CN220330651U - 一种大型叶片反向分段加工机床与夹具 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及叶片加工技术领域，具体为一种大型叶片反向分段加工机床与夹具，包括底座；Y向导轨，所述Y向导轨固定安装在底座顶部；X向导轨，所述X向导轨滑动安装在Y向导轨上；立柱，所述立柱滑动安装在X向导轨上；第一Z轨，所述第一Z轨固定安装在立柱上；第二Z轨，所述第二Z轨固定安装在立柱远离第一Z轨的一侧上；主轴机构，所述主轴机构设置在第一Z轨与第二Z轨之间；以及C轴转台。该大型叶片反向分段加工机床与夹具，机床采用双Z轴组合运动实现主轴的摆动以及Z向上下平移，避免了大扭矩转台制造难度大、体积大、刚性差、价格昂贵的弊端，具有结构紧凑、机床刚性好等优势，对于大型叶片以及桨叶等的工件加工具有一定的优势。

Description

一种大型叶片反向分段加工机床与夹具

技术领域

本实用新型涉及叶片加工技术领域，具体为一种大型叶片反向分段加工机床与夹具。

背景技术

大型叶片作为航空发动机、燃气轮机的核心部件，对于航空发动、燃气轮机的性能有着决定性的影响。然而叶片多为壁厚薄、刚性差的弱刚性工件，且其材料多为难以加工的钛合金、高温合金，切削过程中受到切削力以及切削热作用极易发生颤振和变形。同时叶片加工工序多，叶片变形问题存在于叶片毛坯制造、机械加工、表面强化等叶片全加工过程中，导致叶片轮廓精度控制难，变形累积验证。据调查长度100mm的叶片双端夹持的铣削变形量最大可达到0.8mm，扭转变形可达到20-30’；在整体叶盘悬臂加工中也极易在叶尖处产生让刀变形和颤振。同时叶片加工变形问题还广泛存在于汽轮机、鼓风机等设备的大型叶片以及航空航天其它薄壁零件的机械加工过程中。经检索公开号为CN104889706B专利文件提出来一种弱刚性工件反向分段加工方法及装置，能够通过反向分段加工的方法消除残余应力对加工变形影响。

但是在对一些长叶片特别是长度长达800mm以上的叶片进行反向分段加工的过程中，不论是加工机床还是低熔点合金夹具都难以满足高精度加工的要求。低熔点合金较高密度和重量大大的增加了加工过程中工件和夹具重量，对机床性能也提出了更高的要求。同时Z轴位于床身的设计也一定程度上限制了机床的行程以及加工叶片的长度。鉴于此，我们提出一种大型叶片反向分段加工机床与夹具。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种大型叶片反向分段加工机床与夹具，该大型叶片反向分段加工机床与夹具，解决了背景技术中的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种大型叶片反向分段加工机床与夹具，包括底座；

Y向导轨，所述Y向导轨固定安装在底座顶部；

X向导轨，所述X向导轨滑动安装在Y向导轨上；

立柱，所述立柱滑动安装在X向导轨上；

第一Z轨，所述第一Z轨固定安装在立柱上；

第二Z轨，所述第二Z轨固定安装在立柱远离第一Z轨的一侧上；

主轴机构，所述主轴机构设置在第一Z轨与第二Z轨之间；

以及C轴转台。

进一步地，所述底座的侧面固定安装有工作台，所述工作台内部具有空腔，所述空腔内固定安装有直线气缸，所述直线气缸的输出端固定安装有装夹平台。

进一步地，所述C轴转台转动安装在所述工作台的顶部，所述工作台的顶端固定安装有摆动气缸。

进一步地，所述主轴机构包括第一连接座，所述第一连接座滑动安装在第一Z轨上，所述第一连接座上转动安装有第一套筒，所述第一套筒内滑动安装有滑杆。

进一步地，所述滑杆的表面滑动安装有主轴安装座，所述主轴安装座上转动安装有第二连接座，所述第二连接座滑动安装在第二Z轨上。

一种大型叶片反向分段加工夹具，包括下连接座，所述下连接座的顶部通过螺栓安装有上连接座，所述下连接座与所述上连接座的外圆周均具有凸台，所述C轴转台的内壁上分别开设有凹槽与通槽，所述凸台可与凹槽相匹配，所述下连接座上固定安装有仿形夹具体，所述仿形夹具体由透明由机玻璃制成，所述仿形夹具体的内壁上设有光固化层。

进一步地，所述下连接座的内壁上插接有定位销，所述定位销的一端贯穿下连接座并插接在上连接座的内壁上。

借由上述技术方案，本实用新型提供了一种大型叶片反向分段加工机床与夹具。至少具备以下有益效果：

(1)、该大型叶片反向分段加工机床与夹具，机床采用双Z轴组合运动实现刀具的旋转以及平移，避免了大扭矩转台制造难度大、体积大、刚性差、价格昂贵的弊端，具有结构紧凑、机床刚性好等优势，对于大型叶片以及桨叶等大余量切削的工件加工具有一定的优势。通过光固化加工夹具能够实现对工件的面支撑，增强工件加工刚性，实现对于大型桨叶加工的辅助支撑，而且夹具的整体质量小，对于机床性能特别是C轴转台性能的要求较低，大大降低了机床成本。

(2)、该大型叶片反向分段加工机床与夹具，通过设置将工作台设计为中空结构，同时在其中增加了一个能够单独带动工件运动的气缸以及定位装置，一方面保证了节省了Z方向的空间，保证了机床结构的紧凑，另一方面也能够实现工件在加工完成后单独沿Z向向下运动，使得工件切削位置能够一直位于辅助支撑夹具附近，实现对工件的高精度加工。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分:

图1为本实用新型的整体结构轴侧图；

图2为本实用新型的整体结构俯视图；

图3为本实用新型中光固化层示意图；

图4为本实用新型中仿形夹具体一形态示意图；

图5为本实用新型中仿形夹具体另一形态示意图；

图6为本实用新型中C轴转台示意图。

图中：1、底座；2、X向导轨；3、Y向导轨；4、第一Z轨；5、第二Z轨；6、主轴机构；61、第一连接座；62、第二连接座；63、第一套筒；64、滑杆；65、主轴安装座；71、光固化层；72、仿形夹具体72；73、下连接座；74、上连接座；75、定位销；76、螺栓；8、摆动气缸8；9、C轴转台；10、工作台；11、装夹平台；12、直线气缸；13、叶片本体。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1-图6，本实用新型提供的一种技术方案：

一种大型叶片反向分段加工机床与夹具，包括底座1；

Y向导轨3，Y向导轨3固定安装在底座1顶部；

X向导轨2，X向导轨2滑动安装在Y向导轨3上；

立柱，立柱滑动安装在X向导轨2上；

第一Z轨4，第一Z轨4固定安装在立柱上；

第二Z轨5，第二Z轨5固定安装在立柱远离第一Z轨4的一侧上；

主轴机构6，主轴机构6设置在第一Z轨4与第二Z轨5之间，以实现主轴的摆动以及沿Z轴平移运动；

以及C轴转台9。

在一些实施例中，底座1的侧面固定安装有工作台10，工作台10内部具有空腔，空腔内固定安装有直线气缸12，直线气缸12的输出端固定安装有装夹平台11。C轴转台9转动安装在装夹平台11的顶部，工作台10的顶端固定安装有摆动气缸8，装夹平台11顶部设置叶片加工夹具，叶片本体13可固定在加工夹具上，通过设置直线气缸12，能够带动装夹平台11以及大型叶片工件运动沿Z向移动，通过设置摆动气缸8，能够对工件夹具进行加紧。

请参阅图2，主轴机构6包括第一连接座61，第一连接座61滑动安装在第一Z轨4上，第一连接座61上转动安装有第一套筒63，第一套筒63内滑动安装有滑杆64。滑杆64与主轴安装座65固定连接，主轴安装座65上转动安装有第二连接座62，第二连接座62滑动安装在第二Z轨5上。通过第一Z轨4与第二Z轨5的直线组合运动实现滑杆64的旋转以及Z轴平移，这种通过两直线轴运动变摆动的结构避免了大扭矩转台制造难度大、体积大刚性差、价格昂贵的弊端，具有结构紧凑、机床刚性好等优势，对于大型叶片以及桨叶等大余量切削的工件加工具有一定的优势。

一种大型叶片反向分段加工夹具，应用于上述的大型叶片反向分段加工机床，包括下连接座73，下连接座73的顶部通过螺栓76安装有上连接座74，下连接座73与上连接座74的外圆周均具有凸台，C轴转台9的内壁上其上间隔加工有定位凹槽以及通槽，其中定位凹槽主要作用在加工前为对叶片及其夹具进行定位保证加工叶片的准确位置，而通槽则主要是在叶片加工完成后叶片以及夹具通过通槽向下运动，凸台可穿过通槽，且凸台可与凹槽相匹配，从而限制C轴转台9与下连接座73、上连接座74之间的相对转动，使得机床C轴转台9转动时能够带动加工夹具以及叶片同步转动，下连接座73上固定安装有仿形夹具体72，仿形夹具体72的内壁上设有光固化层71，光固化层71由光固化材料制成，该材料具有常规情况下为液态，受到紫外线照射固化的特性。在叶片加工完成后将光固化材料注入夹具体与叶片中间缝隙，此时液态的光固化材料能够较好的贴合工件复杂表面，然后通过紫外线照射将材料固化为固体，在加工时为工件提供一定的支撑力，实现对复杂曲面的大型桨叶辅助支撑和刚性增强。仿形夹具体72按照叶片曲面形状加工出内腔，并在内腔填充光固化材料，由密度较低的透明有机玻璃材料制成，一方面该材料透光率较高能够实现光固化材料的快速固化，另一方面较低的密度大大减小了大型叶片加工夹具的重量，对机床扭矩等性能要求也有一定的降低，同时光固化材料与工件表面面接触能够提供较大的支撑力为大型叶片的大余量加工提供了条件。

进一步的是，下连接座73的内壁上插接有定位销75，定位销75的一端贯穿下连接座73并插接在上连接座74的内壁上，从而能够实现对下连接座73与上连接座74以及下连接座73上的仿形夹具体72进行定位的目的，下连接座73可通过轴承转动安装在装夹平台11上，使其可以随装夹平台11上下移动，同时可以在装夹平台11上转动。

叶片整体反向分段加工过程如下：

将工件分为五个加工段对其进行反向分段加工。首先将工件第一段加工完成，并对其已加工段进行辅助支撑，作为后续加工段的加工基准。然后，以加工夹具凸台与转台C上凹槽相配合定位，将工件以及加工夹具安装在机床中空工作台10内对工件第二段进行加工。待第二段加工完成后，将第二段夹具体与第一段夹具体相连接，并在其间隙填充光固化材料以实现对第二段的辅助支撑。辅助支撑完成后，直线气缸12沿Z轴运动带动工件及其加工夹具下降，第二段加工夹具座凸台与转台C凹槽相配合，以保证工件和夹具能够随着转台的旋转进行运动。待工件加工夹具与转台相连接后，机床各加工轴运动继续对第三段的加工。

待工件一端加工完成后，将工件拆下并对其调头进行装夹并加工第四段。待第四段加工完成后，将第四段夹具体与第一段夹具体相连接，使用光固化材料对第四段进行辅助支撑。然后，气缸运动带动工件及其加工夹具下降，第四段加工夹具座通过定位基准(凸台)与转台C凹槽相连接，实现工件和夹具随着转台的旋转进行运动。待工件加工夹具与转台相连接后，机床各加工轴运动继续对第五段的加工，至此工件加工完成。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种大型叶片反向分段加工机床，其特征在于，包括：

底座(1)；

Y向导轨(3)，所述Y向导轨(3)固定安装在底座(1)顶部；

X向导轨(2)，所述X向导轨(2)滑动安装在Y向导轨(3)上；

立柱，所述立柱滑动安装在X向导轨(2)上；

第一Z轨(4)，所述第一Z轨(4)固定安装在立柱上；

第二Z轨(5)，所述第二Z轨(5)固定安装在立柱远离第一Z轨(4)的一侧上；

主轴机构(6)，所述主轴机构(6)设置在第一Z轨(4)与第二Z轨(5)之间；

以及C轴转台(9)。

2.根据权利要求1所述的大型叶片反向分段加工机床，其特征在于，所述底座(1)的侧面固定安装有工作台(10)，所述工作台(10)内部具有空腔，所述空腔内固定安装有直线气缸(12)，所述直线气缸(12)的输出端固定安装有装夹平台(11)。

3.根据权利要求2所述的大型叶片反向分段加工机床，其特征在于，所述C轴转台(9)转动安装在所述工作台(10)的顶部，所述工作台(10)的顶端固定安装有摆动气缸8(8)。

4.根据权利要求1所述的大型叶片反向分段加工机床，其特征在于，所述主轴机构(6)包括第一连接座(61)，所述第一连接座(61)滑动安装在第一Z轨(4)上，所述第一连接座(61)上转动安装有第一套筒(63)，所述第一套筒(63)内滑动安装有滑杆(64)。

5.根据权利要求4所述的大型叶片反向分段加工机床，其特征在于，所述滑杆(64)的表面滑动安装有主轴安装座(65)，所述主轴安装座(65)上转动安装有第二连接座(62)，所述第二连接座(62)滑动安装在第二Z轨(5)上。

6.一种大型叶片反向分段加工夹具，应用于权利要求1-5中任一项所述的大型叶片反向分段加工机床，其特征在于，包括下连接座(73)，所述下连接座(73)的顶部通过螺栓(76)安装有上连接座(74)，所述下连接座(73)与所述上连接座(74)的外圆周均具有凸台，所述C轴转台(9)的内壁上分别开设有凹槽与通槽，所述凸台可与凹槽相匹配，所述下连接座(73)上固定安装有仿形夹具体72(72)，所述仿形夹具体72(72)由透明由机玻璃制成，所述仿形夹具体72(72)的内壁上设有光固化层(71)。

7.根据权利要求6所述的大型叶片反向分段加工夹具，其特征在于，所述下连接座(73)的内壁上插接有定位销(75)，所述定位销(75)的一端贯穿下连接座(73)并插接在上连接座(74)的内壁上。