CN110842311A - 涡轮盘榫槽的电火花单向走丝线切割加工设备 - Google Patents

Abstract

一种涡轮盘榫槽的电火花单向走丝线切割加工设备，包括工件定位及位置调整单元，包括工件定位工装、第一转动台、第二转动台及水平驱动机构；工件定位工装定位于第一转台上，第一转台以涡轮盘的轴线为轴转动定位于第二转动台的连接臂上，第二转动台转动连接于水平驱动机构上，转轴位于水平面；水平驱动机构包括X轴、Y轴驱动机构，两者在水平方向移动配合，其中一者与座体装配定位，另一者与第二转动台装配定位；还包括电极丝的收放丝及定位单元，包括放丝机构、上下导向器以及收丝机构。本发明具有结构设计巧妙，加工精度高以及加工效率高等优点。

Description

涡轮盘榫槽的电火花单向走丝线切割加工设备

技术领域

本发明涉及数控电火花加工技术领域，具体涉及一种涡轮盘榫槽的电火花单向走丝线切割加工设备。

背景技术

涡轮盘1是航天、航空、航海用发动机的极其关键零件，见图1~3，其主要由整体和分布在轮缘的带有倾斜角度α的几十个圣诞树状榫槽2组成，通过榫槽2与涡轮叶片联接构成了可高速旋转涡轮转子，是发动机燃料热能转换机械能的执行部件。涡轮盘1的工作环境极其恶劣，需耐高温、高压、燃气冲击、叶片和自身的离心力、冷热变化、应力循环、振动、疲劳等，因此榫槽2的加工加工质量直接影响涡轮盘1的抗疲劳性能和寿命。

通常，榫槽2大多采用传统的机械拉削加工工艺，要为每一种榫槽2形状设计专用拉刀，从粗到精要多达十把拉刀左右，规格繁多、制作周期长、价格昂贵。每更换工件后，还要重新调整工艺参数和刀具，换刀时间长、灵活性差，效率低。并且由于涡轮盘1材料属高温镍基合金，镍含量＞70%，韧且粘，机械加工硬化程度高，且随着材料硬度的不断提高，拉削刀具极易磨损、甚至崩刃，造成使用和保养成本极其高昂，精度也不能保证，榫槽2表面也会产生拉痕、微观裂纹和应力，严重降低零件耐疲劳性能。同时整套拉削设备一次性投入高，要数百万。

为了克服上述传统的机械拉削加工存在的不足，业界创新了数控单向走丝电火花线切割机床，采用电火花加工原理，可进行零件的三维复杂形状的切割，且几乎不受高温合金加工难点的影响，加工时无切削力，是一种“以柔克刚”的加工方式。电火花加工工艺具有加工节能、精度高，表面完整性好，加工精度可达u级，完全可以满足涡轮榫槽的加工工艺要求。然而，目前的现有技术中，单向走丝线切割机只带有X、Y、Z、U、V五根直线轴，无法完成有倾斜角度的榫槽数控分度加工。

因此，如何解决上述现有技术存在的不足，便成为本发明所要研究解决的课题。

发明内容

本发明的目的是提供一种涡轮盘榫槽的电火花单向走丝线切割加工设备。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种涡轮盘榫槽的电火花单向走丝线切割加工设备，包括工件定位及位置调整单元，该单元定位于设备的座体上，包括工件定位工装、第一转动台、第二转动台以及水平驱动机构；

其中，所述工件定位工装定位于所述第一转台上，用于夹紧定位待加工的涡轮盘；所述第一转台以涡轮盘的轴线为轴转动定位于一连接臂上，该连接臂固设于所述第二转动台上，该第二转动台转动连接于所述水平驱动机构上，且第二转动台的转轴位于水平面；所述水平驱动机构包括X轴驱动机构以及Y轴驱动机构，两者在水平方向移动配合，其中一者与所述座体装配定位，做水平往复位移，另一者与所述第二转动台装配定位，供第二转动台转动连接；

还包括电极丝的收放丝及定位单元，该单元定位于设备的立柱上，包括放丝机构、上导向器、下导向器以及收丝机构；

其中，所述放丝机构至少包括一放线轮，该放线轮的出线端对应所述上导向器的入线端，该上导向器的出线端正对所述下导向器上方的入线端设置，电极丝经放丝机构送出后，经所述上导向器竖直向下进入所述下导向器；所述收丝机构的收线端对应下导向器的出线端设置。

上述技术方案中的有关内容解释如下：

1．上述方案中，所述工件定位工装包括一芯轴，所述涡轮盘通过其中心孔穿设于所述芯轴上，并通过螺栓夹紧固定。

2．上述方案中，所述第二转动台的转轴与所述涡轮盘下表面的中心线以及所述下导向器的入线端位于同一水平线上。

3．上述方案中，所述放丝机构还包括一张力轮以及至少一个导向轮，所述张力轮及所述导向轮串联于所述放线轮与所述上导向器之间。

4．上述方案中，所述张力轮的一侧还设有一绕线轮，所述电极丝经由所述张力轮绕制后进入所述绕线轮，经绕线轮绕制后回到所述张力轮进行再次绕制。

5．上述方案中，所述上导向器通过一Z轴驱动机构驱动相对所述立柱在竖直方向移动配合，构成所述上导向器与所述下导向器的距离可调。

本发明的工作原理及优点如下：

本发明一种涡轮盘榫槽的电火花单向走丝线切割加工设备，包括工件定位及位置调整单元，包括工件定位工装、第一转动台、第二转动台及水平驱动机构；工件定位工装定位于第一转台上，第一转台以涡轮盘的轴线为轴转动定位于第二转动台的连接臂上，第二转动台转动连接于水平驱动机构上，转轴位于水平面；水平驱动机构包括X轴、Y轴驱动机构，两者在水平方向移动配合，其中一者与座体装配定位，另一者与第二转动台装配定位；还包括电极丝的收放丝及定位单元，包括放丝机构、上下导向器以及收丝机构；放丝机构包括放线轮，其出线端对应上导向器入线端，上导向器出线端正对下导向器的入线端，电极丝经放丝机构送出后，经上导向器竖直向下进入下导向器；收丝机构的收线端对应下导向器的出线端。

相比现有技术而言，本发明为了满足对涡轮盘榫槽的加工需要，提出了一种带有两个旋转轴和三个直线轴的数控电火花单向走丝线切割加工设备。其中X、Y轴置于座体之上，用于榫槽形状轨迹运动合成，转动轴B轴置于X、Y驱动机构上，用于调整涡轮盘轴心和电极丝的倾斜角度α，转动轴C轴转动连设于B轴的第二转动台，用于每切割一个榫槽后的自动分度。加工时，无论何种型号工件，只要通过数控编程控制可以灵活的切割出不同的形状、角度的榫槽，且加工表面质量好，几乎无微观裂纹和重熔层。综上，本发明具有结构设计巧妙，加工精度高以及加工效率高等优点，且能具有较佳的通用性。

附图说明

附图1为本发明涡轮盘的结构示意图一（侧视视角）；

附图2为本发明涡轮盘的结构示意图二（俯视视角）；

附图3为本发明涡轮盘榫槽的形状示意图；

附图4为本发明实施例的正视图；

附图5为本发明实施例的左侧视图；

附图6为本发明实施例的俯视图；

附图7为本发明实施例榫槽为正旋倾斜状态时工件定位及位置调整单元的结构示意图；

附图8为本发明实施例榫槽为反旋倾斜状态时工件定位及位置调整单元的结构示意图。

以上附图中：0．电极丝；1．涡轮盘；2．榫槽；3．座体；4．工件定位工装；5．第一转动台；6．第二转动台；7．涡轮盘的轴线；8．连接臂；9．第二转动台的转轴；10．X轴拖板；11．Y轴拖板；12．立柱；13．上导向器；14．下导向器；15．收丝机构；16．张力轮；17．导向轮；18．绕线轮；19．Z轴拖板；20．放线轮；α．角度。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

实施例：以下将以图式及详细叙述对本案进行清楚说明，任何本领域技术人员在了解本案的实施例后，当可由本案所教示的技术，加以改变及修饰，其并不脱离本案的精神与范围。

本文的用语只为描述特定实施例，而无意为本案的限制。单数形式如“一”、“这”、“此”、“本”以及“该”，如本文所用，同样也包含复数形式。

关于本文中所使用的“第一”、“第二”等，并非特别指称次序或顺位的意思，亦非用以限定本案，其仅为了区别以相同技术用语描述的组件或操作。

关于本文中所使用的“连接”或“定位”，均可指二或多个组件或装置相互直接作实体接触，或是相互间接作实体接触，亦可指二或多个组件或装置相互操作或动作。

关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。

关于本文中所使用的用词（terms），除有特别注明外，通常具有每个用词使用在此领域中、在本案内容中与特殊内容中的平常意义。某些用以描述本案的用词将于下或在此说明书的别处讨论，以提供本领域技术人员在有关本案之描述上额外的引导。

参见附图4~8所示，一种涡轮盘榫槽的电火花单向走丝线切割加工设备，包括工件定位及位置调整单元，该单元定位于设备的座体3上，包括工件定位工装4、第一转动台5、第二转动台6以及水平驱动机构。

其中，所述工件定位工装4定位于所述第一转台5上，用于夹紧定位待加工的涡轮盘1；所述工件定位工装4包括一芯轴，所述涡轮盘1通过其中心孔穿设于所述芯轴上，并通过螺栓夹紧固定，以此达到快速拆装的效果，同时亦能保证定位后的稳定性。

所述第一转台5以涡轮盘1的轴线7为轴转动定位于一连接臂8上，该连接臂8固设于所述第二转动台6上，该第二转动台6转动连接于所述水平驱动机构上，且第二转动台6的转轴9位于水平面；所述水平驱动机构包括X轴驱动机构（包括X轴拖板10）以及Y轴驱动机构（包括Y轴拖板11），两者在水平方向移动配合，其中一者与所述座体3装配定位，做水平往复位移，另一者与所述第二转动台6装配定位，供第二转动台6转动连接。

加工设备还包括电极丝的收放丝及定位单元，该单元定位于设备的立柱12上，包括放丝机构、上导向器13、下导向器14以及收丝机构15。

其中，所述放丝机构至少包括一放线轮20，该放线轮20的出线端对应所述上导向器13的入线端，该上导向器13的出线端正对所述下导向器14上方的入线端设置，电极丝0经放丝机构送出后，经所述上导向器13竖直向下进入所述下导向器14；所述收丝机构15的收线端对应下导向器14的出线端设置。

优选的，所述放丝机构还包括一张力轮16以及至少一个导向轮17，所述张力轮16及所述导向轮17串联于所述放线轮16与所述上导向器13之间。所述张力轮16通过其内置的磁滞器调节输出扭矩，进而调节电极丝0的送丝速度，达到调节电极丝0张力的效果，以此保证电极丝0的张力能够对涡轮盘1的边缘进行有效切割。

优选的，所述张力轮16的一侧还设有一绕线轮18，所述电极丝0经由所述张力轮16绕制后进入所述绕线轮18，经绕线轮18绕制后回到所述张力轮16进行再次绕制。借此设计，可提高电极丝0和张力轮16的接触，避免电极丝0在张力轮16上打滑，有助于对电极丝0的张力进行有效控制。

优选的，所述上导向器13通过一Z轴驱动机构（包括Z轴拖板19）驱动相对所述立柱12在竖直方向移动配合，构成所述上导向器13与所述下导向器14的距离可调，以此适应不同厚度的涡轮盘1。

优选的，所述第二转动台6的转轴9与所述涡轮盘1下表面的中心线以及所述下导向器14的入线端位于同一水平线上。因此无论涡轮盘1如何翻转，所述下导向器14的入线端都能尽可能地贴近涡轮盘1边缘的下表面，可提升电极丝0的切割效率和切割质量。

现就本发明的工作原理说明如下：

工作时，先将所述涡轮盘1夹紧定位于所述工件定位工装4上，然后根据加工需要，通过第二转动台6绕转轴9（即一B轴）转动，并通过连接臂8驱动所述第一转动台5带着所述涡轮盘1转动至一合适的加工角度（α角）。如图4~6各榫槽2为竖直状态，图7各榫槽2为正旋倾斜状态，图8各榫槽2为反旋倾斜状态。

然后，所述Z轴驱动机构驱动所述上导向器13位移至一加工高度，并通过电极丝0对所述涡轮盘1的边缘开始切割工作。切割的同时，所述X轴驱动机构以及所述Y轴驱动机构分别或同时进行动作，使涡轮盘1进行与待加工榫槽2形状相对应的位移，进而实现该异形榫槽2的切割加工。切割加工的过程中，电极丝0的水平位置保持不变。

当完成一个榫槽2的切割加工之后，所述第一转动台5绕其转轴（即一C轴）转动，对涡轮盘1调整一个分度，然后继续通过电极丝0以及X轴驱动机构、Y轴驱动机构的动作进行下一个榫槽2的切割加工。如此周而复始，直至完成全部榫槽2的切割加工。

相比现有技术而言，本发明为了满足对涡轮盘榫槽的加工需要，提出了一种带有两个旋转轴和三个直线轴的数控电火花单向走丝线切割加工设备。其中X、Y轴置于座体之上，用于榫槽形状轨迹运动合成，转动轴B轴置于X、Y驱动机构上，用于调整涡轮盘轴心和电极丝的倾斜角度α，转动轴C轴转动连设于B轴的第二转动台，用于每切割一个榫槽后的自动分度。加工时，无论何种型号工件，只要通过数控编程控制可以灵活的切割出不同的形状、角度的榫槽，且加工表面质量好几乎无微观裂纹和重熔层。综上，本发明具有结构设计巧妙，加工精度高以及加工效率高等优点，且能具有较佳的通用性。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种涡轮盘榫槽的电火花单向走丝线切割加工设备，其特征在于：

包括工件定位及位置调整单元，该单元定位于设备的座体上，包括工件定位工装、第一转动台、第二转动台以及水平驱动机构；

其中，所述工件定位工装定位于所述第一转台上，用于夹紧定位待加工的涡轮盘；所述第一转台以涡轮盘的轴线为轴转动定位于一连接臂上，该连接臂固设于所述第二转动台上，该第二转动台转动连接于所述水平驱动机构上，且第二转动台的转轴位于水平面；所述水平驱动机构包括X轴驱动机构以及Y轴驱动机构，两者在水平方向移动配合，其中一者与所述座体装配定位，做水平往复位移，另一者与所述第二转动台装配定位，供第二转动台转动连接；

还包括电极丝的收放丝及定位单元，该单元定位于设备的立柱上，包括放丝机构、上导向器、下导向器以及收丝机构；

其中，所述放丝机构至少包括一放线轮，该放线轮的出线端对应所述上导向器的入线端，该上导向器的出线端正对所述下导向器上方的入线端设置，电极丝经放丝机构送出后，经所述上导向器竖直向下进入所述下导向器；所述收丝机构的收线端对应下导向器的出线端设置。

2.根据权利要求1所述的加工设备，其特征在于：所述工件定位工装包括一芯轴，所述涡轮盘通过其中心孔穿设于所述芯轴上，并通过螺栓夹紧固定。

3.根据权利要求1所述的加工设备，其特征在于：所述第二转动台的转轴与所述涡轮盘下表面的中心线以及所述下导向器的入线端位于同一水平线上。

4.根据权利要求1所述的加工设备，其特征在于：所述放丝机构还包括一张力轮以及至少一个导向轮，所述张力轮及所述导向轮串联于所述放线轮与所述上导向器之间。

5.根据权利要求4所述的加工设备，其特征在于：所述张力轮的一侧还设有一绕线轮，所述电极丝经由所述张力轮绕制后进入所述绕线轮，经绕线轮绕制后回到所述张力轮进行再次绕制。

6.根据权利要求1所述的加工设备，其特征在于：所述上导向器通过一Z轴驱动机构驱动相对所述立柱在竖直方向移动配合，构成所述上导向器与所述下导向器的距离可调。

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