一种圆周阵列曲面结构同步加工装置，它是由主轴加工单元、径向运动单元、工作台运动单元、双层主轴加工单元和龙门式圆周阵列曲面结构同步加工装置五部分组成；该主轴加工单元安装在径向运动单元的底座上并通过螺栓固定，用于对工件叶轮的叶片曲面进行加工，它沿圆周方向安装多个，每两个主轴加工单元之间圆心角角度为叶片夹角的整数倍；该径向运动单元用于控制安装其上的主轴加工单元沿径向运动，该工作台运动单元安装在径向运动单元的底座上，用于实现叶片的旋转及上下运动；叶片的三个运动在数控系统的控制下，共同实现叶片曲面加工；该双层主轴加工单元用于替换主轴加工单元安装在底座上，能同时加工两层叶轮，提高了此类复杂零件加工效率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种圆周阵列曲面结构同步加工装置，它是一种利用同步运动控制机构同时控制多个砂轮，同步磨削加工叶轮上的多个叶片曲面的高效加工装置。可以成倍缩短叶轮的加工时间，大幅提高加工效率。并且本设计还可以应用于不规则齿轮等曲面的加工，具有广泛的应用性。属于金属切削加工
技术介绍
随着汽车以及航天工业的发展，空间复杂曲面加工越来越成为加工行业的重点及难点。例如叶片、整体叶轮、涡轮等各类空间复杂曲面零件。这类零件大多工作在高温、高压。高转速条件下，选用材料多为难切削材料，再加上叶轮、涡轮等为整体结构，带有几十至数百片复杂型面叶片，其加工一直为制造业中的难点。目前对叶轮叶片的加工工艺主要是数控铣削，数控磨削加工，加工时一次只加工一个叶片，然后旋转一个夹角再加工第二个叶片，直至加工完圆周上所有的叶片。如此方法加工时间较长，效率 较低，尤其是一些大型叶轮的加工，几百个叶片的叶轮需要连续加工数天，严重影响生产和装配进度。
技术实现思路
1、目的:本专利技术的目的是提供一种圆周阵列曲面结构同步加工装置，它是利用同步运动控制机构及其控制下的主轴电机实现叶轮等圆周阵列曲面结构的磨削加工装置，可同时加工叶轮上多个叶片曲面，大大提高叶轮等圆周阵列曲面结构零件的生产效率。2、技术方案:如图2所示，本专利技术一种圆周阵列曲面结构同步加工装置，它是由主轴加工单元I (见图3)、径向运动单元2 (见图4)、工作台运动单元3 (见图5)、双层主轴加工单元4 (见图6)和龙门式圆周阵列曲面结构同步加工装置(见图8、图9)5部分组成.它们之间的位置连接关系是:该主轴加工单元I安装在径向运动单元2的底座2-1或者龙门式机床底座5的圆周上，并通过螺栓固定，用于对工件叶轮3-17的叶片曲面进行加工，它可以沿圆周方向安装多个，每两个主轴加工单元之间圆心角角度为叶片夹角的整数倍。该径向运动单元2，用于控制安装其上的主轴加工单元I沿径向运动，该工作台运动单元3，安装在径向运动单元的底座2-1或者龙门式机床底座5的中心，用于实现叶片的旋转及上、下运动。叶片的三个运动在数控系统的控制下，共同实现叶片曲面加工。该双层主轴加工单元(图6)用于替换主轴加工单元安装在底座2-1或者龙门式机床底座5的圆周上，可同时加工两层叶轮。所述主轴加工单元I用于实施对曲面的加工，如图3所示，它包括10个构件:它们是刀架1-1、主轴导轨1-2、主轴电机支架l-3、z轴锁紧螺栓1-4、主轴电机1-5、γ轴锁紧螺栓1-6、螺纹爪1-7、主轴滑块1-8、移动板1-9和砂轮1-10。它们之间的位置连接关系是:主轴导轨1-2通过螺栓固定在刀架1-1的上平面上，主轴电机支架1-3、移动板1-9和主轴滑块1-8相互连接并一起镶崁在主轴导轨1-2上；砂轮1-10安装在主轴电机1-5的输出轴上，主轴电机1-5通过Y轴锁紧螺栓1-6固定在主轴电机支架1-3上，主轴电机支架1-3安装在移动板1-9上，螺纹爪1-7通过螺钉固定在移动板1-9的下表面。其中，该刀架1-1是扇形平面结构，与底座2-1螺栓连接，上面沿圆直径方向安装两根主轴导轨1-2，用于约束移动板1-9径向运动。该主轴导轨1-2是工字形导轨件，通过螺栓固定在刀架1-1的上平面上；该移动板1-9是矩形件，其下部安装的四个主轴滑块1-8与主轴导轨1-2构成滚动导轨，可约束其沿着导轨方向滑动。该主轴电机支架1-3是U形的支架结构，安装在移动板1-9上部；该主轴电机1-5安装在该支架左右两侧的板上，该板上有孔和轴，电机可绕轴转动，以便调整角度，然后用Y轴锁紧螺栓1-6锁紧。其规格型号由孔径和电机支架宽度确定；主轴电机1-5头部安装砂轮1-10用于磨削加工叶片曲面，该砂轮是按需选购的市购件。该螺纹爪1-7是倒T形件，上部有螺纹孔，用于与移动板1-9螺钉连接，并从刀架1-1的中心槽中穿出，下部有螺纹齿，可以与平面螺旋盘2-5啮合。该主轴滑块1-8是凹形件，其凹槽与主轴导轨1-2相配。该Z轴锁紧螺栓1-4和Y轴锁紧螺栓1-6是按需选购的市购件。所述径向运动单元2用于控制多个主轴加工单元I的径向运动，包括6个构件，如图4所示。它们是:底座2-1、大转台电机转子2-2、大转台电机定子2-3、大转台台面轴承2-4、平面螺旋盘2-5和T形槽螺栓及螺母2-6。它们之间的位置连接关系是:刀架1-1通过T形槽螺栓及螺母2-6与底座2-1固定，平面螺旋盘2-5与螺纹爪1-7构成平面螺旋运动畐O，平面螺旋盘2-5通过大转台台面轴承2-4与底座2-1连接，大转台电机定子2-3通过螺钉固定在底座2-1上，大转台电机转子2-2通过螺钉固定在平面螺旋盘2-5下部。其中，该底座2-1是圆柱体中空结构，为本装置的主基体，用于安装、固定其它结构单元。该大转台台面轴承2-4是双环形结构件，其外环安装在底座2-1上，内环固定在平面螺旋盘2-5上，用于支撑平面螺旋盘2-5绕中心转动。该平面螺旋盘2-5，是圆盘形阶梯结构，上表面有平面螺纹，可与主轴加工单 元I中的螺纹爪1-7上的螺纹啮合传动，下部是阶梯型结构，通过大转台台面轴承连接在底座2-1上,可绕底座中心轴转动。该大转台电机转子2-2与大转台电机定子2-3 —起构成大转台电机，在数控系统控制下驱动平面螺旋盘2-5转动。当平面螺旋盘2-5旋转时，上面与之啮合的螺纹爪1-7在主轴导轨1-2的约束下可带动移动板1-9及上面主轴电机1-5径向运动。该T形槽螺栓及螺母是按需选购的市购件，其功能是将主轴加工单元I中的刀架1-1固定在底座2-1上。所述工作台运动单元3，用于控制工件叶轮3-17自旋和升降两个运动，如图5所示，包括18个构件。它们是内筒3-1、升降台电机3-2、键3-3、联轴器3_4、滚珠丝杠3_5、深沟球轴承3-6、轴承安装筒3-7、轴承端盖3-8、螺母3-9、工作台支座3_10、工作台滑块3-11、工作台导轨3-12、工作台电机转子3-13、工作台电机定子3_14、工作台台面轴承3-15、工作台3-16、工件叶轮3-17和压紧螺母3-18;它们之间的位置连接关系是:内筒3_1与底座2-1螺钉固定，四根工作台导轨3-12用螺钉固定在内筒3-1内部四个平面上，工作台支座3-10外部的四个平面上面安装八个工作台滑块3-11，一起镶嵌在工作台导轨3-12上，可一起沿工作台导轨3-12上下滑动。工作台支座3-10通过工作台台面轴承3-15与工作台3-16连接,工作台电机转子3-13固定在工作台3-16下部,工作台电机定子3_14固定在工作台支座3-10上部。工作台支座3-10下部安装螺母3-9与滚珠丝杠3-5配合构成螺旋副。升降台电机3-2与轴承安装筒3-7用螺栓固定，升降台电机输出轴与滚珠丝杠3-5的末端轴通过键3-3和联轴器3-4连接，二者可一起转动。滚珠丝杠3-5通过轴承端盖3-8和两个深沟球轴承3-6固定在轴承安装筒3-7内，轴承安装筒3-7安装在内筒3-1内部。其中，该内筒3-1是圆柱体筒形零件，内部用于安装工作台运动单元的零件，外侧与底座2-1通过法兰盘和螺栓连接。该工作台3-16是台阶轴类类件，其上表面用于安装心轴类夹具，定位装好工件叶轮3-17，再用压紧螺母3-18压紧。该台面轴承3-15是双环形结构件，其外环与工作本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种圆周阵列曲面结构同步加工装置，其特征在于：它是由主轴加工单元（1）、径向运动单元（2）、工作台运动单元（3）、双层主轴加工单元（4）和龙门式圆周阵列曲面结构同步加工装置五部分组成；该主轴加工单元（1）安装在径向运动单元（2）的底座（2?1）上并通过螺栓固定，用于对工件叶轮（3?17）的叶片曲面进行加工，它沿圆周方向安装复数个，每两个主轴加工单元之间圆心角角度为叶片夹角的整数倍；该径向运动单元(2)，用于控制安装其上的主轴加工单元(1)沿径向运动，该工作台运动单元(3)安装在径向运动单元的底座（2?1）上，用于实现叶片的旋转及上、下运动；叶片的三个运动在数控系统的控制下，共同实现叶片曲面加工；该双层主轴加工单元用于替换主轴加工单元安装在底座（2?1）上，能同时加工两层叶轮；所述主轴加工单元（1）用于实施对曲面的加工，它包括10个构件：它们是刀架（1?1）、主轴导轨（1?2）、主轴电机支架（1?3）、Z轴锁紧螺栓（1?4）、主轴电机（1?5）、Y轴锁紧螺栓(1?6)、螺纹爪(1?7)、主轴滑块(1?8)、移动板(1?9)和砂轮(1?10)；主轴导轨（1?2）通过螺栓固定在刀架（1?1）的上平面上，主轴电机支架（1?3）、移动板(1?9)和主轴滑块(1?8)相互连接并一起镶崁在主轴导轨（1?2）上；砂轮(1?10)安装在主轴电机（1?5）的输出轴上，主轴电机（1?5）通过Y轴锁紧螺栓(1?6)固定在主轴电机支架（1?3）上，主轴电机支架（1?3）安装在移动板（1?9）上，螺纹爪(1?7)通过螺钉固定在移动板（1?9）的下表面；其中，该刀架（1?1）是扇形平面结构，与底座（2?1）螺栓连接，上面沿圆直径方向安装两根主轴导轨（1?2），用于约束移动板（1?9）径向运动；该主轴导轨（1?2）是工字形导轨件，通过螺栓固定在刀架（1?1）的上平面上；该移动板（1?9）是矩形件，其下部安装的四个主轴滑块（1?8）与主轴导轨（1?2）构成滚动导轨，约束其沿着导轨方向滑动；该主轴电机支架（1?3）是U形的支架结构，安装在移动板（1?9）上部；该主轴电机（1?5）安装在该支架左右两侧的板上，该板上有孔和轴，电机能绕轴转动，以便调整角度，然后用Y轴锁紧螺栓(1?6)锁紧，其规格型号由孔径和电机支架宽度确定；该主轴电机（1?5）头部安装砂轮（1?10）用于磨削加工叶片曲面；该螺纹爪(1?7)是倒T形件，上部有螺纹孔，用于与移动板（1?9）螺钉连接， 并从刀架（1?1）的中心槽中穿出，下部有螺纹齿，与平面螺旋盘（2?5）啮合；该主轴滑块(1?8)是凹形件，其凹槽与主轴导轨（1?2）相配；所述径向运动单元（2）用于控制多个主轴加工单元（1）的径向运动，包括6个构件，它们是：底座（2?1）、大转台电机转子（2?2）、大转台电机定子（2?3）、大转台台面轴承（2?4）、平面螺旋盘（2?5）和T形槽螺栓及螺母（2?6）；刀架（1?1）通过T形槽螺栓及螺母（2?6）与底座（2?1）固定，平面螺旋盘（2?5）与螺纹爪（1?7）构成平面螺旋运动副，平面螺旋盘（2?5）通过大转台台面轴承（2?4）与底座（2?1）连接，大转台电机定子（2?3）通过螺钉固定在底座（2?1）上，大转台电机转子（2?2）通过螺钉固定在平面螺旋盘（2?5）下部；其中，该底座（2?1）是圆柱体中空结构，为本装置的主基体，用于安装、固定其它结构单元；该大转台台面轴承（2?4）是双环形结构件，其外环安装在底座（2?1）上，内环固定在平面螺旋盘（2?5）上，用于支撑平面螺旋盘（2?5）绕中心转动；该平面螺旋盘（2?5），是圆盘形阶梯结构，上表面有平面螺纹，与主轴加工单元（1）中的螺纹爪（1?7）上的螺纹啮合传动，下部是阶梯型结构，通过大转台台面轴承连接在底座（2?1）上，能绕底座中心轴转动；该大转台电机转子（2?2）与大转台电机定子（2?3）一起构成大转台电机，在数控系统控制下驱动平面螺旋盘（2?5）转动；当平面螺旋盘（2?5）旋转时，上面与之啮合的螺纹爪（1?7）在主轴导轨（1?2）的约束下带动移动板（1?9）及上面主轴电机（1?5）径向运动；该T形槽螺栓及螺母是将主轴加工单元（1）中的刀架（1?1）固定在底座（2?1）上；所述工作台运动单元（3），用于控制工件叶轮（3?17）自旋和升降两个运动，包括18个构件，它们是内筒（3?1）、升降台电机（3?2）、键（3?3）、联轴器（3?4）、滚珠丝杠（3?5）、深沟球轴承（3?6）、轴承安装筒（3?7）、轴承端盖（3?8）、螺母（3?9）、工作台支座（...
【技术特征摘要】
1.一种圆周阵列曲面结构同步加工装置，其特征在于:它是由主轴加工单元(I)、径向运动单元(2)、工作台运动单元(3)、双层主轴加工单元(4)和龙门式圆周阵列曲面结构同步加工装置五部分组成；该主轴加工单元(I)安装在径向运动单元(2)的底座(2-1)上并通过螺栓固定，用于对工件叶轮(3-17)的叶片曲面进行加工，它沿圆周方向安装复数个，每两个主轴加工单元之间圆心角角度为叶片夹角的整数倍；该径向运动单元(2)，用于控制安装其上的主轴加工单元(I)沿径向运动，该工作台运动单元(3)安装在径向运动单元的底座(2-1)上，用于实现叶片的旋转及上、下运动；叶片的三个运动在数控系统的控制下，共同实现叶片曲面加工；该双层主轴加工单元用于替换主轴加工单元安装在底座(2-1)上，能同时加工两层叶轮； 所述主轴加工单元(I)用于实施对曲面的加工，它包括10个构件:它们是刀架(1-1)、主轴导轨(1-2)、主轴电机支架(1-3)、Z轴锁紧螺栓(1-4)、主轴电机(1-5)、Y轴锁紧螺栓(1-6)、螺纹爪(1-7)、主轴滑块(1-8)、移动板(1-9)和砂轮(1-10);主轴导轨(1_2)通过螺栓固定在刀架(1-1)的上平面上，主轴电机支架(1-3)、移动板(1-9)和主轴滑块(1-8)相互连接并一起镶崁在 主轴导轨(1-2)上；砂轮(1-10)安装在主轴电机(1-5)的输出轴上，主轴电机(1-5)通过Y轴锁紧螺栓(1-6)固定在主轴电机支架(1-3)上，主轴电机支架(1-3)安装在移动板(1-9)上，螺纹爪(1-7)通过螺钉固定在移动板(1-9)的下表面；其中，该刀架(1-1)是扇形平面结构，与底座(2-1)螺栓连接，上面沿圆直径方向安装两根主轴导轨(1-2)，用于约束移动板(1-9)径向运动；该主轴导轨(1-2)是工字形导轨件，通过螺栓固定在刀架(1-1)的上平面上；该移动板(1-9)是矩形件，其下部安装的四个主轴滑块(1-8)与主轴导轨(1-2)构成滚动导轨，约束其沿着导轨方向滑动；该主轴电机支架(1-3)是U形的支架结构，安装在移动板(1-9)上部；该主轴电机(1-5)安装在该支架左右两侧的板上，该板上有孔和轴，电机能绕轴转动，以便调整角度，然后用Y轴锁紧螺栓(1-6)锁紧，其规格型号由孔径和电机支架宽度确定；该主轴电机(1-5)头部安装砂轮(1-10)用于磨削加工叶片曲面；该螺纹爪(1-7)是倒T形件，上部有螺纹孔，用于与移动板(1-9)螺钉连接，并从刀架(1-1)的中心槽中穿出，下部有螺纹齿，与平面螺旋盘(2-5)啮合；该主轴滑块(1-8)是凹形件，其凹槽与主轴导轨(1-2)相配； 所述径向运动单元(2)用于控制多个主轴加工单元(I)的径向运动，包括6个构件，它们是:底座(2-1)、大转台电机转子(2-2)、大转台电机定子(2-3)、大转台台面轴承(2-4)、平面螺旋盘(2-5)和T形槽螺栓及螺母(2-6);刀架(1-1)通过T形槽螺栓及螺母(2-6)与底座(2-1)固定，平面螺旋盘(2-5)与螺纹爪(1-7)构成平面螺旋运动副，平面螺旋盘(2-5)通过大转台台面轴承(2-4)与底座(2-1)连接，大转台电机定子(2-3)通过螺钉固定在底座(2-1)上，大转台电机转子(2-2)通过螺钉固定在平面螺旋盘(2-5)下部；其中，该底座(2-1)是圆柱体中空结构，为本装置的主基体，用于安装、固定其它结构单元；该大转台台面轴承(2-4)是双环形结构件，其外环安装在底座(2-1)上，内环固定在平面螺旋盘(2-5)上，用于支撑平面螺旋盘(2-5)绕中心转动；该平面螺旋盘(2-5)，是圆盘形阶梯结构，上表面有平面螺纹，与主轴加工单元(I)中的螺纹爪(1-7)上的螺纹啮合传动，下部是阶梯型结构，通过大转台台面轴承连接在底座(2-1)上,能绕底座中心轴转动；该大转台电机转子(2-2)与大转台电机定子(2-3) —起构成大转台电机，在数控系统控制下驱动平面螺旋盘(2-5)转动；当平面螺旋盘(2-5)旋转时，上面与之啮合的螺纹爪(1-7)在主轴导轨(1-2)的约束下带动移动板(1-9)及上面主轴电机(1-5)径向运动；该T形槽螺栓及螺母是将主轴加工单元(I)中的刀架(1-1)固定在底座(2-1)上； 所述工作台运动单元(3)，用于控制工件叶轮(3-17)自旋和升降两个运动，包括18个构件，它们是内筒(3-1)、升降台电机(3-2 )、键(3-3 )、联轴器(3-4 )、滚珠丝杠(3_5 )、深沟球轴承(3-6)、轴承安装筒(3-7)、轴承端盖(3-8)、螺母(3-9)、工作台支座(3-10)、工作台滑块(3-11)、工作台导轨(3-12)、工作台电机转子(3-13)、工作台电机定子(3-14)、工作台台面轴承(3-15)、工作台(3-16)、工件叶轮(3-17)和压紧螺母(3_18);内筒(3_1)与底座(2-1)螺钉固定，四根工作台导轨(3-...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈志同，陈宇飞，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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