CN113441799A

CN113441799A - 一种基于绳索驱动的空间曲线长孔加工装置

Info

Publication number: CN113441799A
Application number: CN202110733987.8A
Authority: CN
Inventors: 刘志芳; 罗远新; 牛童
Original assignee: Chongqing University of Technology
Current assignee: Chongqing University of Technology
Priority date: 2021-06-30
Filing date: 2021-06-30
Publication date: 2021-09-28
Anticipated expiration: 2041-06-30
Also published as: CN113441799B

Abstract

本发明公开了一种基于绳索驱动的空间曲线长孔加工装置，涉及空间曲线长孔的复合加工工艺技术领域。本发明包括底座，底座顶端的一端固定有支撑架，支撑架顶端的一侧装配有Z轴向移动机构，支撑架一侧的一端装配有伺服电机，伺服电机的输出端固定有中心轴，中心轴的外侧装配有四个卷筒与四个电磁离合器，且每个电磁离合器均与一个卷筒贴近，底座上表面的中部装配有Y轴向移动机构，Y轴向移动机构的上方装配有X轴向移动机构。本发明通过对结构的设计，有效解决空间曲线孔无法加工的问题，消除加工表面重铸层对疲劳寿命的影响，解决了长期困扰业界的空间曲线孔加工难题。

Description

一种基于绳索驱动的空间曲线长孔加工装置

技术领域

本发明属于空间曲线长孔的复合加工工艺技术领域，特别是涉及一种基于绳索驱动的空间曲线长孔加工装置。

背景技术

冷却流道是新一代航空叶片、精密塑料模具等承受热机复杂载荷共同作用的高性能部件实现冷却的重要空间曲线长孔。国内对曲线孔研究较少，现有技术中采用钻孔等传统工艺往往无法加工复杂的空间曲线长孔，已经有研究者在这方面做了大量的尝试工作，而是主要采用电火花加工工艺；

刘永红等按照仿生学原理设计了基于SMA驱动的曲线孔仿生电火花加工机器人。何山等研究新型曲线孔电火花加工机器人，通过SMA弹簧松紧来控制机器人的移动和停止，通过仿真分析研究复杂的曲线孔加工，但未开展相应的实验研究。他们都是通过特殊设计的板簧或机构将球形工具逐渐深入孔内，虽能加工出单曲率或平面曲线孔，但是电火花加工工具损耗严重，形状稳定性不能确保；且加工定位基准远离被加工位置，位置精度难以保证；另外，电火花加工后被加工件表面会产生重铸层，叶片、模具等高性能零部件将承受极端或复杂载荷作用，冷却孔加工重铸层直接影响其工作寿命，甚至带来灾难性后果；

由于受现有的孔机加工技术的限制，目前采用的冷却流道往往不是空间曲线长孔，而是由多段直线孔替代，这会使其温度梯度增大、降低冷却效率；而且，直孔加工的辅助工艺孔削弱零件结构强度，并在两孔交接处存在明显应力集中现象，大大降低了零部件的载荷极限与疲劳寿命；同时，由于结构限制有时还无法在最优冷却区域加工流道，最优的设计方案难以完全实现，为此，提出了一种基于绳索驱动的空间曲线长孔加工装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于绳索驱动的空间曲线长孔加工装置，以解决现有的问题：空间曲线长孔无法加工，难以减少加工表面重铸层对疲劳寿命的影响。

为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：一种基于绳索驱动的空间曲线长孔加工装置，包括底座，所述底座顶端的一端固定有支撑架，所述支撑架顶端的一侧装配有Z轴向移动机构，所述支撑架一侧的一端装配有伺服电机，所述伺服电机的输出端固定有中心轴，所述中心轴的外侧装配有四个卷筒与四个电磁离合器，且每个所述电磁离合器均与一个卷筒贴近，所述底座上表面的中部装配有Y轴向移动机构，所述Y轴向移动机构的上方装配有X轴向移动机构，所述X轴向移动机构的上方装配有加工件；

所述Z轴向移动机构的一侧装配有可自由调节角度的引导机构。

进一步地，所述引导机构包括有绝缘保护管、若干个关节件、四个侧壁定位绳索与喷嘴探头，所述绝缘保护管的内部装配有若干个关节件，且若干个所述关节件的四周均通过侧壁定位绳索连接，且四个所述侧壁定位绳索的另一端分别与一个卷筒连接，位于最底端的所述关节件的底端固定有喷嘴探头。

进一步地，所述绝缘保护管内部还设置有水管、导电线与激光光纤，所述水管与激光光纤均穿过若干个关节件的中部，且所述水管与激光光纤的一端固定在喷嘴探头处。

进一步地，所述关节件的顶端设有半球型的凸块，所述关节件的底端设有凹陷的半球型槽孔。

进一步地，所述支撑架的形状为倒立的U形。

进一步地，所述伺服电机与支撑架通过装配架连接，且所述装配架与支撑架滑动连接，所述装配架与支撑架通过螺钉固定。

本发明具有以下有益效果：

本发明通过对结构的设计，有效解决空间曲线孔无法加工的问题，消除加工表面重铸层对疲劳寿命的影响，解决了长期困扰业界的空间曲线孔加工难题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述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为现有技术中的一种SMA驱动进给式曲线孔电火花加工仿生机器人结构示意图；

图2为本发明的结构示意图；

图3为本发明引导机构的结构示意图；

图4为本发明关节件的仰视图；

图5为本发明关节件的剖面图；

图6为本发明关节件与侧壁定位绳索的连接示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、底座；2、支撑架；3、Z轴向移动机构；4、Y轴向移动机构；5、X轴向移动机构；6、伺服电机；7、电磁离合器；8、卷筒；9、中心轴；10、加工件；11、引导机构；12、绝缘保护管；13、关节件；14、侧壁定位绳索；15、喷嘴探头；16、水管；17、导电线；18、激光光纤。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-6所示，本发明为一种基于绳索驱动的空间曲线长孔加工装置，包括底座1，底座1顶端的一端固定有支撑架2，支撑架2的形状为倒立的U形，支撑架2顶端的一侧装配有Z轴向移动机构3，支撑架2一侧的一端装配有伺服电机6，伺服电机6与支撑架2通过装配架连接，且装配架与支撑架2滑动连接，装配架与支撑架2通过螺钉固定，能够方便对伺服电机6的高度进行调节，伺服电机6的输出端固定有中心轴9，中心轴9的外侧装配有四个卷筒8与四个电磁离合器7，且每个电磁离合器7均与一个卷筒8贴近，伺服电机6可控制每个电磁离合器7与其对应的卷筒8之间的接合和分离状态，底座1上表面的中部装配有Y轴向移动机构4，Y轴向移动机构4的上方装配有X轴向移动机构5，X轴向移动机构5的上方装配有加工件10，Y轴向移动机构4能够控制加工件10进行Y轴方向的移动，X轴向移动机构5能够控制加工件10进行X轴方向的移动；

进一步地，Z轴向移动机构3的一侧装配有可自由调节角度的引导机构11，Z轴向移动机构3能够控制引导机构11进行Z轴方向的移动，即调节引导机构11伸入加工件10的深度，通过与Y轴向移动机构4和X轴向移动机构5配合，能够对加工件10开设出空间曲线孔；

具体的，引导机构11包括有绝缘保护管12、若干个关节件13、四个侧壁定位绳索14与喷嘴探头15，绝缘保护管12的内部装配有若干个关节件13，且若干个关节件13的四周均通过侧壁定位绳索14连接，且四个侧壁定位绳索14的另一端分别与一个卷筒8连接，通过控制电磁离合器7与卷筒8的接合和分离状态，能够单独驱动侧壁定位绳索14，调节侧壁定位绳索14的曲率，进而调节引导机构11整体的曲率，通过对四个侧壁定位绳索14单独的控制，可以形成任意方向的空间曲率，在与Z轴向移动机构3、Y轴向移动机构4以及X轴向移动机构5配合时，能够完成空间曲线孔的复合加工，位于最底端的关节件13的底端固定有喷嘴探头15；

进一步地，绝缘保护管12内部还设置有水管16、导电线17与激光光纤18，水管16与激光光纤18均穿过若干个关节件13的中部，且水管16与激光光纤18的一端固定在喷嘴探头15处，水管16的另一端与外部输液泵连接，当引导机构11伸入加工件10内之后，通过激光光纤18射出激光，能够对加工件10进行开孔，激光辅助电化学加工过程中，激光能和离子能共同作用，使材料表面无重铸层，而且在激光照射区域易产生“局部效应”，提高激光照射区域材料的去除速度30～50%，有利于材料局部定向去除，且水管16处喷出电解液能够对加工区域进行有效的冷却，及时地带走在加工区域烧蚀的热量。

本实施例的一个具体应用为：在对加工件10进行加工时，首先将加工件10固定在X轴向移动机构5上，启动装置，通过Z轴向移动机构3能够控制引导机构11整体的高度，在进行加工时，通过伺服电机6控制每个电磁离合器7与其对应的卷筒8之间的接合和分离状态，进而驱动侧壁定位绳索14，调节侧壁定位绳索14的曲率，调节引导机构11整体的曲率，通过对四个侧壁定位绳索14单独的控制，可以形成任意方向的空间曲率，在加工过程中不断的调节引导机构11的曲率，同时控制Z轴向移动机构3、Y轴向移动机构4与X轴向移动机构5对加工件10以及引导机构11的位置进行调节，在激光加工的间隙，从水管16喷出的电解液束能够对加工区域有效的冷却，及时地带走在加工区域烧蚀的热量，通过喷嘴探头15喷射出的激光束对工件喷嘴探头15待加工区域进行加工，累积形成空间曲线长孔，激光辅助电化学加工过程中，激光能和离子能共同作用，使材料表面无重铸层，而且在激光照射区域易产生“局部效应”，提高激光照射区域材料的去除速度30～50%，有利于材料局部定向去除。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims

1.一种基于绳索驱动的空间曲线长孔加工装置，其特征在于：包括底座（1），所述底座（1）顶端的一端固定有支撑架（2），所述支撑架（2）顶端的一侧装配有Z轴向移动机构（3），所述支撑架（2）一侧的一端装配有伺服电机（6），所述伺服电机（6）的输出端固定有中心轴（9），所述中心轴（9）的外侧装配有四个卷筒（8）与四个电磁离合器（7），且每个所述电磁离合器（7）均与一个卷筒（8）贴近，所述底座（1）上表面的中部装配有Y轴向移动机构（4），所述Y轴向移动机构（4）的上方装配有X轴向移动机构（5），所述X轴向移动机构（5）的上方装配有加工件（10）；

所述Z轴向移动机构（3）的一侧装配有可自由调节角度的引导机构（11）。

2.根据权利要求1所述的一种基于绳索驱动的空间曲线长孔加工装置，其特征在于：所述引导机构（11）包括有绝缘保护管（12）、若干个关节件（13）、四个侧壁定位绳索（14）与喷嘴探头（15），所述绝缘保护管（12）的内部装配有若干个关节件（13），且若干个所述关节件（13）的四周均通过侧壁定位绳索（14）连接，且四个所述侧壁定位绳索（14）的另一端分别与一个卷筒（8）连接，位于最底端的所述关节件（13）的底端固定有喷嘴探头（15）。

3.根据权利要求2所述的一种基于绳索驱动的空间曲线长孔加工装置，其特征在于：所述绝缘保护管（12）内部还设置有水管（16）、导电线（17）与激光光纤（18），所述水管（16）与激光光纤（18）均穿过若干个关节件（13）的中部，且所述水管（16）与激光光纤（18）的一端固定在喷嘴探头（15）处。

4.根据权利要求2所述的一种基于绳索驱动的空间曲线长孔加工装置，其特征在于：所述关节件（13）的顶端设有半球型的凸块，所述关节件（13）的底端设有凹陷的半球型槽孔。

5.根据权利要求1所述的一种基于绳索驱动的空间曲线长孔加工装置，其特征在于：所述支撑架（2）的形状为倒立的U形。

6.根据权利要求1所述的一种基于绳索驱动的空间曲线长孔加工装置，其特征在于：所述伺服电机（6）与支撑架（2）通过装配架连接，且所述装配架与支撑架（2）滑动连接，所述装配架与支撑架（2）通过螺钉固定。