CN113560644A - 一种高速精密卧式五轴联动航空发动机叶片数控铣削中心 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种高速精密卧式五轴联动航空发动机叶片数控铣削中心，属于金属铣削设备的技术领域，其包括床身和立柱，所述床身与所述立柱滑动连接，所述立柱的一侧设置有滑动座，所述立柱靠近所述滑动座的一侧固定有两个平行设置的Z轴导轨，Z轴导轨竖直方向设置，所述滑动座靠近立柱的一侧固定有分别与两个所述Z轴导轨滑动连接的两个Z轴滑块；所述立柱上设置有两组驱动滑动座上下移动的Z轴驱动组件，所述滑动座靠近床身的一侧设置有主轴箱，所述主轴箱靠近所述床身的一侧安装有刀具主轴，所述滑动座远离所述主轴箱的一侧固定有驱动所述主轴箱转动的驱动件。本申请具有提高铣削中心整体的刚性的效果。

Description

一种高速精密卧式五轴联动航空发动机叶片数控铣削中心

技术领域

本申请涉及金属铣削设备的技术领域，尤其是涉及一种高速精密卧式五轴联动航空发动机叶片数控铣削中心。

背景技术

五轴联动加工中心是机加工中的高端装备，可以高效地不换刀或少换刀地一次加工出叶轮、叶片等复杂曲面，同时可实现自动化生产线。叶片加工中心是一种专门用于加工叶片这样的复杂曲面的加工设备,具有高效率、高精度的特点。

如专利号为ZL201120234052.7的中国实用新型专利公开了一种五轴联动叶片加工中心，其包括床身及X1、X2、Y、Z1、Z2五个直线轴和A轴、副A轴、B轴三个回转轴，在床身上方设有X1轴拖板，X1轴拖板上方设有Y轴拖板，在Y轴拖板上固定安装B轴，铣削主轴通过支架与B轴联接在一起，在床身前方设有Z1轴拖板、Z2轴拖板。这种布局方式刀具主轴随Y轴悬伸出来，整体刚性不好。

发明内容

为了提高铣削中心整体的刚性，本申请提供一种高速精密卧式五轴联动航空发动机叶片数控铣削中心。

本申请提供的一种高速精密卧式五轴联动航空发动机叶片数控铣削中心采用如下的技术方案：

一种高速精密卧式五轴联动航空发动机叶片数控铣削中心，包括床身和立柱，所述床身与所述立柱滑动连接，所述立柱的一侧设置有滑动座，所述立柱靠近所述滑动座的一侧固定有两个平行设置的Z轴导轨，Z轴导轨竖直方向设置，所述滑动座靠近立柱的一侧固定有分别与两个所述Z轴导轨滑动连接的两个Z轴滑块；

所述立柱上设置有两组驱动滑动座上下移动的Z轴驱动组件，所述滑动座靠近床身的一侧设置有主轴箱，所述主轴箱靠近所述床身的一侧安装有刀具主轴，所述滑动座远离所述主轴箱的一侧固定有驱动所述主轴箱转动的驱动件。

通过采用上述技术方案，立柱连接在床身顶面，立柱上固定有Z轴导轨，Z轴驱动组件能够驱动滑动座沿着Z轴导轨滑动，主轴箱安装在滑动座上，刀具主轴安装到主轴箱上，驱动件能够驱动主轴箱转动。将主轴箱安装到滑动座上，滑动座与立柱滑动连接，提高了铣削中心的刚性。

可选的，所述Z轴驱动组件包括Z轴电机和Z轴丝杆，所述Z轴电机固定在所述立柱远离床身的一端，所述Z轴电机的输出轴与所述Z轴丝杆固定，所述Z轴丝杆远离所述Z轴电机的一端设置有固定在所述立柱侧壁的Z轴安装块，所述Z轴丝杆与所述Z轴安装块转动连接，所述滑动座的侧壁上固定有Z轴连接块，所述Z轴丝杆贯穿所述Z轴连接块并与Z轴连接块螺纹连接。

通过采用上述技术方案，对工件进行加工需要驱动刀具主轴竖直方向移动时，Z轴电机驱动Z轴丝杆转动，Z轴丝杆带动Z轴连接块和滑动座在竖直方向移动，滑动座带动主轴箱和刀具主轴上下移动。

可选的，所述床身上设置有驱动立柱滑动的X轴驱动组件，所述X轴驱动组件包括固定在床身上的X轴电机和与所述X轴电机输出轴固定的X轴丝杆；

通过采用上述技术方案，立柱需要沿着X所述床身上连接有两个平行设置的X轴导轨，所述立柱的底端固定有两个平行设置的X轴滑块，所述X轴滑块与对应的所述X轴导轨滑动配合，所述立柱的底端固定有位于两个所述X轴滑块中间的X轴连接块，所述X轴丝杆贯穿所述X轴连接块并与X轴连接块螺纹连接。

轴滑动时，X轴电机驱动X轴丝杆转动，X轴丝杆带动X轴连接块沿着X轴滑动，X轴连接块带动立柱沿着X轴滑动。

可选的，所述床身上方设置有Y轴滑板支撑座，所述床身的顶面上连接有两个平行设置并与X轴导轨垂直设置的Y轴导轨，所述Y轴滑板支撑座与所述Y轴导轨滑动连接；

所述床身上设置有驱动Y轴滑板支撑座沿着Y轴导轨滑动的Y轴驱动组件，Y轴驱动组件包括固定在床身上的Y轴电机和与Y轴电机输出轴固定的Y轴丝杆，所述Y轴滑板支撑座的底端固定有Y轴连接块，所述Y轴丝杆贯穿Y轴连接块并与Y轴连接块螺纹连接，所述Y轴滑板支撑座上设置有对工件进行装夹的装夹组件。

通过采用上述技术方案，对工件进行加工时，先将工件通过装夹组件装夹，Y轴电机能够驱动Y轴丝杆转动，Y轴丝杆带动Y轴连接块沿着Y轴导轨滑动，Y轴滑板支撑座带动工件沿着Y轴导轨滑动。

可选的，所述装夹组件包括固定在所述Y轴滑板支撑座一侧的左头架和安装在左头架上的第一旋转轴，所述Y轴滑板支撑座远离左头架的一侧滑动连接有右头架，所述右头架上安装有第二旋转轴，所述第一旋转轴和所述第二旋转轴上均安装有用来装夹工件的夹具；

所述Y轴滑板支撑座上设置有驱动所述右头架滑动的U轴驱动组件，U轴驱动组件包括固定在Y轴滑板支撑座上的U轴电机和与U轴电机输出轴固定的U轴丝杆，所述右头架上的底端固定有U轴连接块，所述U轴丝杆贯穿所述U轴连接块并与U轴连接块螺纹连接。

通过采用上述技术方案，对工件进行装夹时，在第一旋转轴和第二旋转轴上分别安装上夹具，U轴电机驱动丝杆转动，丝杆带动U轴连接块和右头架移动，右头架带动第二旋转轴移动，将右头架移动到合适的位置，从而使第一旋转轴上的专用夹具和第二旋转轴的专用夹具对工件进行夹持。

可选的，所述滑动座的靠近床身的一侧固定有圆弧导轨，所述主轴箱靠近所述滑动座的一侧固定有与所述圆弧导轨滑动连接的箱体滑块。

通过采用上述技术方案，当驱动件驱动主轴箱和刀具主轴转动时，主轴箱上的箱体滑块沿着圆弧导轨滑动，增加了主轴箱转动时的稳定性。

可选的，所述床身的顶面上开设有两个排屑槽，所述排屑槽位于所述X轴导轨和所述Y轴电机之间，所述排屑槽的长度方向与所述X轴导轨的长度方向平行，每个所述排屑槽中均设置有排屑螺杆，所述床身的侧壁上固定有两个排屑电机，每个所述排屑电机控制一个所述排屑螺杆转动，所述床身远离所述排屑电机的侧壁上设置有两个排屑管，所述排屑管与所述排屑槽连通。

通过采用上述技术方案，切屑掉落到排屑槽中，排屑电机带动排屑螺杆转动，排屑螺杆将排屑槽中的铁屑从排屑槽中输送出来，设置两个排屑槽，排屑的速度更快，不易堆屑。

可选的，所述床身顶面的四周固定有挡板。

通过采用上述技术方案，床身顶面的四周固定有挡板，挡板能够减小铁屑掉落到地面上的可能性。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.该五轴联动叶片加工中心的主轴为卧式布局,这种布局方式各轴动态性能良好，Z轴采用双驱，Z轴的动态性能好，可以有效地避免叶片加工过程中的“过切”现象；

2.该五轴联动叶片加工中心的U轴与X轴分别用一套导轨，采用此种布局方式可以起到减少由于B轴摆动引起的X、Z两轴频繁的补偿运动的作用，并且具有消耗功率少，移动速度快等优点。此种结构布局对叶片加工的插补运动起到了良好的补偿效果。

附图说明

图1是体现本申请的整体结构示意图。

图2是体现本申请中X轴驱动组件的示意图。

图3是体现本申请中排屑组件的示意图。

图4是体现本申请中Z轴导轨和Z轴滑块的示意图。

图5是体现本申请中圆弧导轨和箱体滑块的示意图。

图6是体现本申请中U轴驱动组件的示意图。

附图标记说明：1、床身；11、X轴固定块；12、X轴导轨；13、X轴安装块；14、Y轴固定块；15、Y轴导轨；16、Y轴安装块；17、排屑管；18、挡板；2、立柱；21、X轴滑块；22、X轴连接块；23、Z轴导轨；24、机械手刀库；25、Z轴安装块；3、X轴驱动组件；31、X轴电机；32、X轴丝杆；4、滑动座；41、Z轴滑块；42、Z轴连接块；43、驱动电机；44、主轴箱；45、刀具主轴；46、圆弧导轨；47、箱体滑块；5、Z轴驱动组件；51、Z轴电机；52、Z轴丝杆；6、Y轴滑板支撑座；61、Y轴滑块；62、Y轴连接块；63、U轴安装块；64、U轴导轨；65、U轴连接块；7、Y轴驱动组件；71、Y轴电机；72、Y轴丝杆；8、装夹组件；81、左头架；811、第一旋转轴；82、右头架；821、第二旋转轴；822、U轴滑块；9、U轴驱动组件；91、U轴电机；92、U轴丝杆；10、排屑槽；100、排屑组件；1001、排屑电机；1002、排屑螺杆。

具体实施方式

以下结合附图1-6对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种高速精密卧式五轴联动航空发动机叶片数控铣削中心。参照图1，卧式五轴联动的叶片铣削中心包括床身1和立柱2，立柱2设置在床身1的顶面上，床身1的顶面上固定有两个平行设置的X轴固定块11，每个X轴固定块11上均固定有X轴导轨12，X轴导轨12水平方向设置。

参照图2和图3，立柱2的底端固定有两个X轴滑块21，每个X轴滑块21与对应的X轴导轨12滑动连接。两个X轴导轨12的中间设置有X轴驱动组件3，X轴驱动组件3能够驱动立柱2沿着X轴导轨12移动。

X轴驱动组件3包括X轴电机31和X轴丝杆32，X轴电机31的输出轴与X轴丝杆32固定，立柱2的底端固定有X轴连接块22，X轴连接块22位于两个X轴导轨12的中间，X轴丝杆32贯穿X轴连接块22并与X轴连接块22螺纹连接，X轴丝杆32远离X轴电机31的一端设置有X轴安装块13，X轴安装块13固定在床身1上表面，X轴丝杆32与X轴安装块13转动连接。X轴电机31带动X轴丝杆32转动，X轴丝杆32转动带动X轴连接块22和立柱2沿着X轴丝杆32的轴线移动。

参照图4和图5，立柱2的侧壁上固定有两个竖直设置的Z轴导轨23，立柱2的一侧设置有滑动座4，滑动座4靠近立柱2的一侧固定有两个Z轴滑块41，Z轴滑块41与对应的Z轴导轨23滑动连接。立柱2上设置有两组驱动滑动座4沿着Z轴导轨23滑动的Z轴驱动组件5。

两组Z轴驱动组件5位于立柱2的同一侧并且对称设置。Z轴驱动组件5包括Z轴电机51和Z轴丝杆52，Z轴电机51固定在立柱2的顶端，Z轴电机51的输出轴与Z轴丝杆52固定，滑动座4靠近立柱2的一端固定有Z轴连接块42，Z轴丝杆52贯穿Z轴连接块42并与Z轴连接块42螺纹连接。

立柱2靠近滑动座4的一侧固定有Z轴安装块25，Z轴丝杆52远离Z轴电机51的一端与Z轴安装块25转动连接。Z轴电机51带动Z轴丝杆52转动，Z轴丝杆52转动带动Z轴连接块42沿着Z轴丝杆52的轴线运动。

滑动座4顶端的中心位置安装有驱动件，驱动件为驱动电机43，驱动电机43的轴线定义为B轴，驱动电机43位于滑动座4远离床身1的一侧，滑动座4的下方设置有主轴箱44，主轴箱44的中心固定有刀具主轴45，驱动电机43的输出轴与主轴箱44连接，立柱2的一侧设置有机械手刀库24，机械手刀库24内安装了加工所需要的刀具，机械手刀库24为圆盘形刀库，圆盘形刀库固定在立柱2的侧壁上。该五轴联动叶片加工中心的主轴为卧式布局,B轴为立式,这种布局方式各轴动态性能良好，可以有效地避免叶片加工过程中的“过切”现象。

滑动座4远离驱动电机43的一侧固定有圆弧导轨46，主轴箱44靠近滑动座4的一端固定有与圆弧导轨46滑动连接的箱体滑块47。驱动电机43能够驱动主轴箱44沿着圆弧导轨46旋转-45°～+90°。主轴箱44沿着圆弧导轨46进行旋转，提高了主轴箱44旋转时的稳定性。

参照图1和图2，在床身1的顶面上固定有两个平行设置的Y轴固定块14，每个Y轴固定块14上均固定有Y轴导轨15，Y轴导轨15与X轴导轨12垂直设置，在Y轴导轨15上滑动连接有Y轴滑板支撑座6，Y轴滑板支撑座6的底部固定有两个平行设置的Y轴滑块61，Y轴滑块61与对应的Y轴导轨15滑动连接，床身1顶面上设置有驱动Y轴滑板支撑座6沿着Y轴导轨15移动的Y轴驱动组件7。

Y轴驱动组件7包括Y轴电机71和Y轴丝杆72，Y轴电机71固定在床身1顶面，Y轴电机71的输出轴与Y轴丝杆72固定连接，Y轴滑动支撑座6的底端固定有Y轴连接块62，Y轴丝杆72贯穿Y轴连接块62并与Y轴连接块62螺纹连接。

Y轴丝杆72远离Y轴电机71的一端设置有Y轴安装块16，Y轴安装块16固定在床身1顶面，Y轴丝杆72与Y轴安装块16转动连接。Y轴电机71能够带动Y轴丝杆72转动，Y轴丝杆72带动Y轴连接块62和Y轴滑板支撑座6沿着Y轴导轨15滑动。

Y轴滑板支撑座6上设置有对工件进行装夹的装夹组件8，装夹组件8包括固定在Y轴滑板支撑座6一端安装有左头架81，左头架81内安装有第一旋转轴811，第一旋转轴811采用的是莫氏刀柄结构，可以自动松夹刀。

参照图6，Y轴滑板支撑座6上固定有两个平行设置的U轴导轨64，U轴导轨64上设置有右头架82，右头架82的底部固定有两个U轴滑块822，U轴滑块822与U轴导轨64滑动连接。右头架82朝向左头架81的中心位置安装有第二旋转轴821，第二旋转轴821也采用莫氏刀柄结构，能够自动松夹刀。第一旋转轴811和第二旋转轴821上均安装有对工件进行装夹的夹具。

参照图1和图6，Y轴滑板支撑座6上设置有驱动右头架82沿着U轴导轨64滑动的U轴驱动组件9。U轴驱动组件9包括U轴电机91和U轴丝杆92，U轴电机91固定在Y轴滑板支撑座6上，U轴丝杆92的一端与U轴电机91的输出轴固定，Y轴滑板支撑座6上固定有U轴安装块63，U轴丝杆92远离U轴电机91的一端与U轴安装块63转动连接。

右头架82的底端固定有U轴连接块65，U轴丝杆92贯穿U轴连接块65并与U轴连接块65螺纹连接。U轴电机91能够驱动U轴丝杆92转动，U轴丝杆92带动U轴连接块65和右头架82沿着U轴丝杆92的轴线移动，从而带动右头架82向靠近或者远离左头架81的方向移动。

该五轴联动叶片加工中心的U轴与X轴分别用一套导轨，采用此种布局方式可以起到减少由于B轴摆动引起的X、Z两轴频繁的补偿运动的作用，并且具有消耗功率少，移动速度快等优点。此种结构布局对叶片加工的插补运动起到了良好的补偿效果。

参照图1和图3，床身1的顶面上开设有两个相邻的排屑槽10，排屑槽10的的长度方向与X轴导轨12的长度方向平行设置，两个排屑槽10均位于X轴导轨12和Y轴电机71之间。

床身1上设置有两组排屑组件100，排屑组件100包括排屑电机1001和排屑螺杆1002，每个排屑槽10中均设置有一个排屑螺杆1002，排屑电机1001固定在床身1的侧壁上，排屑电机1001的输出轴与排屑螺杆1002固定。床身1远离排屑电机1001的侧壁上固定有两个排屑管17，排屑管17与排屑槽10连通。排屑电机1001带动排屑螺杆1002转动，排屑螺杆1002将掉落到排屑槽10内的切屑输送出排屑管17。床身1上设置两个排屑槽10，采用两个排屑螺杆1002进行排屑，不易堆屑。

床身1顶面的四周固定有挡板18，挡板18能够降低铁屑掉落到地面上的可能性。

本申请实施例一种高速精密卧式五轴联动航空发动机叶片数控铣削中心的实施原理为：工作时，先将工件装夹在第一旋转轴811和第二旋转轴821之间，然后对工件进行加工，立柱2和滑动座4能够沿着X轴导轨12滑动，滑动座4带动主轴箱44和刀具主轴45沿着Z轴移动，Y轴滑动支撑座6能够带动工件沿着Y轴导轨15移动，刀具主轴45上的刀对工件进行加工。切屑掉落到排屑槽10中，排屑螺杆1002将切屑从排屑槽10中输送出排屑槽10。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种高速精密卧式五轴联动航空发动机叶片数控铣削中心，包括床身（1）和立柱（2），所述床身（1）与所述立柱（2）滑动连接，其特征在于：所述立柱（2）的一侧设置有滑动座（4），所述立柱（2）靠近所述滑动座（4）的一侧固定有两个平行设置的Z轴导轨（23），Z轴导轨（23）竖直方向设置，所述滑动座（4）靠近立柱（2）的一侧固定有分别与两个所述Z轴导轨（23）滑动连接的两个Z轴滑块（41）；

所述立柱（2）上设置有两组能够驱动滑动座（4）上下移动的Z轴驱动组件（5），所述滑动座（4）靠近床身（1）的一侧设置有主轴箱（44），所述主轴箱（44）靠近所述床身（1）的一侧安装有刀具主轴（45），所述滑动座（4）远离所述主轴箱（44）的一侧固定有驱动所述主轴箱（44）转动的驱动件。

2.根据权利要求1所述的一种高速精密卧式五轴联动航空发动机叶片数控铣削中心，其特征在于：所述Z轴驱动组件（5）包括Z轴电机（51）和Z轴丝杆（52），所述Z轴电机（51）固定在所述立柱（2）远离床身（1）的一端，所述Z轴电机（51）的输出轴与所述Z轴丝杆（52）固定，所述Z轴丝杆（52）远离所述Z轴电机（51）的一端设置有固定在所述立柱（2）侧壁的Z轴安装块（25），所述Z轴丝杆（52）与所述Z轴安装块（25）转动连接，所述滑动座（4）的侧壁上固定有Z轴连接块（42），所述Z轴丝杆（52）贯穿所述Z轴连接块（42）并与Z轴连接块（42）螺纹连接。

3.根据权利要求2所述的一种高速精密卧式五轴联动航空发动机叶片数控铣削中心，其特征在于：所述床身（1）上设置有驱动立柱（2）滑动的X轴驱动组件（3），所述X轴驱动组件（3）包括固定在床身（1）上的X轴电机（31）和与所述X轴电机（31）输出轴固定的X轴丝杆（32）；

所述床身（1）上连接有两个平行设置的X轴导轨（12），所述立柱（2）的底端固定有两个平行设置的X轴滑块（21），所述X轴滑块（21）与对应的所述X轴导轨（12）滑动配合，所述立柱（2）的底端固定有位于两个所述X轴滑块（21）中间的X轴连接块（22），所述X轴丝杆（32）贯穿所述X轴连接块（22）并与X轴连接块（22）螺纹连接。

4.根据权利要求3所述的一种高速精密卧式五轴联动航空发动机叶片数控铣削中心，其特征在于：所述床身（1）上方设置有Y轴滑板支撑座（6），所述床身（1）的顶面上连接有两个平行设置并与X轴导轨（12）垂直设置的Y轴导轨（15），所述Y轴滑板支撑座（6）与所述Y轴导轨（15）滑动连接；

所述床身（1）上设置有驱动Y轴滑板支撑座（6）沿着Y轴导轨（15）滑动的Y轴驱动组件（7），Y轴驱动组件（7）包括固定在床身（1）上的Y轴电机（71）和与Y轴电机（71）输出轴固定的Y轴丝杆（72），所述Y轴滑板支撑座（6）的底端固定有Y轴连接块（62），所述Y轴丝杆（72）贯穿Y轴连接块（62）并与Y轴连接块（62）螺纹连接，所述Y轴滑板支撑座（6）上设置有对工件进行装夹的装夹组件（8）。

5.根据权利要求4所述的一种高速精密卧式五轴联动航空发动机叶片数控铣削中心，其特征在于：所述装夹组件（8）包括固定在所述Y轴滑板支撑座（6）一侧的左头架（81）和安装在左头架（81）上的第一旋转轴（811），所述Y轴滑板支撑座（6）远离左头架（81）的一侧滑动连接有右头架（82），所述右头架（82）上安装有第二旋转轴（821），所述第一旋转轴（811）和所述第二旋转轴（821）上均安装有用来装夹工件的夹具；

所述Y轴滑板支撑座（6）上设置有驱动所述右头架（82）滑动的U轴驱动组件（9），U轴驱动组件（9）包括固定在Y轴滑板支撑座（6）上的U轴电机（91）和与U轴电机（91）输出轴固定的U轴丝杆（92），所述右头架（82）上的底端固定有U轴连接块（65），所述U轴丝杆（92）贯穿所述U轴连接块（65）并与U轴连接块（65）螺纹连接。

6.根据权利要求1-5任一所述的一种高速精密卧式五轴联动航空发动机叶片数控铣削中心，其特征在于：所述滑动座（4）的靠近床身（1）的一侧固定有圆弧导轨（46），所述主轴箱（44）靠近所述滑动座（4）的一侧固定有与所述圆弧导轨（46）滑动连接的箱体滑块（47）。

7.根据权利要求4所述的一种高速精密卧式五轴联动航空发动机叶片数控铣削中心，其特征在于：所述床身（1）的顶面上开设有两个排屑槽（10），所述排屑槽（10）位于所述X轴导轨（12）和所述Y轴电机（71）之间，所述排屑槽（10）的长度方向与所述X轴导轨（12）的长度方向平行，每个所述排屑槽（10）中均设置有排屑螺杆（1002），所述床身（1）的侧壁上固定有两个排屑电机（1001），每个所述排屑电机（1001）控制一个所述排屑螺杆（1002）转动，所述床身（1）远离所述排屑电机（1001）的侧壁上设置有两个排屑管（17），所述排屑管（17）与所述排屑槽（10）连通。

8.根据权利要求7所述的一种高速精密卧式五轴联动航空发动机叶片数控铣削中心，其特征在于：所述床身（1）顶面的四周固定有挡板（18）。

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