CN113510496A - 一种用于可调距螺旋桨叶面加工的随动工装 - Google Patents

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赵永胜
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Abstract

本发明公开了一种用于可调距螺旋桨叶面加工的随动工装，在该随动支撑工装工作过程中与龙门机床、可调距螺旋桨桨叶、桨叶固定工装共同组成随动支撑加工系统。数控系统同时控制龙门机床X1、Y1、Z1、B1、C1轴的运动与随动支撑工装中X2、Y2、Z2轴的运动，实现加工点位与支撑点位同步运动的效果。该工装可根据加工刀具位置进行随动支撑，提升被加工处表面的刚度，从而减小变形，抑制加工颤振，提升表面加工质量。随动工装的支撑范围可根据桨叶的大小进行调整，支撑点位可通过程序控制进行改变，不需人工提前布置支撑结构。该随动工装，整体自动化程度高，方便工艺人员操作，可较大程度的缩减可调距螺旋桨叶面的加工周期，提高表面质量，提升生产效率。

Description

一种用于可调距螺旋桨叶面加工的随动工装
技术领域
本发明涉及一种用于可调距螺旋桨叶面加工的随动工装，属于螺旋桨加工工装结构设计及应用领域，该发明主要用于抑制可调距螺旋桨加工过程中叶梢部分的变形及颤振现象，从而减小加工尺寸误差，提升表面质量。
背景技术
可调距螺旋桨作为全回转推进器的主要动力输出元件，其表面质量对使用性能和服役时长等方面有着重要影响。桨叶叶面的加工主要通过铣削方式完成，铣削加工后的粗糙度、精度等指标对表面质量影响较大。
在现有的可调距螺旋桨加工工艺中，工艺人员会先根据积累的经验在桨叶的部分位置布置数量较少的支撑结构，以减小因铣削力引起的加工形变和加工颤振等问题。但是在加工至螺旋桨叶梢部分区域时，仍然难以避免上述问题发生，导致该区域加工质量降低，需进行额外的人工工艺步骤以改善。
本发明设计一种用于可调距螺旋桨叶面加工的随动工装，该工装可根据加工刀具位置进行随动支撑，提升被加工处表面的刚度，从而减小变形，抑制加工颤振，提升表面加工质量。随动工装的支撑范围可根据桨叶的大小进行调整，支撑点位可通过程序控制进行改变，不需人工提前布置支撑结构。该随动工装，整体自动化程度高，方便工艺人员操作，可较大程度的缩减可调距螺旋桨叶面的加工周期，提高表面质量，提升生产效率。
发明内容
本发明主要针对的技术难题在于解决了，现有可调距螺旋桨加工过程中支撑点位较为固定，无法覆盖至所有刚度较差区域的问题。发明了一种用于可调距螺旋桨叶面加工的随动支撑工装。本发明中的随动支撑头具备XYZ三个方向的自由度，支撑头安装在电动推杠上，可实现Z方向的运动，推杆电机底部安装有测力传感器，用于实时检测支撑力的大小；推杆电机布置在两组正交的水平丝杆导轨上，从而实现XY平面内位置的运动，可通过插补实现较为复杂的曲线运动，以达到支撑螺旋桨自由曲面表面的目的。
本发明采用的技术方案是一种用于可调距螺旋桨叶面加工的随动支撑工装，其特征在于：在该随动支撑工装1工作过程中与龙门机床2，可调距螺旋桨桨叶3，桨叶固定工装4共同组成随动支撑加工系统。数控系统同时控制龙门机床X1、Y1、Z1、B1、C1轴的运动与随动支撑工装中X2、Y2、Z2轴的运动，实现加工点位与支撑点位同步运动的效果。
可调距螺旋桨叶面加工的随动支撑工装由X方向主动导轨1-1、两条X方向辅助导轨1-2、Y方向主动导轨1-3、Z方向电动推缸1-4、驱动电机1-5、末端支撑头1-6和压力传感器1-7组成，在随动工装的下方布置有4个固定安装板1-8，便于工装与机床的工作台进行安装固定。X方向主动导轨和两条X方向辅助导轨均安装在4个固定安装板上，X方向辅助导轨可增加工装工作时的稳定性，通过螺栓将X方向导轨与固定安装板进行连接。Y方向主动导轨横跨于X方向主动导轨及两条X方向辅助导轨上，X、Y方向的导轨经由栓接的方式相互固连。Z方向电动推缸与Y方向的刀轨间则通过轮辐传感器进行连接，轮幅传感器自带螺纹孔，方便和被测物体固定，同时检测加工过程中的支撑力情况。为了便于末端支撑头与Z方向电动推缸的安装，也采用了螺纹连接的方式。
由于随动支撑工装的工作场合中易存在切屑对导轨中的丝杠及直线导轨进行磨损，故在X方向主动导轨、X方向辅助导轨及Y方向主动导轨上均安装有防护板。在随动工装的X、Y、Z轴的正负方向极限位置上装有限位开关，防止运行过程中各轴超出行程。
本发明针对一般可调距螺旋桨加工时的安装调试包含五个步骤：
S1、将随动工装的安装在机床工作台上。
S2、将控制随动工装各轴运动的电气系统与机床电气系统相连接并检验接线正确性。
S3、调试随动工装各轴的运动行程，并恢复至零位。
S4、安装支撑头并运行调试程序，检验系统中各元件是否运行正常。
S5、如果系统未正常运行则重复S1-S4步骤，直至系统正常运行。
本发明主要完成上述五个步骤，采用具体以下技术手段实现的：
所述步骤S1具体包括：调整随动支撑工装与可调距螺旋桨的相对位置，调整完成后，紧固机床工作台上的螺栓与压板，将整体固定。
所述步骤S2具体包括：连接电气系统中运动控制器的通讯线及PLC的通讯线，并完成数控系统中新接入硬件的组态拓扑，分配相应运动轴的编号。
所述步骤S4具体包括：检验压力传感器是否能实时采集支撑过程中支撑头的受力情况；检验各轴运动功能是否正常，运动至极限位置时能否立即停止。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明通过随动支撑工装，使得螺旋桨的支撑位置可跟随加工刀具的刀位点进行移动，可较好的达到抑制螺旋桨叶梢处切削变形和切削颤振的情况。该工装存在XYZ三个方向的自由度，可使得末端支撑结构运动轨迹贴合由自由曲面构成的螺旋桨叶片表面。此外支撑位置的支撑作用力可随加工过程中的切削力产生实时的调整，以达到较优的支撑效果。本发明有效的解决了可调距螺旋桨桨叶生产过程中叶梢部分加工困难的问题，有效的提高了加工质量和加工效率，减少了生产周期及生产成本。
附图说明
图1为一种可调距螺旋桨叶面加工的随动支撑工装工作图图中：1随动支撑工装、2龙门机床、3可调距螺旋桨桨叶、4桨叶固定工装
图2为一种可调距螺旋桨叶面加工的随动支撑工装结构图图中：1-1X方向主动导轨、1-2X方向辅助导轨、1-3Y方向主动导轨、1-4Z方向电动推缸、1-5末端支撑头、1-6轮辐传感器、1-7驱动电机、1-8固定安装板
图3为一种可调距螺旋桨叶面加工的随动支撑工装加工过程细节图
具体实施方式
下面结合附图和技术方案进一步详细说明发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不限于此。
可调距螺旋桨是全回转推进器的主要动力输出元件，其表面加工精度与使用服役性能有着密不可分的关系。在进行可调距螺旋桨的加工过程中时，如附图1所示，需要将其先固定于桨叶固定工装上，通过螺栓穿过桨叶底部的法兰盘进行锁死。然后调整螺旋桨随动支撑工装的位置，让其可以覆盖叶梢部分的区域。
如图2所示，一种用于可调距螺旋桨叶面加工的随动支撑工装包含，1-1X方向主动导轨、1-2X方向辅助导轨、1-3Y方向主动导轨、1-4Z方向电动推缸、1-5末端支撑头、1-6轮辐传感器、1-7驱动电机和1-8固定安装板。X方向主动导轨和两条X方向辅助导轨均安装在4个固定安装板上，X方向辅助导轨可增加工装工作时的稳定性，通过螺栓将X方向导轨与固定安装板进行连接。Y方向主动导轨横跨于X方向主动导轨及两条X方向辅助导轨上，X、Y方向的导轨经由栓接的方式相互固连。Z方向电动推缸与Y方向的刀轨间则通过轮辐传感器进行连接，轮幅传感器自带螺纹孔，方便和被测物体固定，同时检测加工过程中的支撑力情况。为了便于末端支撑头与Z方向电动推缸的安装，也采用了螺纹连接的方式。末端支撑头处选用了万向球轴承提供支撑力，其内部的钢珠轴承结构可与螺旋桨表面的自由曲面间形成高副的接触形式，从而提供有效的支撑力。X方向主动导轨、Y方向主动导轨与X方向辅助导轨均采用了相同结构形式的导轨丝杠运动形式，由于辅助导轨不需要提供动力，故减少了其丝杠结构。驱动电机与主动导轨中的丝杠间通过十字滑块联轴器连接，以提供输出运动平台的动力。
螺旋桨随动支撑工装中XYZ轴的运动位置由数控系统进行控制，故运行的单行数控代码中包含8个轴的运动信息，分别为机床的X、Y、Z、B、C轴和随动工装的X1、Y1、Z1轴。通过该方法，可以实现数控系统中加工刀具点位及支撑点位的同步运动。Z1轴的运动行程由数控代码及轮辐传感器测量的支撑力共同决定，当轮辐传感器检测到受力发生较大变动时，其会根据检测结果适当调整支撑力以达到最佳的支撑效果。该发明中的随动支撑结构，也可用于定距螺旋桨桨叶梢部分或者较为大型薄壁件的加工过程中，可根据加工对象选用不同种类的末端支撑头以适应不同的工况或需求。
本发明一种用于可调距螺旋桨叶面加工的随动支撑工装，可用于不同尺寸的可调距螺旋桨叶面铣削加工过程中，节省了工艺人员手动布置定点支撑工装的工作。此外，其可以有效的提高螺旋桨叶梢部分刚度较差区域的加工质量及加工效率，缩短生产周期。该随动工装结构易与安装和使用，具有一定的生产利用价值。

Claims (4)

1.一种用于可调距螺旋桨叶面加工的随动工装，其特征在于：包括X方向主动导轨、两条X方向辅助导轨、Y方向主动导轨、Z方向电动推缸、驱动电机、末端支撑头和压力传感器，在随动工装的下方布置有四个固定安装板，便于工装与机床的工作台进行安装固定；X方向主动导轨和两条X方向辅助导轨均安装在四个固定安装板上，X方向辅助导轨可增加工装工作时的稳定性，通过螺栓将X方向导轨与固定安装板进行连接；Y方向主动导轨横跨于X方向主动导轨及两条X方向辅助导轨上，X、Y方向的导轨经由栓接的方式相互固连；Z方向电动推缸与Y方向的刀轨间则通过轮辐传感器进行连接，轮幅传感器自带螺纹孔，方便和被测物体固定，同时检测加工过程中的支撑力。
2.根据权利要求1所述的一种用于可调距螺旋桨叶面加工的随动工装，其特征在于：末端支撑头与Z方向电动推缸的安装，采用螺纹连接。
3.根据权利要求1所述的一种用于可调距螺旋桨叶面加工的随动工装，其特征在于：在X方向主动导轨、X方向辅助导轨及Y方向主动导轨上均安装有防护板；在随动工装的X、Y、Z轴的正负方向极限位置上装有限位开关。
4.根据权利要求1所述的一种用于可调距螺旋桨叶面加工的随动工装，其特征在于：可调距螺旋桨加工时的安装调试包含五个步骤：
S1、将随动工装的安装在机床工作台上；该随动工装工作过程中与龙门机床，可调距螺旋桨桨叶，桨叶固定工装共同组成随动支撑加工系统；
S2、将控制随动工装各轴运动的电气系统与机床电气系统相连接并检验接线正确性；
S3、调试随动工装各轴的运动行程，并恢复至零位；
S4、安装支撑头并运行调试程序，检验随动支撑加工系统中各元件是否运行正常；
S5、如果随动支撑加工系统未正常运行则重复S1-S4步骤，直至随动支撑加工系统正常运行；
所述步骤S1具体包括：调整随动支撑工装与可调距螺旋桨的相对位置，调整完成后，紧固机床工作台上的螺栓与压板，将整体固定；
所述步骤S2具体包括：连接电气系统中运动控制器的通讯线及PLC的通讯线，并完成数控系统中新接入硬件的组态拓扑，分配相应运动轴的编号；
所述步骤S4具体包括：检验压力传感器是否能实时采集支撑过程中支撑头的受力情况；检验各轴运动功能是否正常，运动至极限位置时能否立即停止。
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