一种双刀加工叶片的卧式机床结构制造技术

本发明专利技术公开了一种双刀加工叶片的卧式机床结构，包括床身以及工件装夹机构和刀具运动机构，工件装夹机构包括工作台以及设于工作台前后两端用以装夹待加工叶片的可移动尾架和旋转夹具；工件装夹机构两侧各设有一套刀具运动机构，刀具运动机构包括主轴头以及驱动主轴头在空间运动的驱动机构；工件装夹机构两侧的两套刀具运动机构的其中一套的主轴头通过采用摆头实现摆动；两套所述刀具运动机构中刀具端的两个主轴头分设于待加工叶片型面两侧，且一个主轴头的零位轴线与另一个主轴头的轴线成一固定夹角β。本发明专利技术中由于摆头结构形式的主轴头摆动范围最大为±９０°，在设计双刀加工叶片专用机床时，使两侧主轴头中的一个主轴头的零位轴线与另一个主轴头的轴线夹角成一定角度β，可以确定机床的工艺范围，充分发挥双刀加工的优势。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于机床
，涉及一种机床结构，尤其是一种用于汽轮机长叶片型 面加工的双刀加工叶片的卧式机床结构。
技术介绍
叶片是汽轮机的核心部件之一，它起着将蒸汽的动能转换为机械能的作用。汽轮 机效率的高低，很大程度上取决于叶片型面的设计和制造水平。汽轮机长叶片的长宽比大， 截面复杂，其加工时特性和细长轴类零件有类似的地方。细长轴类零件(长径比>20)强 度和刚度差，在加工时受到自身重量、切削力和切削热的影响，极易产生振动和变形，加工 质量难以保证，甚至造成零件加工过程中断。一般长轴类零件加工时采用加中心架或者跟 刀架对零件进行辅助支撑。通过增加合理的辅助支撑结构形式，或者合理选择刀具和切削 用量可以在一定程度上提高零件的加工精度。这种方式适用于加工长径比大、截面不复杂 的轴类零件。但是汽轮机长叶片很难用这种方式来加工。其长宽比大，且叶片型面是复杂 空间曲面，表面还常有其他结构，加工过程中不易对其增加辅助支撑。实际加工中常通过合 理选用加工刀具和改变切削用量等工艺参数来改善零件的加工质量。目前，长叶片的型面加工主要采用五轴联动的数控加工中心来加工，一次装夹就 可以完成叶身型面、内背弧凸台、叶根过渡圆角、叶冠过渡圆角及叶冠装配面型线等结构的 加工。五轴联动数控加工中心都是采用单刀来加工叶片的。单刀加工叶片时，采用了五坐 标加工技术，五坐标是指三个移动坐标加两个转动坐标，根据转动坐标的不同分配方案，又 可以分为采用双摆头、单摆头加转台以及双转台的结构形式。汽轮机叶片加工机床中，多采 用的是后两种结构形式。无论采用哪种结构形式，相比传统三轴加工叶片，五轴机床加工叶 片的过程中，可以实现两个方向上刀轴矢量的控制，因而使得在叶片加工的过程中，可以采 用加工效率更高的端铣刀，同时还可提高叶片加工的工艺范围，并且可以改善叶片的加工 质量。两个方向上刀轴矢量的控制是通过处于进给方向平面内的前倾角和垂直进给方向平 面的侧倾角来描述的。在叶片五轴加工数控编程时，由于叶片的结构特点，前倾角的设定是 十分关键的。单刀叶片加工时，前倾角的实现是通过调整叶片旋转角度实现的，侧倾角则是 通过刀具端的单摆头来实现的，在加工过程中，长叶片相当于一根两端固定的梁，当刀具作用在上面时，切削力会 使得叶片发生明显的变形，影响叶片型面的加工质量。特别是在粗加工阶段，切削量大，切 削力对叶片精度的影响就更加不可忽略。同时单刀叶片加工的效率太低，不能满足现代快 速机加工的要求。现有针对双刀加工方式的机床结构主要是针对双刀车削细长轴类和双刀铣削薄 板类零件提出的，由于细长轴类和薄板类零件的几何形状较简单，因此双刀加工机床两侧 刀具的布置基本成180° (如图1)。由于汽轮机长叶片型面较复杂，如果双刀采用传统的180°的布置形式，将无法满 足叶片加工的质量要求，也难以充分发挥出双刀加工叶片的优势。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种双刀加工叶片的卧式机床 结构，该机床结构中待加工叶片采用卧式装夹方式，使双刀同时对长叶片进行加工，通过两 刀在长叶片型面两侧同时加工，使叶片受力能够部分或者全部抵消，从而能够有效改善长 叶片型面在加工过程中的受力状态，减小长叶片型面的加工变形量，并且能够提高加工效率。本专利技术的目的是通过以下技术方案来解决的这种双刀加工叶片的卧式机床结构，包括一卧式床身，该床身的上端面呈水平面， 该床身的上端面通过轨道机构水平设有一能沿床身轴向滑动的工作台；所述工作台的上端 面设有工件装夹机构；所述工作台的两侧于床身上分别固定有一套刀具运动机构，所述刀 具运动机构包括主轴头以及驱动主轴头在空间X、Y或Z方向运动的驱动机构；所述工作台 两侧的两套刀具运动机构中至少有一副主轴头与驱动机构之间通过摆头连接实现摆动自 由度；所述工件装夹机构上装夹待加工叶片，所述两套刀具运动机构中刀具端的两个主轴 头分设于待加工叶片型面两侧，且一个主轴头的零位轴线和另一个主轴头的轴线成一固定 夹角β。上述工件装夹机构包括旋转夹具和尾架，所述旋转夹具和尾架分别设置于工作台 的前后两端。上述刀具运动机构的驱动机构包括刀具底座、设于刀具底座上的刀具立柱以及设 于刀具立柱上能垂直升降的滑架；所述刀具底座水平固定于床身的两侧边，刀具底座的上 端面设有沿垂直于床身方向的轨道，所述刀具立柱的下端设有与刀具底座的轨道相配合的 轨道槽，且在刀具立柱与刀具底座之间设有驱动刀具立柱沿轨道滑动的丝杠机构；所述刀 具立柱的内侧为竖直面，在该竖直面上设有竖直轨道，所述滑架的侧面设有轨道槽，滑架通 过轨道槽设置在刀具立柱的竖直轨道上，且滑架与刀具立柱之间设有驱动滑架沿竖直轨道 滑动的丝杠机构。进一步，上述主轴头固定设于滑架上，且至少有一副主轴头与滑架之间通过摆头 连接。进一步，上述床身是一横截面呈凸字形的结构。进一步，上述工作台前端设有突起的固定架，所述前端的固定架上固定设有一所 述旋转夹具，所述工作台的上端面后端还轴向设有轨道，所述尾架的底部设有配合工作台 轨道的轨道槽，且所述尾架与工作台之间还设有驱动尾架沿工作台轨道滑动的丝杠机构； 所述尾架与工作台之间还设有锁紧机构。本专利技术具有以下有益效果由于摆头结构形式的刀具摆动范围最大为士90°，在设计双刀加工叶片专用机床 时，使两侧主轴间夹角成一定固定值β，可以确定机床的工艺范围，充分发挥双刀加工的优 势。具体体现在以下两点1)显著提高加工效率，双刀头对零件可以同时进行加工，通过合理的安排零件的 加工工艺，加工效率比单刀头明显增加；2)减小长叶片在加工中的变形。对长叶片来说，加工时因为切削力而引起的变形是很大的，特别是切削量很大时。这种变形对零件的最终加工质量有很大影响。对轴类零 件，可以通过增加中间支撑的方式来减小加工中的变形，但对于截面不规则的汽轮机长叶 片来说，增加支撑是很困难的。通过本专利技术的双刀头的卧式机床结构，在加工过程中合理的 安排两个刀具的位置，使得刀具作用在零件上的切削力能够得到一部分甚至是完全抵消， 这将显著的减小零件的变形，提高零件加工质量。附图说明图1为现有技术中的双刀加工方法示意图；其中(a)为对刀车削细长轴；(b)为双刀铣削薄板件；图2为本专利技术的卧式机床方案的结构示意图；图3为图2的前视图；图4为双刀加工叶片的工作示意图；图5为图4的叶片受力分析图。其中1为摆头；2为工作台；3为滑架；4为刀具立柱；5为刀具底座；6为尾架；7 为床身；8为旋转夹具；9、10为主轴头；11为待加工叶片；12、13为刀具。具体实施例方式下面结合附图对本专利技术做进一步详细描述首先本专利技术的机床机构是基于以下双刀头加工的工作原理来实现的其工作原理如图4所示，在加工时，带有刀具的主轴头9和主轴头10分别在待加 工叶片11的型面两侧运动。两个主轴头的运动由两个单独的运动机构控制，并通过总的控 制系统进行协调。其工作方式主要有两种形式(1)提高加工效率的工作方式在这种工作方式时，双刀加工的目的主要是为了提高加工效率。其工作原理如图 4所示，两主轴头9、10分别带动刀具在叶片型面两侧运动，对待加工叶片11进行加工。两 个刀头间在加工时的关系取决于所采用的加工工艺方法，可以是同时进行粗加工，也可以 是一个刀头完成粗加工一个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双刀加工叶片的卧式机床结构，包括一卧式床身（７），其特征在于：所述床身（７）的上端面呈水平面，该床身（７）的上端面通过轨道机构水平设有一能沿床身（７）轴向滑动的工作台（２）；所述工作台（２）的上端面设有工件装夹机构；所述工作台（２）的两侧于床身（７）上分别固定有一套刀具运动机构，所述刀具运动机构包括主轴头（９／１０）以及驱动主轴头（９／１０）在空间Ｘ、Ｙ方向运动的驱动机构；所述工作台（２）两侧的两套刀具运动机构中至少有一副主轴头（９／１０）与驱动机构之间通过摆头（１）连接实现摆动自由度；所述工件装夹机构上装夹待加工叶片，所述两套刀具运动机构中主轴头（９／１０）的两个刀具（１２／１３）分设于待加工叶片型面两侧，且主轴头９的零位轴线与主轴头１０的轴线成一固定夹角β。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：何仲云，余常武，位文明，董襄阳，卢秉恒，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：87[]