CN201009089Y - 一种五轴联动叶片加工中心机构 - Google Patents

一种五轴联动叶片加工中心机构 Download PDF

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高琦
刘树生
李绪成
谷立恒
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BMEIMT Co., Ltd.
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Abstract

一种立式的五轴联动叶片加工中心机构，属于机械制造领域。有三个直线坐标轴和两个回转坐标轴。床身上方装有工作台，工作台上面左端装有头架，头架主轴右端安装夹具夹持工件，头架的驱动方式有蜗轮、蜗杆传动或采用力矩电机直接驱动，工作台上面右端机床尾架有动力驱动装置，床身的后部上方装有立柱，立柱的前面装有Z轴滑板或B轴蜗轮箱，沿Z轴上下运动，Z轴滑板或B轴蜗轮箱有蜗轮、蜗杆传动装置或力矩电机装置直接传动带动B轴主轴旋转，机床主轴箱安装在B轴前端的连接盘上，主轴箱安装有高速电主轴，使用SHK63A刀柄安装加工用各种刀具，床身的右上方安装有刀库，机床采用西门子840D数控系统控制或选用其它五轴联动数控系统控制。

Description

一种五轴联动叶片加工中心机构
技术领域
本实用新型涉及一种五轴联动叶片加工中心机构，属于机械制造领域。
背景技术
现有的五轴联动加工中心是一种含有三个直线坐标轴(X、Y、Z)和任意两个回转坐标轴(A、B；A、C；B、C)所组成的可实现五轴联动插补加工的，可以自动换刀的加工中心机床。因为有五个数控坐标轴(四个显然不足，六个又显多余)，刀具与工件相对有足够的位置姿态，所以可以高效加工具有空间曲面的复杂零件。例如汽轮机、飞机发动机的各种叶轮、叶片和复杂形状模具等。
五轴联动叶片加工中心是专门用来加工汽轮机、飞机发动机的各种叶片和其它窄长型具有空间复杂型面的零件。此类零件是根据空气动力学的原理和多次空气动力学的试验而设计，要使之达到高效率、高强度的要求，所以零件的型面就比较复杂。要达到非常逼近理论型面的机械加工，五轴联动叶片加工中心是比较理想的设备。
以前国内加工这类叶片的方法用精锻后手工直接打磨。效率低，废品率高，劳动强度很大。后来随着数控机床的发展，逐步采用三轴和四轴数控机床插补加工。零件的生产效率提高，废品率下降。但由于三、四轴数控机床刀具相对工件的位姿不够，只能采用比较逼进的加工，叶片根部有斜角和有凸台的零件则不能比较完整的加工出来。
发达国家比较早就研发出五轴联动叶片加工中心，并有多项专利。如瑞士、意大利、德国、日本等。由于它的功能强大，特别是对军事工业的特殊作用，西方国家一直把它作为战略物资，严禁向社会主义国家出口。现在仍然有种种限制，有条件的向中国出口，但价格非常的昂贵。国内的汽轮机、飞机发动机叶片加工行业拥有少量的五轴联动机床在使用中。
现在国内在汽轮机、飞机发动机叶片加工领域，生产能力严重不足。有大量的加工问题急待解决。现有的加工手段比较落后，用三、四轴数控机床近似加工然后人工抛光，误差大，效率低。电解加工方法，污染严重。靠进口的五轴联动机床加工，虽然效果不错，但机床价格昂贵，对于军工产品的加工机床还涉及到安全问题。
发明内容
为了克服现有技术结构的不足，本实用新型提供一种五轴联动叶片加工中心机构。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：含有三个直线坐标轴X、Y、Z和两个回转坐标轴A、B；有整体床身，床身的前部上方装有工作台，工作台上面左端装有头架，头架主轴有A轴，头架主轴右端安装夹具夹持工件，头架的驱动方式有蜗轮、蜗杆传动或采用力矩电机直接驱动，工作台上面右端装有尾架，机床尾架有动力驱动装置，与头架同步运动，头、尾架连接有高精度角度编码器闭环控制，床身的后部上方装有立柱，立柱沿X轴线左右运动。立柱的前面装有Z轴滑板(B轴蜗轮箱)，Z轴滑板(B轴蜗轮箱)有蜗轮、蜗杆传动装置或力矩电机装置直接传动带动B轴主轴旋转，机床主轴箱安装在B轴前端的连接盘上，随B轴的旋转而摆动，主轴箱安装有高速电主轴，B轴的摆动范围在±40°，床身的右上方安装有刀库。
本实用新型的有益效果：
1、独特的机床布局，使工件和刀具的运动系统分配均衡，整机刚性好，制造和维修方便。工件运动系统包括Y、A轴；刀具运动系统包括X、Z、B轴。
2、刀具端部到B轴回转中心距离的优化选择，使主轴箱的刚性好，又使刀尖离B轴回转中心距离近，对减小误差和B轴传动力矩很有好处。
3、机床的直线运动部件均采用滚柱直线导轨和高精度滚珠丝杠传动，承载力大，刚性好。
4、带有消除间隙机构、大扭矩输出、高精度回转装置。
5、力矩电机直接驱动的高精度回转装置。
6、大质量液压平衡装置和机械摆动平衡装置。
7、头、尾架高精度同步回转装置。
五轴联动叶片加工中心，降低机床的价格，为国内的汽轮机、飞机发动机叶片加工行业提供较为理想的设备。用国产的设备装备军工行业，增加了安全性，对提高自己的机械装备制造水平，也有重大意义。
附图说明
下面结合附图和实施例对实用新型进一步说明。
图1机床的基本布局示意图。
图2机床的基本布局示意图。
具体实施方式
实施例1：  如图1、图2所示，为本实用新型机构的基本布局如图1所示；本实用新型为一种立式的五轴联动叶片加工中心机构。它含有三个直线坐标轴(X、Y、Z)和两个回转坐标轴(A、B)。行程在2200mm以内。
机床的基础为整体床身8，床身8的前部上方装有工作台2，工作台2前后运动(Y轴)。工作台2上面左端装有头架1，头架1主轴可连续转动(A轴)。头架1主轴右端可安装夹具，夹持工件。头架1的驱动方式有蜗轮、蜗杆传动(采用双导程蜗杆调整传动间隙)或采用力矩电机直接驱动。工作台2上面右端装有尾架3，靠顶尖顶紧工件。加工较大零件的机床尾架3需要动力驱动，以增加零件的传动刚度。它必须与头架1同步运动。为保证精确的传动，头、尾架都需安装高精度角度编码器闭环控制。床身8的后部上方装有立柱5，立柱5可以左右运动(X轴)。立柱5的前面装有Z轴滑板6(B轴蜗轮箱)，它可以上下运动(Z轴)。Z轴滑板6(B轴蜗轮箱)有蜗轮、蜗杆传动装置(也可采用力矩电机直接传动)带动B轴主轴旋转(B轴)。机床主轴箱7安装在B轴前端的连接盘上，可以随B轴的旋转而摆动。机床主轴箱7安装有高速电主轴。使用SHK63A刀柄安装加工用各种刀具。B轴的摆动范围在±40°。床身8的右上方安装有刀库4，容量为16把。机床可以自动换刀。机床采用了西门子840D数控系统控制(也可选用其它五轴联动数控系统控制)，人们可以通过操作台9控制机床。
机床还有另一种布置形式——工作台左右运动(X轴)，立柱前后运动(Y轴)。

Claims (4)

1.一种五轴联动叶片加工中心机构，其特征是：含有三个直线坐标轴X、Y、Z和两个回转坐标轴A、B；有整体床身，床身的前部上方装有工作台，工作台上面左端装有头架，头架主轴有A轴，头架主轴右端安装夹具夹持工件，头架的驱动方式有蜗轮、蜗杆传动或采用力矩电机直接驱动，工作台上面右端装有尾架，机床尾架有动力驱动装置，与头架同步运动，头、尾架连接有高精度角度编码器闭环控制，床身的后部上方装有立柱，立柱沿X轴左右运动，立柱的前面装有Z轴滑板或B轴蜗轮箱，Z轴滑板或B轴蜗轮箱有蜗轮、蜗杆传动装置或力矩装置直接传动带动B轴主轴旋转，机床主轴箱安装在B轴前端的连接盘上，随B轴的旋转而摆动，主轴箱安装有高速电主轴，B轴的摆动范围在±40°，床身的右上方安装有刀库。
2.根据权利要求1所述的一种五轴联动叶片加工中心机构，其特征是：刀库容量为16把。
3.根据权利要求1或2所述的一种五轴联动叶片加工中心机构，其特征是：用SHK63A刀柄安装加工用各种刀具。
4.根据权利要求1所述的一种五轴联动叶片加工中心机构，其特征是：X轴工作台左右运动，Y轴立柱前后运动。
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