CN114433884B - 一种适用于大直径热变形复合材料零件的外圆车削装置 - Google Patents

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Abstract

今年来，随着航空航天、输水输油工程、城市排水等领域对抗压耐腐轻量化复合材料的需求与日俱增，具有大直径的复合材料管道应用广泛供不应求。大尺寸大质量中空零件的装夹具有一定的难度，由于复合制造出来的大型关键质量密度不均匀，管件的径向圆跳动误差较大。该跳动误差会直接作用在旋转主轴上，对主轴的强度和刚度的要求也随之增加。为保证切削安全，采用卡盘外撑的方法实现大型管件的夹持与动力传递。本专利的创新点是通过一套装置解决了大型中空管件的外撑固定和动力旋转以及横向进给切削的同步进行。通过该种技术方案，时加工效率显著提升，加工过程中无需人为的进行紧固工件的危险动作，采用外撑三爪卡盘的设计使工件安装的更加牢靠，当装夹失稳后，也会通过动力轴防止工件飞出。因此，现有技术中亟需一种新颖的技术方案来实现大型复合材料管道件端部外圆稳定安全切削问题。

Description

一种适用于大直径热变形复合材料零件的外圆车削装置
技术领域
本发明属于车削加工技术领域，特别是涉及到一种适用于大直径热变形复合材料零件的外圆车削装置。
背景技术
今年来，随着航空航天、输水输油工程、城市排水等领域对抗压耐腐轻量化复合材料的需求与日俱增，具有大直径的复合材料管道应用广泛供不应求。其中输水输油管道中在管与管的结合处要进行连接，所以在每根管的两侧端面需要对复合的管道端部进行切削。对于直径超过1米的热变形较大的复合材料零件，对其进行外圆表面切削具有显著难度，由于切削热的产生使热变形较大的零件的变形尺寸更加难以控制。管件通过卡盘外撑管壁内侧进行装夹，通过热变形管件直径会增大，原有的夹紧力度失效，严重时会引发事故。本专利利用伺服电机实现夹紧力的远程控制，根据切削热变形的增加，卡盘外撑力量也随之逐渐加大，实现管件实时的牢固装夹。
大尺寸大质量中空零件的装夹具有一定的难度，由于复合制造出来的大型关键质量密度不均匀，管件的径向圆跳动误差较大。该跳动误差会直接作用在旋转主轴上，对主轴的强度和刚度的要求也随之增加。为保证切削安全，采用卡盘外撑的方法实现大型管件的夹持与动力传递。
因此，现有技术中亟需一种新颖的技术方案来实现大型复合材料管道件端部外圆稳定安全切削问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种适用于大直径热变形复合材料零件的外圆车削装置，采用两侧对称单侧深入的设计，通过伺服电机随动调节大型关键的夹紧力，实现安全操作，提高生产效率。
一种适用于大直径热变形复合材料零件的外圆车削装置，其特征是：包括基座、机架组件、传动装置、刀架组件、工件、三爪卡盘组成。
所述基座的组成包括电机和两个滑台底座安装在右端板上；左端板和两个滑台导轨安装在两个滑台底座上；四个滑台滑块分别安装在两个滑台导轨上；丝杠安装在电机上，丝杠连接块安装在丝杠上，平台滑块安装在丝杠连接块上。
所述机架组件的组成包括机架底板安装在四个滑台滑块和平台滑块上；焊接架安装在机架底板上，顶板安装在焊接架上，凸台安装在顶板上。
所述传动装置的组成为电机座安装在机架底板上，伺服电机安装在电机座上；支撑板安装在凸台上，两个承重滑块安装在支撑板上；承重梁通过导轨安装在承重滑块上，四个导轨安装在承重梁的四个侧面；四个传动滑块和四个支撑滑块安装在四个导轨上；四个滑块垫块同时安装在四个传动滑块和四个支撑滑块上；轴承内圈安装在四个滑块垫块上；轴承外圈和大齿轮同时安装在轴承内圈上；小齿轮安装在伺服电机上，并且通过皮带与大齿轮连接。
所述刀架组件的组合关系微三个刀架座安装在轴承外圈上，车刀座安装在刀架座上，车刀通过两个螺栓安装在车刀座上。
一种适用于大直径热变形复合材料零件的外圆车削装置的工作方法，包括以下步骤，且以下步骤顺次进行，
步骤一
一种适用于大直径热变形复合材料零件的外圆车削方法包括以下步骤，
步骤一、编制适应于待加工零件的数控程序；
步骤二、根据待加工大型关键尺寸调整三爪卡盘的尺寸，使其适合安装被加工工件；
步骤三、利用起重设备将工件吊起来，通过三爪卡盘安装固定工件；
步骤四、调整刀架组件的位置至可以加工大型管接头的位置，方便加工。
步骤五、打开伺服电机的开关，使工件旋转起来。
步骤六、打开电机的开关实现电机旋转带动丝杠（01-07）转动进而推动机架组件进行进给运动。
步骤七、实时调节三爪卡盘的外撑位置，实现工件的实时固定。
通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：；
1、通过一套装置解决了大型中空管件的外撑固定和动力旋转以及横向进给切削的同步进行；
2、通过两侧中空外撑，实现了工件的安全防止飞出，造成人员设备损害。
3、大尺寸大质量中空复合材料零件通过车削有效降低零件的表面粗糙度值，并且极大的提升了切削效率。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明：
图1为本发明一种适用于大直径热变形复合材料零件的外圆车削装置正等轴侧图。
图2为本发明一种适用于大直径热变形复合材料零件的外圆车削装置正视图。
图3为本发明一种适用于大直径热变形复合材料零件的外圆车削装置基座示意图。
图4为本发明一种适用于大直径热变形复合材料零件的外圆车削装置机架组件示意图。
图5为本发明一种适用于大直径热变形复合材料零件的外圆车削装置传动装置正视图。
图6为本发明一种适用于大直径热变形复合材料零件的外圆车削装置传动装置左视图。
图7为本发明一种适用于大直径热变形复合材料零件的外圆车削装置传动装置右视图。
图8为本发明一种适用于大直径热变形复合材料零件的外圆车削装置右视图。
图9为本发明一种适用于大直径热变形复合材料零件的外圆车削装置刀架示意图。
在图1—图6中，基座（01），右端板（01-01），电机（01-02），滑台滑块（01-03），滑台导轨（01-04），滑台底座（01-05），左端板（01-06），丝杠（01-07），平台滑块（01-08），丝杠连接块（01-09）；机架组件（02），机架底板（02-01），焊接架（02-02），顶板（02-03），凸台（02-04）；传动装置（03），电机座（03-01），伺服电机（03-02），承重梁（03-03），导轨（03-04），承重滑块（03-05），轴承外圈（03-06），，皮带（03-07），支撑板（03-08），大齿轮（03-09），轴承内圈（03-10），滑块垫块（03-11），传动滑块（03-12），小齿轮（03-13），支撑滑块（03-14）；刀架组件（04），刀架座（04-01），车刀座（04-02），螺栓（04-03），车刀（04-04）；工件（05）；三爪卡盘（06）。
具体实施方式
一种适用于大直径热变形复合材料零件的外圆车削装置，如图1—图6所示，包括基座（01）、机架组件（02）、传动装置（03）、刀架组件（04）、工件（05）、三爪卡盘（06）组成。
所述基座（01）由右端板（01-01），电机（01-02），滑台滑块（01-03），滑台导轨（01-04），滑台底座（01-05），左端板（01-06），丝杠（01-07），平台滑块（01-08），丝杠连接块（01-09）组成：电机（01-02）和两个滑台底座（01-05）安装在右端板（01-01）上；左端板（01-06）和两个滑台导轨（01-04）安装在两个滑台底座（01-05）上；四个滑台滑块（01-03）分别安装在两个滑台导轨（01-04）上；丝杠（01-07）安装在电机（01-02）上，丝杠连接块（01-09）安装在丝杠（01-07）上，平台滑块（01-08）安装在丝杠连接块（01-09）上。
所述机架组件（02）由右端板（01-01），电机（01-02），滑台滑块（01-03），滑台导轨（01-04），滑台底座（01-05），左端板（01-06），丝杠（01-07），平台滑块（01-08），丝杠连接块（01-09）组成；机架底板（02-01）安装在四个滑台滑块（01-03）和平台滑块（01-08）上；焊接架（02-02）安装在机架底板（02-01）上，顶板（02-03）安装在焊接架（02-02）上，凸台（02-04）安装在顶板（02-03）上。
所述传动装置（03）由电机座（03-01），伺服电机（03-02），承重梁（03-03），导轨（03-04），承重滑块（03-05），轴承外圈（03-06），，皮带（03-07），支撑板（03-08），大齿轮（03-09），轴承内圈（03-10），滑块垫块（03-11），传动滑块（03-12），小齿轮（03-13），支撑滑块（03-14）组成；电机座（03-01）安装在机架底板（02-01）上，伺服电机（03-02）安装在电机座（03-01）上；支撑板（03-08）安装在凸台（02-04）上，两个承重滑块（03-05）安装在支撑板（03-08）上；承重梁（03-03）通过导轨（03-04）安装在承重滑块（03-05）上，四个导轨（03-04）安装在承重梁（03-03）的四个侧面；四个传动滑块（03-12）和四个支撑滑块（03-14）安装在四个导轨（03-04）上；四个滑块垫块（03-11）同时安装在四个传动滑块（03-12）和四个支撑滑块（03-14）上；轴承内圈（03-10）安装在四个滑块垫块（03-11）上；轴承外圈（03-06）和大齿轮（03-09）同时安装在轴承内圈（03-10）上；小齿轮（03-13）安装在伺服电机（03-02）上，并且通过皮带（03-07）与大齿轮（03-09）连接。
所述刀架组件（04）由刀架座（04-01），车刀座（04-02），螺栓（04-03），车刀（04-04）组成；三个刀架座（04-01）安装在轴承外圈（03-06）上，车刀座（04-02）安装在刀架座（04-01）上，车刀（04-04）通过两个螺栓（04-03）安装在车刀座（04-02）上。
一种适用于大直径热变形复合材料零件的外圆车削方法包括以下步骤，
步骤一、编制适应于待加工零件的数控程序；
步骤二、根据待加工大型关键尺寸调整三爪卡盘（06）的尺寸，使其适合安装被加工工件（05）；
步骤三、利用起重设备将工件（05）吊起来，通过三爪卡盘（06）安装固定工件（06）；
步骤四、调整刀架组件（04）的位置至可以加工大型管接头的位置，方便加工。
步骤五、打开伺服电机（03-02）的开关，使工件（05）旋转起来。
步骤六、打开电机（01-02）的开关实现电机（01-02）旋转带动丝杠（01-07）转动进而推动机架组件（02）进行进给运动。
步骤七、实时调节三爪卡盘（06）的外撑位置，实现工件（05）的实时固定。
本专利的创新点是通过一套装置解决了大型中空管件的外撑固定和动力旋转以及横向进给切削的同步进行。通过该种技术方案，时加工效率显著提升，加工过程中无需人为的进行紧固工件的危险动作，采用外撑三爪卡盘的设计使工件安装的更加牢靠，当装夹失稳后，也会通过动力轴防止工件飞出。

Claims (1)

1.一种适用于大直径热变形复合材料零件的外圆车削装置，其特征在于设备由基座(01)、机架组件(02)、传动装置(03)、刀架组件(04)、工件(05)、三爪夹盘(06)组成；机架组件(02)安装在基座(01)上；传动装置(03)安装在机架组件(02)上；刀架组件(04)安装在轴承外圈(03-06)上；三爪夹盘(06)安装在承重梁(03-03)上。
所述的机架组件(02)可在基座(01)上沿轴向移动，三爪夹盘(06)外撑工件(05)内侧管壁进行装夹，并通过伺服电机随切削热变形实时控制夹紧力，实现牢固装夹预防因管件热变形引起装夹失效，
所述的基座(01)结构为：电机(01-02)和两个滑台底座(01-05)安装在右端板(01-01)上；左端板(01-06)和两个滑台导轨(01-04)安装在两个滑台底座(01-05)上；四个滑台滑块(01-03)分别安装在两个滑台导轨(01-04)上；丝杠(01-07)安装在电机(01-02)上，丝杠连接块(01-09)安装在丝杠(01-07)上，平台滑块(01-08)安装在丝杠连接块(01-09)上，
所述的机架组件(02)结构为：机架底板(02-01)安装在四个滑台滑块(01-03)和平台滑块(01-08)上；焊接架(02-02)安装在机架底板(02-01)上，顶板(02-03)安装在焊接架(02-02)上，凸台(02-04)安装在顶板(02-03)上，
所述的传动装置(03)结构为：电机座(03-01)安装在机架底板(02-01)上，伺服电机(03-02)安装在电机座(03-01)上；支撑板(03-08)安装在凸台(02-04)上，两个承重滑块(03-05)安装在支撑板(03-08)上；承重梁(03-03)通过导轨(03-04)安装在承重滑块(03-05)上，四个导轨(03-04)安装在承重梁(03-03)的四个侧面；四个传动滑块(03-12)和四个支撑滑块(03-14)安装在四个导轨(03-04)上；四个滑块垫块(03-11)同时安装在四个传动滑块(03-12)和四个支撑滑块(03-14)上；轴承内圈(03-10)安装在四个滑块垫块(03-11)上；轴承外圈(03-06)和大齿轮(03-09)同时安装在轴承内圈(03-10)上；小齿轮(03-13)安装在伺服电机(03-02)上，并且通过皮带(03-07)与大齿轮(03-09)连接，
所述的刀架组件(04)结构为：三个刀架座(04-01)安装在轴承外圈(03-06)上，车刀座(04-02)安装在刀架座(04-01)上，车刀(04-04)通过两个螺栓(04-03)安装在车刀座(04-02)上。
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