CN110153783A - 用于吸收机械加工时震动的减震单元装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了用于吸收机械加工时震动的减震单元装置，涉及机械加工领域，解决现有技术中因加工震动以及零件刚性较差而导致的质量一致性较差的问题，包括基础单元和承载于基础单元的压紧单元、气体阻尼单元、中心单元；中心单元连接于基础单元顶部并与基础单元同心设置作为整套装置的定位、受力基础；压紧单元连接基础单元和所述中心单元，用于将待加工零件压紧固定于基础单元；气体阻尼单元活动连接于基础单元，气体阻尼单元围绕基础单元周向设置，气体阻尼单元能在充气时以中心单元作为受力基础沿径向向外均匀扩张并抵接待加工零件内壁为待加工零件提供支撑，该装置通过气体阻尼单元吸收震动来提高零件加工的质量并减小刀具磨损。

Description

用于吸收机械加工时震动的减震单元装置

技术领域

本发明涉及机械加工领域，具体的说，是用于吸收机械加工时震动的减震单元装置，适用于飞机发动机的机匣零件加工，同时也适用于机械加工中薄壁、刚性差的零件加工。

背景技术

航空发动机环形薄壁零件作为航空发动机的重要零件，是整个发动机的承力部件，其加工质量是发动机可靠性、安全性和高性能的重要保障，其生产效率是影响航空发动机的经济性的重要因素。随着航空发动机技术的发展其对机匣零件的功能性材料性要求越来越高，结构越来越复杂。航空发动机环形薄壁零件的材料特点：广泛使用钛、镍基合金等先进结构材料。钛、镍基合金材料切削加工性较差，主要表现在材料热硬度和热强度很高，所需切削力很大，零件、刀具容易产生较大变形，材料热扩散率低；刀具磨损严重，切削效率低。航空发动机环形薄壁零件结构特点：尺寸大，精度高，壁薄，型面复杂，刚性差，机加工变形大，材料难加工，刀具磨损大，材料去除率高达70-80％，加工效率低。因此如何控制振动来确保尺寸精度和技术要求符合设计图，提高产品质量保证产品一致性，提高生产效率，降低刀具消耗，是当前技术面临的技术瓶颈。

发明内容

本发明的目的在于设计出用于吸收机械加工时震动的减震单元装置，用以吸收加工震动以提高零件加工质量并降低刀具损耗。

本发明通过下述技术方案实现：

本发明提供了一种用于吸收机械加工时震动的减震单元装置，包括基础单元、压紧单元、气体阻尼单元和中心单元；

所述基础单元用于承载所述压紧单元、所述气体阻尼单元、所述中心单元和待加工零件；

所述中心单元连接于所述基础单元顶部并与所述基础单元同心设置作为整套装置的定位、受力基础；

所述压紧单元连接所述基础单元和所述中心单元，用于将待加工零件压紧固定于所述基础单元；

所述气体阻尼单元活动连接于所述基础单元，所述气体阻尼单元围绕所述基础单元周向设置，所述气体阻尼单元能在充气时以所述中心单元作为受力基础沿径向向外均匀扩张并抵接待加工零件内壁为待加工零件提供支撑。

采用上述设置结果时，气体阻尼单元通过充气扩张抵接待加工零件内壁以增加待加工零件加工时的刚性，避免待加工零件加工过程中表面变形严重引起质量问题，同时气体阻尼单元能够通过改变储气量的多少实现对待加工零件的不同压力支撑，并且因气体阻尼单元内充有气体，那么气体阻尼单元能够在抵住待加工零件时吸收加工中的震动，降低待加工零件的加工震动以提高加工质量、降低刀具损耗。

进一步的为更好的实现本发明，特别采用下述设置结构：所述气体阻尼单元包括一个气体储存装置或至少两个依次层叠设置的气体储存装置，所述气体储存装置为套设于所述中心单元外围的环形气胎，所述气体储存装置的内侧连接所述中心单元。

进一步的为更好的实现本发明，特别采用下述设置结构：所述气体阻尼单元还包括多个导向涨块，所有所述导向涨块沿所述气体储存装置周向等距排布，所述导向涨块与所述基础单元通过径向导轨组件导向连接，所述导向涨块的内侧连接所述气体阻尼单元的外侧。

进一步的为更好的实现本发明，特别采用下述设置结构：所述气体阻尼单元还包括多重减震材料，所述多重减震材料设置于所述导向涨块的外侧面用于直接与待加工零件的内壁接触。

采用上述设置结构时，通过增加多重减震材料能够进一步提高吸震效果，进一步减轻待加工零件的加工震动，保证加工质量。

进一步的为更好的实现本发明，特别采用下述设置结构：所述气体阻尼单元还包括设置于所述中心单元与所述导向涨块之间的回缩装置，所述回缩装置的两端分别连接所述中心单元和所述导向涨块。

采用上述设置结构时，回缩装置用于将导向涨块回拉收缩，以便于零件加工完成后取出零件。

进一步的为更好的实现本发明，特别采用下述设置结构：所述气体阻尼单元还包括保护装置，所述保护装置包裹所述气体储存装置用于避免铁屑进入刺破所述气体储存装置。

进一步的为更好的实现本发明，特别采用下述设置结构：所述保护装置包括包裹于所述气体储存装置的帆布套和设置于所述帆布套外侧的圆弧挡板。

进一步的为更好的实现本发明，特别采用下述设置结构：所述压紧单元包括多用于将待加工零件压紧于所述基础单元的上部压紧件；所述上部压紧件包括可拆卸连接于所述中心单元顶部的顶部的整形盖板，所述整形盖板的外径大于待加工零件的内径。

进一步的为更好的实现本发明，特别采用下述设置结构：所述整形盖板的顶面活动连接有转动垫片，所述转动垫片具有从侧面吃入螺杆的缺口，所述转动垫片的转轴与所述中心单元的轴线平行。

采用上述设置结构时，设置转动垫片能够实现整形盖板的快速固定和拆卸，提高加工效率。

进一步的为更好的实现本发明，特别采用下述设置结构：所述压紧单元还包括多个用于压紧待加工零件底部外翻边的底部压紧件，所述底部压紧件沿所述基础单元周向均布，所述底部压紧件包括钩形压板、调节螺杆和限位柱，所述钩形压板的钩形部用于沿径向抵住所述基础单元外侧面的同时竖向压住所述基础单元的顶面，所述调节螺杆的底部固定连接所述基础单元，所述调节螺杆的顶部活动贯穿所述钩形压板的径向腰型孔并带有紧固螺母，所述限位柱底端固定连接所述基础单元，所述限位柱的顶端活动设置于所述钩形压板底部的径向滑槽内，所述钩形压板能沿径向移动。

进一步的为更好的实现本发明，特别采用下述设置结构：还包括控制单元，所述控制单元包括快速接头、压力表和空压气管，所述压力表连接空压气管，所述空压气管的端头设置所述快速接头，所述空压气管连接所述气体储存装置。

本发明具有以下优点及有益效果：

本发明中，气体阻尼单元通过充气扩张抵接待加工零件内壁以增加待加工零件加工时的刚性，避免待加工零件加工过程中表面变形严重引起质量问题，同时气体阻尼单元能够通过改变储气量的多少实现对待加工零件的不同压力支撑，并且因气体阻尼单元内充有气体，那么气体阻尼单元能够在抵住待加工零件时吸收加工中的震动，降低待加工零件的加工震动以提高加工质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是减震单元装置的结构示意图；

图2是安装有待加工零件的结构示意图；

图3是安装待加工零件时的纵剖结构示意图；

图4是转动垫片的结构示意图；

图5是控制单元的结构示意图；

图中标记为：

1-基础单元；

2-压紧单元；2a-整形盖板；2b-转动垫片；2c-钩形压板；2d-调节螺杆；2e-限位柱；

3-气体阻尼单元；3a-气体储存装置；3b-导向涨块；3c-回缩装置；3d-多重减震材料；3e-保护装置；

4-控制单元；4a-快速接头；4b-压力表；4c-空压气管；

5-中心单元。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

实施例1：

本实施例公开了一种用于吸收机械加工时震动的减震单元装置，能够吸收加工震动以提高零件加工质量并降低刀具损耗，如图1、图2、图3、图4、图5所示，特别设置成下述结构：

包括基础单元1、压紧单元2、气体阻尼单元3和中心单元5。

基础单元1作为底座选择铸铁作为整套装置的承载基础用于承载压紧单元2、气体阻尼单元3、中心单元5和待加工零件，铸铁材质的基础单元1沉重且加工方便、性能可靠，可直接铸造出大致轮廓降低加工成本和加工时间，并且不易变形，稳定性好。基础单元1可根据加工情况设置高度，用以升高基础部分方便机床加工零件。

中心单元5为一上下贯通的筒状结构件，其底部通过螺钉固定连接于基础单元1的顶面，基础单元1的顶端通过螺钉固定连接有同轴设置的压盖。中心单元5余基础单元1同心设置作为整套装置的定位、受力基础。

压紧单元2用于将代加工零件压紧于基础单元1的顶部。压紧单元2连接基础单元1和中心单元5，可通过紧固件将待加工零件与基础单元1压紧固定。

气体阻尼单元3活动连接于基础单元1，气体阻尼单元3围绕基础单元1周向设置，气体阻尼单元3为可充放气的功能件，气体阻尼单元3在充气时能以中心单元5作为受力基础沿径向向外均匀扩张并抵接待加工零件内壁为待加工零件提供支撑。可充气的气体阻尼单元3拥有缓冲特性，且能够根据待加工零件不同的材料特性及厚度选择不同的气压以更有效地吸收加工震动，提升零件加工效率，提高零件加工质量。

本实施例中，具体的，气体阻尼单元3包括一个气体储存装置3a或至少两个依次层叠设置的气体储存装置3a，气体储存装置3a的多少于其自身的高度以及所要加工的零件的整体高度决定。气体储存装置3a为环形的气胎，气胎套设于中心单元5的外围并可拆卸更换，气体储存装置3a的内侧于连接中心单元5的外壁。本实施例中以上下4层气胎为例，其中，气体阻尼单元3可优选选用四条650-16的轮胎内胎作为气胎，因为该内胎便宜、好换，如果使用专业的气囊，做一个气囊的成本为内胎的上百倍！

具体的，压紧单元2包括多用于将待加工零件压紧于基础单元1的上部压紧件；上部压紧件包括可拆卸连接于中心单元5顶部的顶部的整形盖板2a，整形盖板2a的外径应该大于待加工零件的内径。

考虑到整形盖板2a在取放加工零件时均需要拆除并安装，该工序需要较多的时间，为了提高零件的加工效率则需要提高整形盖板2a的拆装效率。那么优选的，在该整形盖板2a的顶面活动连接有多片转动垫片2b，该转动垫片2b的一侧通过竖向的销轴可转动地连接在整形盖板2a的顶面，该销轴为转动垫片2b的转轴，转动垫片2b的转轴与中心单元5的轴线平行，转动垫片2b的一侧具有缺口，缺口用于能够在转动垫片2b转动时从侧面吃入螺杆，吃入螺杆后，通过在螺杆上带紧固螺母实现整形盖板、压盖和中心单元5的固定连接。整形盖板2a顶面设置转动垫片2b能够实现整形盖板2a的快速固定和拆卸，实现快速装夹，提高加工效率。

其中，压紧单元2还包括多个用于压紧待加工零件底部外翻边的底部压紧件，底部压紧件沿基础单元1周向均布，底部压紧件包括钩形压板2c、调节螺杆2d和限位柱2e，钩形压板2c的钩形部用于沿径向抵住基础单元1外侧面的同时竖向压住基础单元1的顶面，钩形压板2c具有贯穿的腰型孔和径向延伸的滑槽，腰型孔的长度方向也为径向方向，调节螺杆2d的底部通过螺纹连接固定连接与基础单元1顶面，调节螺杆2d的顶部活动贯穿钩形压板2c的径向腰型孔并带有紧固螺母，限位柱2e底端通过螺纹连接固定连接基础单元1的顶面，限位柱2e的顶端活动设置于钩形压板2c底部的径向滑槽内，钩形压板2c能沿径向移动。

气体阻尼单元3通过充气扩张抵接待加工零件内壁以增加待加工零件加工时的刚性，避免待加工零件加工过程中表面变形严重引起质量问题，同时气体阻尼单元3能够通过改变储气量的多少实现对待加工零件的不同压力支撑，并且因气体阻尼单元3内充有气体，那么气体阻尼单元能够在抵住待加工零件时吸收加工中的震动，降低待加工零件的加工震动以提高加工质量、降低刀具损耗。

作为气体阻尼单元3的进一步优选方案，为了稳定气体阻尼单元3的扩张路径使代加工零件的内壁各处收到均匀的支撑。该气体阻尼单元3还包括多个导向涨块3b，导向涨块的外侧能够贴合代加工零件的内壁，导向涨块竖向延伸，其底部座于基础单元1的顶部，其高度大于所有气胎层叠的高度，所有导向涨块3b沿气体储存装置3a周向等距排布，导向涨块3b的底部具有滑槽，基础单元1的顶部设置有导向方向为径向的直线导轨，导向涨块3b与基础单元1通过滑槽和直线导轨组成的径向导轨组件实现导向连接，导向涨块3b的内侧接触连接气体阻尼单元3的外侧面。气体阻尼单元3充气膨胀扩张能将导向涨块3b沿径向推出，气体阻尼单元3放气后收缩，导向涨块3b便失去支撑力。导向涨块3b是为了把不规则的气囊张力约束到圆心轴线从而实现各个涨块的均匀地张开活动。

优选的，为了能够进一步提高气体阻尼单元3的减震效果，该气体阻尼单元3进一步优化，在气体阻尼单元3的外壁增加设置多重减震材料3d，多重减震材料能增加对待加工零件的柔性压紧力，多重减震材料3d通过螺钉固定连接于导向涨块3b的外侧面，多重减震材料3d用于直接与待加工零件的内壁接触。具体的，本实施例中，多重减震材料3d为不同具有减震性能的材料层叠符合而成，其中可选用阻尼吸波复合材料，比如将尼龙减震材料和具有减震性能的高分子减震材料层叠复合使用，其中，尼龙减震材料用于直接接触待加工零件的内壁，选择性能可靠的阻尼材料能够进行二次缓冲减震以提升加工效率，提高表面质量，同时降低刀具消耗。。通过增加多重减震材料3d能够进一步提高吸震效果，进一步减轻待加工零件的加工震动，保证加工质量。

为了能够在加工完成后方便取下零件，优选的，该气体阻尼单元3还包括设置于中心单元5与导向涨块3b之间的回缩装置3c，本实施例中，选择回缩装置3c为拉簧，回缩装置3c的两端分别连接中心单元5和导向涨块3b，每个导向涨块3b与气体储存装置之间设置两组回缩装置3c，两组回缩装置3c分别位于导向涨块3b的底部和顶部。回缩装置顾名思义就是起到泄压时拉回导向涨块3b的作用。回缩装置3c用于将导向涨块3b回拉收缩，以便于零件加工完成后取出零件。

在加工中产生的金属飞屑可能会从两相邻导向涨块3b之间穿过而造成气体储存装置的损伤，优选的，为了避免此种情况发生，该气体阻尼单元3还包括保护装置3e，保护装置顾名思义就是起到加工中保护气胎的作用。保护装置3e包裹气体储存装置3a用于避免铁屑进入刺破所述气体储存装置3a。其中，保护装置3e包括包裹于所述气体储存装置3a的帆布套和沿周向围绕设置于所述帆布套外侧的铁质的圆弧挡板，圆弧挡板可只封堵两相邻导向涨块3b之间的间隙。保护装置通过多重保护，降低铁屑接触气体储存装置的风险，增加气体储存装置的寿命。

实施例2：

本实施例是在上述实施例的基础上进一步优化，进一步的为更好的实现本发明，特别采用下述设置结构：

用于吸收机械加工时震动的减震单元装置还包括控制单元4，控制单元4包括快速接头4a、压力表4b和空压气管4c，压力表4b连接空压气管4c，空压气管4c的端头设置快速接头4a，空压气管4c连接所述气体储存装置3a和气源。这样，能根据加工过程中的振动情况实时调整气体阻尼单元的气压，实现支撑压力调整，最大程度吸收加工过程带来的机械震动，有效提升加工效率，提高表明质量，同时能够降低刀具消耗。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.用于吸收机械加工时震动的减震单元装置，其特征在于：包括基础单元(1)、压紧单元(2)、气体阻尼单元(3)和中心单元(5)；

所述基础单元(1)用于承载所述压紧单元(2)、所述气体阻尼单元(3)、所述中心单元(5)和待加工零件；

所述中心单元(5)连接于所述基础单元(1)顶部并与所述基础单元(1)同心设置作为整套装置的定位、受力基础；

所述压紧单元(2)连接所述基础单元(1)和所述中心单元(5)，用于将待加工零件压紧固定于所述基础单元(1)；

所述气体阻尼单元(3)活动连接于所述基础单元(1)，所述气体阻尼单元(3)围绕所述基础单元(1)周向设置，所述气体阻尼单元(3)能在充气时以所述中心单元(5)作为受力基础沿径向向外均匀扩张并抵接待加工零件内壁为待加工零件提供支撑。

2.根据权利要求1所述的用于吸收机械加工时震动的减震单元装置，其特征在于：所述气体阻尼单元(3)包括一个气体储存装置(3a)或至少两个依次层叠设置的气体储存装置(3a)，所述气体储存装置(3a)为套设于所述中心单元(5)外围的环形气胎，所述气体储存装置(3a)的内侧连接所述中心单元(5)。

3.根据权利要求2所述的用于吸收机械加工时震动的减震单元装置，其特征在于：所述气体阻尼单元(3)还包括多个导向涨块(3b)，所有所述导向涨块(3b)沿所述气体储存装置(3a)周向等距排布，所述导向涨块(3b)与所述基础单元(1)通过径向导轨组件导向连接，所述导向涨块(3b)的内侧连接所述气体阻尼单元(3)的外侧。

4.根据权利要求3所述的用于吸收机械加工时震动的减震单元装置，其特征在于：所述气体阻尼单元(3)还包括多重减震材料(3d)，所述多重减震材料(3d)设置于所述导向涨块(3b)的外侧面用于直接与待加工零件的内壁接触。

5.根据权利要求3所述的用于吸收机械加工时震动的减震单元装置，其特征在于：所述气体阻尼单元(3)还包括设置于所述中心单元(5)与所述导向涨块(3b)之间的回缩装置(3c)，所述回缩装置(3c)的两端分别连接所述中心单元(5)和所述导向涨块(3b)。

6.根据权利要求2所述的用于吸收机械加工时震动的减震单元装置，其特征在于：所述气体阻尼单元(3)还包括保护装置(3e)，所述保护装置(3e)包裹所述气体储存装置(3a)用于避免铁屑进入刺破所述气体储存装置(3a)。

7.根据权利要求1所述的用于吸收机械加工时震动的减震单元装置，其特征在于：所述压紧单元(2)包括多用于将待加工零件压紧于所述基础单元(1)的上部压紧件；所述上部压紧件包括可拆卸连接于所述中心单元(5)顶部的顶部的整形盖板(2a)，所述整形盖板(2a)的外径大于待加工零件的内径。

8.根据权利要求7所述的用于吸收机械加工时震动的减震单元装置，其特征在于：所述整形盖板(2a)的顶面活动连接有转动垫片(2b)，所述转动垫片(2b)具有从侧面吃入螺杆的缺口，所述转动垫片(2b)的转轴与所述中心单元(5)的轴线平行。

9.根据权利要求8所述的用于吸收机械加工时震动的减震单元装置，其特征在于：所述压紧单元(2)还包括多个用于压紧待加工零件底部外翻边的底部压紧件，所述底部压紧件沿所述基础单元(1)周向均布，所述底部压紧件包括钩形压板(2c)、调节螺杆(2d)和限位柱(2e)，所述钩形压板(2c)的钩形部用于沿径向抵住所述基础单元(1)外侧面的同时竖向压住所述基础单元(1)的顶面，所述调节螺杆(2d)的底部固定连接所述基础单元(1)，所述调节螺杆(2d)的顶部活动贯穿所述钩形压板(2c)的径向腰型孔并带有紧固螺母，所述限位柱(2e)底端固定连接所述基础单元(1)，所述限位柱(2e)的顶端活动设置于所述钩形压板(2c)底部的径向滑槽内，所述钩形压板(2c)能沿径向移动。

10.根据权利要求2-6任一项所述的用于吸收机械加工时震动的减震单元装置，其特征在于：还包括控制单元(4)，所述控制单元(4)包括快速接头(4a)、压力表(4b)和空压气管(4c)，所述压力表(4b)连接空压气管(4c)，所述空压气管(4c)的端头设置所述快速接头(4a)，所述空压气管(4c)连接所述气体储存装置(3a)。