14)；下夹紧板(20)与上夹紧板(16)的结构相同；
校形板(19)以几何中心为圆心，沿圆周均匀分布三个第二液压缸(17)，并固定在校形板(19)上，每个液压缸活塞杆端部通过柔性钢丝绳与校形环(18)连接；
工件(24)安放时，工件(24)依次穿过上夹紧板(16)的中心圆孔、校形环(18)、下夹紧板(20)的中心圆孔，工件(24)下端以内孔为定位基准放置在工件定心块(21)上，工件定心块(21)连接在底座(23)上。
2.根据权利要求1所述的一种航空发动机主轴智能检测校形装置，其特征在于：所述的光纤位移传感器探头(13)安装尺寸为毫米级，其精度范围为0.015—0.25um。
3.根据权利要求1所述的一种航空发动机主轴智能检测校形装置，其特征在于：所述的光栅尺传感器探头、光纤位移传感器探头(13)采集的数据，通过控制软件采用智能算法进行处理，获得工件(24)的校形位置及夹紧位置的数据，由控制软件向步进电机(11)和丝杆步进电机(10)的控制器发送指令，然后控制校形板(19)上的三个液压缸(17)的三个方向力的大小，由矢量合成得到任意方向和任意大小的合力，在控制软件作用下，校形环(18)具有自动定位功能，实现工件(24)上任意位置的校形。
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