CN117140360A - 一种喷嘴自动更换机构、方法及数控缓进磨削中心 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种喷嘴自动更换机构、方法及数控缓进磨削中心，采用自动更换喷嘴的方式替代手工更换喷嘴操作，可实现机床不停机更换喷嘴，有效解决了机床切换零件加工时的连续工作问题，提高了机床的工作效率和机床利用率，进而有效提升了生产加工效率，有益于对科研项目多品种小批量零件加工。本申请的数控缓进磨削中心利用自带的喷嘴转移装置及喷嘴库实现了喷嘴自动更换功能，可有效解决数控缓进磨削中心单一喷嘴不适合不同叶片、不同形状榫齿冷却要求的问题，提高机床的工作效率，降低成本，使得不同零件可对应不同的冷却喷嘴，且本申请的喷嘴自动更换机构结构简单，维修方便，有利于市场竞争。

Description

一种喷嘴自动更换机构、方法及数控缓进磨削中心

技术领域

本申请涉及机械制造的技术领域，特别涉及一种喷嘴自动更换机构、方法及数控缓进磨削中心。

背景技术

现有的一种数控缓进磨削中心用于航空发动机涡轮叶片的榫齿加工，通常情况下，喷嘴的形状与叶片的榫齿形状相对应，为了加强冷却效果，不同被加工零件需要对应不同的喷嘴。喷嘴的作用是将冷却液集中喷射到被加工零件指定的磨削区域，对被加工零件进行冷却，以避免在磨削过程中叶片榫齿部位因热量积蓄造成烧伤并引起零件波纹。由于被加工零件的件号较多，经常需要在不同的零件之间进行切换加工，为此，同步需要对喷嘴进行更换。目前，喷嘴的更换是通过手工完成的，然而，手工更换喷嘴存在一些问题，如手工更换喷嘴耗时费力，增加了成本，存在一定的危险性，而且在更换过程中机床需要中断停机，直至喷嘴更换完成才能启动机床继续工作，降低了机床的工作效率及生产加工效率。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种可有效解决上述问题的喷嘴自动更换机构、方法及数控缓进磨削中心。

本申请提供一种喷嘴自动更换机构，包括喷嘴转移装置和喷嘴库，根据所述喷嘴库定义出相互垂直的第一轴向、第二轴向和第三轴向，所述喷嘴转移装置可相对所述喷嘴库在第一轴向和第二轴向上移动，所述喷嘴库设有沿所述第三轴向上排列的多个喷嘴，每一所述喷嘴包括第一接头连接端，所述喷嘴转移装置设有第二接头连接端，所述第二接头连接端与所述第一接头连接端活动连接配合。

在一实施例中，所述喷嘴转移装置可沿所述第三轴向上移动；和/或，所述喷嘴库可沿所述第三轴向上移动。

在一实施例中，所述喷嘴转移装置包括第一移动单元、第二移动单元和支撑托架，所述第一移动单元与所述第二移动单元活动连接，使得所述第一移动单元可相对所述第二移动单元在所述第一轴向上移动，所述第二移动单元与所述支撑托架活动连接，使得所述第二移动单元可相对所述支撑托架在所述第二轴向上移动并带动所述第一移动单元随之移动，所述第二接头连接端设于所述第一移动单元。

在一实施例中，所述喷嘴库包括底座、支架和刀夹，所述支架固设于所述底座上，所述支架上设有多个工位，每一所述工位上安装一所述刀夹，所述刀夹用于夹持固定所述喷嘴。

在一实施例中，所述喷嘴包括喷嘴主体及连接于所述喷嘴主体两端的喷嘴头部和所述第一接头连接端，所述喷嘴头部平行于所述第一轴向设置，所述第一接头连接端和所述第二接头连接端均平行于所述第二轴向设置。

在一实施例中，多个所述工位的排列方向平行于所述第三轴向设置。

在一实施例中，所述工位设置5个。

本申请还提供一种数控缓进磨削中心，包括工作台、主轴及如上所述的喷嘴自动更换机构，所述主轴和所述喷嘴库设于所述工作台上，所述喷嘴转移装置固定连接于所述主轴，所述主轴一端连接有用于加工工件的磨削件，所述喷嘴用于向所述工件喷射冷却液。

在一实施例中，所述主轴可沿所述第三轴向移动以带动所述喷嘴转移装置沿所述第三轴向移动。

本申请还提供一种喷嘴自动更换方法，包括：

提供一喷嘴转移装置，利用所述喷嘴转移装置驱使第二接头连接端沿第一轴向从工作位置移动至安装位置；

在一初始位置处布置有喷嘴库，所述喷嘴库设有沿第三轴向排列的多个喷嘴，利用所述喷嘴转移装置驱使所述第二接头连接端沿第二轴向从所述安装位置移动至所述初始位置，使得所述第二接头连接端与其中一所述喷嘴的第一接头连接端连接；

利用所述喷嘴转移装置驱使所述第二接头连接端连带所述喷嘴沿所述第一轴向从所述初始位置移动至中间位置，然后再沿所述第二轴向从所述中间位置移动至所述工作位置；

将上述过程反向操作可将连接于所述第二接头连接端的喷嘴转移至所述喷嘴库；

其中，所述第一轴向与所述第二轴向相垂直。

在一实施例中，将喷嘴转移至所述喷嘴库后，所述喷嘴转移装置沿所述第三轴向移动，或者所述喷嘴库沿所述第三轴向移动，使得所述第二接头连接端能够根据需要选择所述喷嘴库中的其他喷嘴以进行更换，所述第三轴向分别与所述第一轴向和所述第二轴向垂直。

综上所述，本申请提供一种喷嘴自动更换机构、方法及数控缓进磨削中心，采用自动更换喷嘴的方式替代手工更换喷嘴操作，可实现机床不停机更换喷嘴，有效解决了机床切换零件加工时的连续工作问题，提高了机床的工作效率和机床利用率，进而有效提升了生产加工效率，有益于对科研项目多品种小批量零件加工。本申请的数控缓进磨削中心利用自带的喷嘴转移装置及喷嘴库实现了喷嘴自动更换功能，可有效解决数控缓进磨削中心单一喷嘴不适合不同叶片、不同形状榫齿冷却要求的问题，提高机床的工作效率，降低成本，使得不同零件可对应不同的冷却喷嘴，且本申请的喷嘴自动更换机构结构简单，维修方便，有利于市场竞争。

附图说明

图1为本申请例示性的数控缓进磨削中心的侧视图。

图2为图1中第二接头连接端的移动行程示意图。

图3为本申请例示性的数控缓进磨削中心的俯视图。

图4为本申请例示性的数控缓进磨削中心的局部立体示意图。

图5为本申请例示性的数控缓进磨削中心的喷嘴库的侧视图。

图6为本申请例示性的数控缓进磨削中心的喷嘴库的俯视图。

具体实施方式

在详细描述实施例之前，应该理解的是，本申请不限于本申请中下文或附图中所描述的详细结构或元件排布。本申请可为其它方式实现的实施例。而且，应当理解，本文所使用的措辞及术语仅仅用作描述用途，不应作限定性解释。本文所使用的“包括”、“包含”、“具有”等类似措辞意为包含其后所列出之事项、其等同物及其它附加事项。特别是，当描述“一个某元件”时，本申请并不限定该元件的数量为一个，也可以包括多个。

请同时参考图1至图6所示，本申请提供一种数控缓进磨削中心10，该数控缓进磨削中心10可专用于航空发动机叶片加工，在其他实施例中，本申请的数控缓进磨削中心10也可以应用于其他在加工过程中需要更换喷嘴的零件加工，如燃机涡轮叶片加工。本申请中，数控缓进磨削中心10包括机床12，机床12包括工作台14、主轴16和喷嘴自动更换机构18，喷嘴自动更换机构18包括喷嘴转移装置28和喷嘴库20，其中，主轴16和喷嘴库20分别安装于工作台14上的相对两侧，喷嘴转移装置28固定连接于主轴16上，且喷嘴转移装置28位于主轴16和喷嘴库20之间，喷嘴库20设有沿主轴16的轴向方向排列的多个喷嘴22，主轴16的一端连接有用于加工工件24的磨削件26，磨削件26例如为砂轮，主轴16可驱使磨削件26旋转以对工件24进行磨削加工，磨削件26位于对应喷嘴库20的区域，以便于喷嘴自动更换机构18更换喷嘴22后可直接对工件24喷射冷却液而无需增加额外的行程，提升加工效率。

在所示的实施例中，主轴16设置为可沿其轴向在工作台14上移动，由于喷嘴转移装置28与主轴16固定连接，因此，主轴16移动会带动喷嘴转移装置28随之移动，即喷嘴转移装置28可沿多个喷嘴22的排列方向移动，从而实现在进行喷嘴更换过程中喷嘴转移装置28可根据数控信号移动至所需要更换喷嘴的前方，进而通过喷嘴自动更换机构18实现喷嘴的自动更换。

应当理解的是，在另一些实施例中，也可以设置为主轴16固定在工作台14上，将喷嘴库20设置为可沿主轴16的轴向方向移动，也可以实现喷嘴转移装置28在更换喷嘴的过程中于喷嘴库20中对所需要更换的喷嘴进行自主选择。或者，将主轴16和喷嘴库20均设置为可沿主轴16的轴向方向移动，同样可实现喷嘴转移装置28在更换喷嘴的过程中于喷嘴库20中对所需要更换的喷嘴进行自主选择，且此种方式可提升喷嘴转移装置28与待更换喷嘴22的定位、更换速度。在另一些实施例中，还可以将喷嘴转移装置28设置为可相对主轴16在主轴16的轴向方向上移动，此时喷嘴转移装置28可以不依赖主轴16而独立进行移动，从而实现与待更换喷嘴22的定位，此种情况下，主轴16可以设置为可沿其轴向移动，也可以设置为固定在工作台14上。

本申请中，喷嘴自动更换机构18包括喷嘴转移装置28和喷嘴库20，根据喷嘴库20定义出相互垂直的第一轴向X、第二轴向Y和第三轴向Z，其中，第三轴向Z与主轴16的轴向方向平行。如前所述，喷嘴转移装置28可整体相对喷嘴库20在第三轴向Z上移动，以实现喷嘴转移装置28与待更换喷嘴22的定位，喷嘴转移装置28可通过自身的移动机构相对喷嘴库20在第一轴向X和第二轴向Y上移动，以实现喷嘴22的自动更换动作。在所示的实施例中，每一喷嘴22包括第一接头连接端30，喷嘴转移装置28设有第二接头连接端32，第二接头连接端32与第一接头连接端30活动连接配合，从而实现喷嘴转移装置28从喷嘴库20抓取喷嘴22或者将抓取的喷嘴22转移至喷嘴库20中。

可选地，第一接头连接端30与第二接头连接端32插接卡扣连接配合，例如，第二接头连接端32设置为套接筒结构，第一接头连接端30设置为套接头结构，两者连接时，套接头插接于套接筒内且二者卡扣固定。在一定的外力拔动作用下，套接筒可从套接头上拔出，以实现第一接头连接端30与第二接头连接端32的分离。

应当理解的是，在其他实施例中，第一接头连接端30和第二接头连接端32也可以设计成其他可以活动连接配合的结构，例如磁吸连接配合。

在所示的实施例中，喷嘴转移装置28包括第一移动单元34、第二移动单元36和支撑托架38，其中，支撑托架38与主轴16固定连接，例如通过螺丝固定，第一移动单元34垂直主轴16设置，且第一移动单元34沿第一轴向X延伸，第二移动单元36垂直主轴16设置，且第二移动单元36沿第二轴向Y延伸，第一移动单元34与第二移动单元36垂直设置。更具体地，第一移动单元34与第二移动单元36活动连接，例如可滑动连接，使得第一移动单元34可相对第二移动单元36或喷嘴库20在第一轴向X上移动；第二移动单元36与支撑托架38活动连接，例如可滑动连接，使得第二移动单元36可相对支撑托架38或喷嘴库20在第二轴向Y上移动，应当指出的是，当第二移动单元36移动时会带动第一移动单元34随之移动。第二接头连接端32设于第一移动单元34，例如连接于第一移动单元34的底侧，当第一移动单元34、第二移动单元36和主轴16至少其中之一移动时都会带动第二接头连接端32随之移动。

本申请采用自带的喷嘴转移装置28及内置的喷嘴库20，无需额外增加伺服运动机构，占用空间小，成本低。通过喷嘴转移装置28在第一轴向X、第二轴向Y的移动，可实现第二接头连接端32与第一接头连接端30两者之间的准确定位，进而实现喷嘴转移装置28从喷嘴库20抓取喷嘴22或者将抓取的喷嘴22转移至喷嘴库20中。采用自动更换喷嘴的方式替代手工更换喷嘴操作，可实现机床12不停机更换喷嘴22，有效解决了机床12切换零件加工时的连续工作问题，提高了机床12的工作效率和机床利用率，进而有效提升了生产加工效率，有益于对科研项目多品种小批量零件加工。

在所示的实施例中，喷嘴库20包括底座40、支架42和刀夹44，其中，底座40固设于工作台14上，例如通过螺栓固定，支架42固设于底座40上，例如通过螺栓固定，支架42上设有多个工位46，多个工位46的排列方向平行于第三轴向Z设置，每一工位46上安装一刀夹44，例如多个刀夹44沿第三轴向Z均匀排布固定于对应的工位46上，例如通过螺丝固定。每一刀夹44设有夹持固定位52，用于夹持固定喷嘴22，并使得第一接头连接端30露出于刀夹44的上方，以便于与第二接头连接端32连接配合，刀夹44对所夹持固定的喷嘴22在第二轴向Y上进行限位，以便于第二接头连接端32与第一接头连接端30进行插接连接，且喷嘴22可以从刀夹44的夹口脱离出，夹口例如为弹性开口结构，当第二接头连接端32通过第一接头连接端30连接喷嘴22后，喷嘴转移装置28沿第一轴向X朝向工件24方向移动，使得喷嘴22从刀夹44的夹口脱离出，从而完成从喷嘴库20中取出喷嘴22。相反地，当需要将喷嘴22转移至喷嘴库20中时，喷嘴转移装置28沿第一轴向X移动，使得喷嘴22从刀夹44的夹口进入夹持固定位52，然后喷嘴转移装置28沿第二轴向Y远离喷嘴22移动，由于刀夹44对喷嘴22在第二轴向Y上的限位作用，使得第二接头连接端32与第一接头连接端30脱离。

具体地，底座40包括两平行相对设置的第一固定板和连接于两固定板之间的两个第一侧板，两个第一侧板间隔平行设置，两个第一固定板均沿XZ平面延伸，两个第一侧板均沿YZ平面延伸；支架42整体呈Z字形，包括第二侧板及连接于第二侧板两端的第二固定板，两个第二固定板位于第二侧板的两侧，第二侧板沿YZ平面延伸，两个第二固定板均沿XZ平面延伸。其中，位于下方的第一固定板固定连接于工作台14上，位于下方的第二固定板固定连接于位于上方的第一固定板上，位于上方的第二固定板朝向工件24一侧设置，刀夹44固设于位于上方的第二固定板上，且刀夹44的夹持固定位52凸伸出第二固定板之外，以便于夹持固定喷嘴22。

每一喷嘴22包括喷嘴主体48及连接于喷嘴主体48两端的喷嘴头部50和第一接头连接端30，其中，喷嘴主体48弯折设置，使得喷嘴头部50平行于第一轴向X设置，且喷嘴头部50的喷嘴口在水平方向上正对磨削件26与工件24的磨削部位，第一接头连接端30和第二接头连接端32均平行于第二轴向Y设置，以便于二者连接或脱离。

优选地，为了防止喷嘴库20的各个组件生锈而被腐蚀，底座40、支架42和刀夹44均进行了发蓝表面处理。

在所示的实施例中，工位46设置五个，即喷嘴库20可一次载装五个不同型号的喷嘴22以供更换使用。当然，本申请并不对喷嘴库20的喷嘴22容纳数量进行限制，在其他实施例中，喷嘴库20的喷嘴22容纳数量也可以设计为其他数量。

本申请还提供一种喷嘴自动更换方法，可以在上述数控缓进磨削中心10上进行喷嘴的更换以及加工操作，具体包括以下步骤：

一、将喷嘴库20中的喷嘴22取下并转移至工作位置A：

提供一喷嘴转移装置28，利用喷嘴转移装置28驱使第二接头连接端32沿第一轴向X从工作位置A移动至安装位置B；

在一初始位置C处布置有喷嘴库20，喷嘴库20设有沿第三轴向Z排列的多个喷嘴22，利用喷嘴转移装置28驱使第二接头连接端32沿第二轴向Y从安装位置B移动至初始位置C，使得第二接头连接端32与其中一喷嘴22的第一接头连接端30连接；

利用喷嘴转移装置28驱使第二接头连接端32连带喷嘴22沿第一轴向X从初始位置C移动至中间位置D，然后再沿第二轴向Y从中间位置D移动至工作位置A。

二、将工作位置A的喷嘴22转移至喷嘴库20中：

将上述过程反向操作可将连接于第二接头连接端32的喷嘴22转移至喷嘴库20。

三、在喷嘴库20中选择所需要的喷嘴22：

将喷嘴22转移至喷嘴库20后，喷嘴转移装置28沿第三轴向Z移动，和/或喷嘴库20沿第三轴向Z移动，以对喷嘴库20中的多个喷嘴22进行按需选择，使得第二接头连接端32能够根据需要选择喷嘴库20中的其他喷嘴以进行更换。

重复操作上述步骤即可实现喷嘴的自动更换。

其中，第一轴向X、第二轴向Y和第三轴向Z相互垂直，工作位置A、安装位置B、初始位置C和中间位置D的连线构成一方形，即喷嘴在更换过程中的行程轨迹为一方形，喷嘴沿该方形轨迹正向或反向移动即可实现自动更换。

应当指出的是，喷嘴库20在第一次使用时需要将多个喷嘴22手动装入刀夹44并校准方向，使得喷嘴头部50平行于第一轴向X，以便于喷嘴22移动至工作位置A时可直接喷射冷却液进行工作。工作位置A即为喷嘴22能够直接在该位置喷射冷却液以对工件24的磨削部位进行冷却的位置。

本申请的喷嘴自动更换方法用简单的结构解决了航空发动机涡轮叶片成型磨削冷却喷嘴自动更换的问题，在适用性尤其是经济性、维修性方面有了本质上的提升，极大地降低了成本，对多品种小批量航空发动机涡轮叶片榫齿成型磨削加工具有显著的意义，能够提高工作效率及机床利用率，推动航空发动机涡轮叶片加工进一步向智能化方向发展。

综上所述，本申请提供一种喷嘴自动更换机构、方法及数控缓进磨削中心，采用自动更换喷嘴的方式替代手工更换喷嘴操作，可实现机床不停机更换喷嘴，有效解决了机床切换零件加工时的连续工作问题，提高了机床的工作效率和机床利用率，进而有效提升了生产加工效率，有益于对科研项目多品种小批量零件加工。本申请的数控缓进磨削中心利用自带的喷嘴转移装置及喷嘴库实现了喷嘴自动更换功能，可有效解决数控缓进磨削中心单一喷嘴不适合不同叶片、不同形状榫齿冷却要求的问题，提高机床的工作效率，降低成本，使得不同零件可对应不同的冷却喷嘴，且本申请的喷嘴自动更换机构结构简单，维修方便，有利于市场竞争。

本文所描述的概念在不偏离其精神和特性的情况下可以实施成其它形式。所公开的具体实施例应被视为例示性而不是限制性的。因此，本申请的范围是由所附的权利要求，而不是根据之前的这些描述进行确定。在权利要求的字面意义及等同范围内的任何改变都应属于这些权利要求的范围。

Claims (11)

1.一种喷嘴自动更换机构，其特征在于，包括喷嘴转移装置和喷嘴库，根据所述喷嘴库定义出相互垂直的第一轴向、第二轴向和第三轴向，所述喷嘴转移装置可相对所述喷嘴库在第一轴向和第二轴向上移动，所述喷嘴库设有沿所述第三轴向上排列的多个喷嘴，每一所述喷嘴包括第一接头连接端，所述喷嘴转移装置设有第二接头连接端，所述第二接头连接端与所述第一接头连接端活动连接配合。

2.如权利要求1所述的喷嘴自动更换机构，其特征在于，所述喷嘴转移装置可沿所述第三轴向上移动；和/或，所述喷嘴库可沿所述第三轴向上移动。

3.如权利要求1所述的喷嘴自动更换机构，其特征在于，所述喷嘴转移装置包括第一移动单元、第二移动单元和支撑托架，所述第一移动单元与所述第二移动单元活动连接，使得所述第一移动单元可相对所述第二移动单元在所述第一轴向上移动，所述第二移动单元与所述支撑托架活动连接，使得所述第二移动单元可相对所述支撑托架在所述第二轴向上移动并带动所述第一移动单元随之移动，所述第二接头连接端设于所述第一移动单元。

4.如权利要求1所述的喷嘴自动更换机构，其特征在于，所述喷嘴库包括底座、支架和刀夹，所述支架固设于所述底座上，所述支架上设有多个工位，每一所述工位上安装一所述刀夹，所述刀夹用于夹持固定所述喷嘴。

5.如权利要求4所述的喷嘴自动更换机构，其特征在于，所述喷嘴包括喷嘴主体及连接于所述喷嘴主体两端的喷嘴头部和所述第一接头连接端，所述喷嘴头部平行于所述第一轴向设置，所述第一接头连接端和所述第二接头连接端均平行于所述第二轴向设置。

6.如权利要求4所述的喷嘴自动更换机构，其特征在于，多个所述工位的排列方向平行于所述第三轴向设置。

7.如权利要求4所述的喷嘴自动更换机构，其特征在于，所述工位设置5个。

8.一种数控缓进磨削中心，其特征在于，包括工作台、主轴及如权利要求1-7中任一项所述的喷嘴自动更换机构，所述主轴和所述喷嘴库设于所述工作台上，所述喷嘴转移装置固定连接于所述主轴，所述主轴一端连接有用于加工工件的磨削件，所述喷嘴用于向所述工件喷射冷却液。

9.如权利要求8所述的数控缓进磨削中心，其特征在于，所述主轴可沿所述第三轴向移动以带动所述喷嘴转移装置沿所述第三轴向移动。

10.一种喷嘴自动更换方法，其特征在于，

提供一喷嘴转移装置，利用所述喷嘴转移装置驱使第二接头连接端沿第一轴向从工作位置移动至安装位置；

在一初始位置处布置有喷嘴库，所述喷嘴库设有沿第三轴向排列的多个喷嘴，利用所述喷嘴转移装置驱使所述第二接头连接端沿第二轴向从所述安装位置移动至所述初始位置，使得所述第二接头连接端与其中一所述喷嘴的第一接头连接端连接；

利用所述喷嘴转移装置驱使所述第二接头连接端连带所述喷嘴沿所述第一轴向从所述初始位置移动至中间位置，然后再沿所述第二轴向从所述中间位置移动至所述工作位置；

将上述过程反向操作可将连接于所述第二接头连接端的喷嘴转移至所述喷嘴库；

其中，所述第一轴向与所述第二轴向相垂直。

11.如权利要求10所述的喷嘴自动更换方法，其特征在于，将喷嘴转移至所述喷嘴库后，所述喷嘴转移装置沿所述第三轴向移动，或者所述喷嘴库沿所述第三轴向移动，使得所述第二接头连接端能够根据需要选择所述喷嘴库中的其他喷嘴以进行更换，所述第三轴向分别与所述第一轴向和所述第二轴向垂直。