CN112518446A - 一种航空发动机蜂窝件数控立车磨的加工装置和方法 - Google Patents

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Abstract

一种航空发动机蜂窝件数控立车磨的加工装置，由电磨头、砂轮、转接定位块、压紧螺钉、紧固螺栓、定位夹具构成；所述转接定位块上端通过压紧螺钉定位于数控立车刀架上，所述电磨头通过紧固螺栓与转接定位块的下端相连接，所述转接定位块中间设有圆内孔，与其上端的定位、压紧平面在两侧形成扇形槽，两侧扇形槽可作为起吊槽使用，方便搬运、保证操作人员安全；所述砂轮装配在电磨头主轴上，加工环状蜂窝件的柱状内弧面时，仅需修整砂轮外圆面；加工环状蜂窝件的阶梯状内弧面时，修整砂轮外圆面和端面，即能同时保证蜂窝径向和轴向尺寸的精度要求。

Description

一种航空发动机蜂窝件数控立车磨的加工装置和方法
技术领域
本发明涉及一种航空发动机蜂窝件的加工装置和方法，具体涉及一种航空发动机蜂窝件数控立车磨的加工装置和方法。
背景技术
航空发动机环形蜂窝件是发动机内使用一个特殊气封部件，此件不但具有较好的封严特性，而且还有较好的转子动力学特性。采用蜂窝结构的环形气封可以对转静子间隙中的气体流动起到有效的抑制作用，其精度要求很高，并能够耐高温，从而减少气流泄漏损失，提高航空发动机的效率。在万一发生动静件碰磨时，由于蜂窝件设计成壁厚仅为0.05mm左右，首先磨损的是蜂窝件，环形蜂窝件的使用能有效减少转子振动，保证航空发动机的稳定高效运行。
航空发动机环形蜂窝件的蜂窝由厚度仅为0.05mm的镍基高温合金薄板经特殊设备焊接成的正六面体蜂窝栅格组成，尺寸很小，可以参见图1，环形蜂窝件(在截面上还具有阶梯的结构)的蜂窝栅格通常为高度0.8mm，壁厚0.05mm的正六边形，环形面及阶梯面为加工面，要求极高的加工精度且不能使薄壳变形，通过对该面的加工使其满足航空发动机设计的漏气间隙要求。
数控立车是平台带动工件进行回旋旋转，刀头能够编程进行XY的平动与上下进动，并无旋转的功能，虽然得到广泛应用且成本价格均较低，但并不能直接用于上述薄壳构件的加工。
由于蜂窝自身材料为难加工的镍基高温合金材料，且蜂窝蜂格整体刚性较差，加工面极其柔软，采用传统机械加工方式，其缺点如下：
Figure BDA0002796970520000021
随着航空发动机技术的发展，对环形密封蜂窝结构的要求也随之提高，如果能保证加工零件的质量，而不需要价格昂贵的专用设备，并提高效率和有效节约生产制造成本是加工技术的方向。
发明内容
本发明目的是，针对上述问题，提出一种航空发动机环形蜂窝件数控立车磨的加工装置和方法，尤其是采用数控立车设备进行磨削加工，采用数控立车设备的编程定位功能和加工头，不仅加工找正(准确的磨削位置)便捷、可靠，加工周期短，且加工精度高(尤其适合加工阶梯状蜂窝)，而且加工效率高。
本发明装置和方法是通过以下技术方案实现的：一种航空发动机蜂窝件数控立车磨的加工装置和方法，其特征是，由电磨头、砂轮、转接定位块、压紧螺钉、紧固螺栓、定位夹具构成；
所述转接定位块上端通过压紧螺钉定位于数控立车刀架上，所述电磨头通过紧固螺栓与转接定位块的下端相连接，所述转接定位块中间设有圆内孔，与其上端的定位、压紧平面在两侧形成扇形槽，两侧扇形槽可作为起吊槽使用，方便搬运、保证操作人员安全；
所述砂轮装配在电磨头主轴上，所述砂轮装配在电磨头主轴上，加工环状蜂窝件的柱状内弧面时，仅需修整砂轮外圆面；加工环状蜂窝件的阶梯状内弧面时，修整砂轮外圆面和端面，即能同时保证蜂窝径向和轴向尺寸的精度要求。
所述加工装置和方法的定位夹具，固定在数控立车的工作台面上，用于固定待磨蜂窝件，定位夹具装配在数控立车工作台上时不需要精确找正，加工时在定位夹具的定位止口处留加工余量，待定位夹具装配在数控立车工作台上后，再用数控立车对其放量的定位止口进行车削精加工，然后再将航空发动机蜂窝件装配在该定位夹具的定位止口上，即可实现该蜂窝件的高效精准找正。
使用此装置和方法加工航空发动机蜂窝件时，只需将蜂窝件装配在定位夹具上，数控立车控制其工作台作逆时针旋转运动，电磨头带动砂轮作顺时针旋转运动，数控立车控制其刀架带动电磨头和砂轮作上下、左右的磨削进给运动。
进一步，航空发动机蜂窝件数控立车磨的加工方法，采用数控立车设备对薄壳蜂窝件进行磨削加工，薄壳蜂窝件固定在定位夹具上，定位夹具装配在数控立车工作台上，定位夹具装配在数控立车工作台时在定位夹具的定位止口处留0.5mm±0.2左右的组合加工余量，待定位夹具装配在数控立车工作台上后，再用数控立车对其放量的定位止口进行车削精加工，然后再将航空发动机蜂窝件装配在该定位夹具的定位止口上，即实现该被加工蜂窝件的高效精准找正；数控立车控制其刀架带动电磨头和砂轮作平动确定磨削位置和磨削偏移量，电磨头高速磨削，且电磨头能上下进动磨削；数控立车工作台通过编程控制定位夹具旋转和刀架带动电磨头的XY位置的平动和上下进动位置即磨削位置。
进一步的，(砂轮)磨头通过转接定位块上端通过压紧螺钉定位于数控立车刀架上，所述电磨头通过紧固螺栓与转接定位块的下端相连接，所述转接定位块中间设有圆内孔，与其上端的定位、压紧平面在两侧形成扇形槽；所述砂轮装配在电磨头主轴上，加工蜂窝柱状内弧面时，仅需预定砂轮的外径及修整砂轮外圆面。
进一步的，加工环状蜂窝件阶梯状内弧面时，同时修整砂轮外圆面和前端面，控制砂轮前端面的伸入环状蜂窝件内圈的位置和磨削偏移量，能同时保证蜂窝径向和轴向尺寸的精度要求，用于磨削台阶孔。
进一步的，工作台能够旋转任何角度便于磨削加工。
有益效果：本发明加工的对象是尺寸小且薄壳结构，精度又要求极高，利用相对成本不高的数控立车加上高速电磨头砂轮的叠加完成薄壳构件的磨削精加工，精度和效率均大幅改善。利用本发明改进的装置和方法的优点：本发明加工装置中定位夹具，固定在数控立车的工作台面上，用于固定待磨蜂窝件，定位夹具装配在数控立车工作台上时不需要精确找正，对薄壳蜂窝件易加工、易检测、装夹快速、可靠，加工精度高(尤其适合加工阶梯状蜂窝)，不仅不需要传统加工中的专用设备，还能在保证加工质量的基础上有效缩短加工周期。本发明是一种加工找正便捷、可靠，加工周期短，加工精度高(尤其适合加工阶梯状蜂窝即阶梯环形面)，易检测(数控立车的数控工作台能够给出位置数据)；蜂窝件数控立车磨的加工装置和方法。
附图说明
图1为蜂窝栅格示意图；
图2为航空发动机蜂窝件数控立车磨示意图；
图3为阶梯状内弧面蜂窝件数控立车磨局部放大图；
图4为转接定位块3D图。
具体实施方式
以下结合附图对本加工装置和方法作进一步详细描述：
图1中只是说明了待加工工件的尺寸，孔径只有1毫米左右，加工的薄壳构件的厚度只有0.05毫米左右。高速旋转的电磨头的转速并无特定要求，每分钟上1000、3000甚至10000转均可，可以均匀磨削环形的加工面和阶梯形的加工面。如图2、图3、图4所示，所述加工装置和方法参考：电磨头4、砂轮5、转接定位块3、压紧螺钉1、紧固螺栓2、定位夹具6、待加工的工件7；能够高速旋转的电磨头4作为磨削加工的主力加装到数控立车的刀架上，刀架本来是没有旋转动力的，而只有三维位置移动的编程控制，本发明仍然利用数控立车的三维位置移动的编程控制，数控立车的工作台则无须高速旋转，当然工作台能够一定速度旋转更便于磨削，可以每分钟在1000-5000。
加工阶梯时，所述电磨头通过紧固螺栓与转接定位块的下端相连接，同时修整砂轮外圆面和前端面，控制前端面的伸入尺寸和磨削偏移量，所述砂轮装配在电磨头主轴上，仅需预定砂轮的外径及修整砂轮外圆面。
参见图2，所述加工装置和方法的电磨头4通过紧固螺栓2与转接定位块3下端相连接，转接定位块3上端通过压紧螺钉1定位于数控立车刀架上，由刀架带动其作上下、左右的磨削进给运动；
参见图2、图4，所述加工装置和方法的转接定位块3中间设有圆内孔，圆内孔下端与电磨头4定位，圆内孔上端与其定位、压紧的两侧平面形成扇形槽，在操作人员装配时，两侧扇形槽可作为起吊槽使用，方便搬运、保证操作人员安全；
参见图2、3、4所述加工装置和方法的砂轮5装配在电磨头4主轴上，待电磨头通电后，由电磨头4带动其作顺时针旋转运动。
加工蜂窝柱状内弧面时，仅需修整砂轮外圆面；加工蜂窝阶梯状内弧面时，修整砂轮外圆面和端面，即可同时保证蜂窝径向和轴向尺寸的精度要求；电磨头带动砂轮的转速范围，每分钟1000-2000；工作台转速：每分钟5-100转，直径越大，工作台转速转速越低。
参见图2，所述加工装置和方法的定位夹具6，装配在数控立车上时不需要精确找正，加工时在其定位止口处留0.5mm组合加工余量，待定位夹具6装配在数控立车工作台上后，再用数控立车对其放量的夹具的定位止口进行车削精加工(利用立车的本身的车刀)，然后再将航空发动机蜂窝件装配在该定位夹具6的定位止口上，这样即可轻松实现该蜂窝件在数控立车上的高效精准找正，节省大量的加工找正时间。
上述加工装置和方法在使用时，只需将待加工的蜂窝件装配在定位夹具6上，开机床，让数控立车工作台带动定位夹具6和待磨蜂窝件作逆时针旋转(不断偏移某一角度找到等待加工的工件孔)运动，电磨头4带动砂轮5作顺时针旋转运动，数控立车控制其刀架带动电磨头和砂轮作上下、左右的磨削进给运动，即可轻易实现航空发动机蜂窝件的高效精确(包括阶梯)加工。图5给出电磨头4带动砂轮5加工阶梯孔的示意图。

Claims (7)

1.一种航空发动机蜂窝件数控立车磨的加工装置，其特征是，由电磨头、砂轮、转接定位块、压紧螺钉、紧固螺栓、定位夹具构成；
所述转接定位块上端通过压紧螺钉定位于数控立车刀架上，所述电磨头通过紧固螺栓与转接定位块的下端相连接，所述转接定位块中间设有圆内孔，与其上端的定位、压紧平面在两侧形成扇形槽，两侧扇形槽可作为起吊槽使用，方便搬运、保证操作人员安全；
所述砂轮装配在电磨头主轴上，加工环状蜂窝件的柱状内弧面时，仅需修整砂轮外圆面；加工环状蜂窝件的阶梯状内弧面时，修整砂轮外圆面和端面，即能同时保证蜂窝径向和轴向尺寸的精度要求。
2.根据权利要求1所述加工装置，其特征是，固定在数控立车的工作台面上，用于固定待磨蜂窝件。
3.根据权利要求1或2所述的加工装置进行航空发动机蜂窝件数控立车磨的加工方法，其特征是，采用数控立车设备对薄壳蜂窝件进行磨削加工，薄壳蜂窝件固定在定位夹具上，定位夹具装配在数控立车工作台上，定位夹具装配在数控立车工作台时在定位夹具的定位止口处留0.5mm±0.2左右的组合加工余量，待定位夹具装配在数控立车工作台上后，再用数控立车对其放量的定位止口进行车削精加工，然后再将航空发动机蜂窝件装配在该定位夹具的定位止口上，即实现该被加工蜂窝件的高效精准找正；数控立车控制其刀架带动电磨头和砂轮作平动确定磨削位置和磨削偏移量，电磨头高速磨削，且电磨头能上下进动磨削；数控立车工作台通过编程控制定位夹具旋转和刀架带动电磨头的XY位置的平动和上下进动位置即磨削位置。
4.根据权利要求3所述的加工方法，其特征是，(砂轮)磨头通过转接定位块上端通过压紧螺钉定位于数控立车刀架上，所述电磨头通过紧固螺栓与转接定位块的下端相连接，所述转接定位块中间设有圆内孔，与其上端的定位、压紧平面在两侧形成扇形槽；所述砂轮装配在电磨头主轴上，加工蜂窝柱状内弧面时，仅需预定砂轮的外径及修整砂轮外圆面。
5.根据权利要求4所述的加工方法，其特征是，加工环状蜂窝件阶梯状内弧面时，同时修整砂轮外圆面和前端面，控制砂轮前端面的伸入环状蜂窝件内圈的位置和磨削偏移量，能同时保证蜂窝径向和轴向尺寸的精度要求，用于磨削台阶孔。
6.根据权利要求4所述的加工方法，其特征是，数控立车工作台带动定位夹具6和待磨蜂窝件作逆时针旋转、且不断偏移某一角度找到等待加工的工件孔运动，电磨头4带动砂轮5作顺时针旋转运动。
7.根据权利要求4-6之一所述的加工方法，其特征是，电磨头带动砂轮的转速范围，每分钟1000-2000；工作台转速：每分钟5-100转，直径越大，转速越低。
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