專利名稱：一種用于整體葉盤表面拋光的柔性磨頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種拋光加工用的柔性磨頭，特別是一種用于整體葉盤表面拋光的柔性磨頭。屬于航空發(fā)動機(jī)設(shè)計(jì)與制造技術(shù)領(lǐng)域，適用于發(fā)動機(jī)整體葉盤葉片曲面拋光加工工藝。
背景技術(shù)：
航空工業(yè)的發(fā)展對發(fā)動機(jī)的需求量日益增大，對發(fā)動機(jī)葉盤葉片表面質(zhì)量、型面精度要求非常高?，F(xiàn)代機(jī)床多軸聯(lián)動加工技術(shù)已實(shí)現(xiàn)葉盤多軸銑削加工，但是由于葉盤葉片表面屬多自由度空間自由曲面，且多軸聯(lián)動銑削后的葉盤葉片表面波紋度及刀痕較重， 因此，在銑削加工后需要對葉盤葉片表面進(jìn)行光整加工，以提高其表面精度及光潔度，降低表面粗糙度。由于葉盤具有通道窄、葉展長結(jié)構(gòu)復(fù)雜的特點(diǎn)，導(dǎo)致其自動化拋光工藝過程難以實(shí)現(xiàn)，手工操作拋光打磨是目前較為廣泛應(yīng)用的拋光加工工藝方法，其效率較低、拋光質(zhì)量不高、一致性差、穩(wěn)定性差及工作量大，嚴(yán)重影響著發(fā)動機(jī)整體葉盤生產(chǎn)制造水平。中國專利200520123967. 5中公開了一種單向柔性磨頭機(jī)構(gòu)，用于數(shù)控弧齒錐齒輪頂?shù)估饽ハ?，通過安裝在電機(jī)主軸上部的兩組彈簧，自動調(diào)整砂輪的上下移動，保證了磨削精度。在專利200710156215. 2中描述了一種剛性散體柔度可調(diào)拋光磨頭，其以皮制材料作為工作面拋光囊，囊內(nèi)填充有導(dǎo)磁剛性顆粒，是一種對自由曲面適應(yīng)性好、可實(shí)時控制拋光囊剛度、曲面拋光效率高的拋光磨頭。專利97208573. 4中提出了一種氣動補(bǔ)償拋光磨頭，通過軸向氣缸的位移調(diào)整，來補(bǔ)償砂輪因磨損產(chǎn)生的與工件之間的間隙，保證了拋光質(zhì)量。在專利200720056842. 4中介紹了一種行星仿形拋光磨頭，利用傳動齒輪組，使磨輪可以跟隨曲面上下滑動，始終與工件拋光表面貼合，獲得均勻拋光效果。專利200720057315. 5 中公開了一種新型盤式拋光磨頭，磨頭軸與磨盤中心結(jié)構(gòu)架之間設(shè)有彈性連接結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)平面360°內(nèi)全方位多角度靈活轉(zhuǎn)向偏擺的盤式拋光磨頭，質(zhì)量穩(wěn)定。上述技術(shù)中的幾種磨頭結(jié)構(gòu)都從一定程度上實(shí)現(xiàn)了磨頭柔性效果，部分結(jié)構(gòu)實(shí)用于平面類零件的表面拋光，但對形狀復(fù)雜曲面拋光存在嚴(yán)重的不足，尤其是對于整體葉盤這種通道窄、易變形、質(zhì)量要求高的零件，其拋光方法均不可行，無法完成對葉盤的自動化拋光。為了獲得葉盤葉片高質(zhì)量的表面精度及光潔度，降低其加工過程中的零件報廢率，本發(fā)明提出了一種對整體葉盤表面拋光的柔性自適應(yīng)磨頭，選擇砂帶百葉輪作為拋光工具，通過對其加工過程中的控制，使其適應(yīng)葉盤葉片復(fù)雜曲面，避免剛性沖擊導(dǎo)致的表面變形和質(zhì)量缺陷，最終完成葉盤葉片表面自動化拋光加工工藝過程。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)中拋光加工工藝效率較低、拋光質(zhì)量不高、穩(wěn)定性差及工作量大的不足，本發(fā)明提供一種用于整體葉盤表面拋光的柔性磨頭，其目的是使磨頭能適應(yīng)葉盤葉片復(fù)雜曲面，同時避免剛性沖擊導(dǎo)致的表面變形和質(zhì)量缺陷，從而以自動化拋光工藝方法替代手工操作拋光加工工藝，提高了加工效率，同時提高了葉盤表面質(zhì)量。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是該柔性磨頭包括主軸外套、柔性驅(qū)動機(jī)構(gòu)、電主軸結(jié)構(gòu)；柔性驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括氣缸、氣缸頂蓋、滑動體；所述氣缸為矩形；所述氣缸頂蓋為圓柱形薄平板，中心有一小直徑通孔，以使氣缸活塞穿過；所述滑動體為薄壁圓筒，中心有一沉孔，沉孔與氣缸活塞軸配合，滑動體在與氣缸頂蓋表面接觸的平面內(nèi)進(jìn)行小位移移動；柔性驅(qū)動機(jī)構(gòu)與主軸外套、電主軸結(jié)構(gòu)連接；所述主軸外套為薄壁圓筒狀，圓筒壁外側(cè)面設(shè)置有兩對稱擺動軸安裝平面，平面上分布有螺紋孔，用于對柔性磨頭的擺動支撐；電主軸結(jié)構(gòu)嵌套固定于主軸外套內(nèi)，柔性驅(qū)動機(jī)構(gòu)驅(qū)使電主軸結(jié)構(gòu)在主軸外套內(nèi)進(jìn)行徑向及軸向的微位移動作，電主軸結(jié)構(gòu)為柔性拋光磨頭提供動力，使砂帶百葉輪刀具進(jìn)行高速旋轉(zhuǎn)。所述主軸外套周向分布有間隔為120度的三組相同的沉孔，每組設(shè)置有兩個相同沉孔，用于安裝柔性驅(qū)動機(jī)構(gòu)，每兩個相同沉孔之間沿軸向有過渡平臺，平臺上設(shè)置有通孔安裝位移傳感器，主軸外套尾端直徑小于前端直徑，呈棱臺結(jié)構(gòu)，用于安裝柔性驅(qū)動機(jī)構(gòu)。所述的電主軸結(jié)構(gòu)包括電主軸、主軸內(nèi)套；電主軸前端為可調(diào)直徑彈簧夾頭用于夾持刀具；電主軸與主軸內(nèi)套軸孔配合，主軸內(nèi)套周向固定位置上均勻分布有三個氣缸安裝平面，其上分布有螺紋孔，用于安裝氣缸，三個平面處各有一平面凹槽，用于傳感器進(jìn)行位移感應(yīng)檢測，主軸內(nèi)套底端分布有一大直徑圓臺，與主軸外套底端進(jìn)行配合支撐。柔性磨頭的實(shí)時位姿調(diào)整通過其結(jié)構(gòu)中分布的軸向氣缸及徑向氣缸來實(shí)現(xiàn)，徑向均勻分布的三個短行程氣缸使磨頭在徑向進(jìn)行微位移動作，軸向分布的一個調(diào)節(jié)氣缸使磨頭在軸向?qū)崿F(xiàn)位移動作，從而實(shí)現(xiàn)柔性磨頭在各自由度可以進(jìn)行柔性動作，實(shí)現(xiàn)柔性拋光； 此外，4個氣缸協(xié)調(diào)工作保證了磨頭拋光過程中的剛性，通過傳感器的實(shí)時數(shù)據(jù)檢測，進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)整體葉盤拋光的柔性自動化。本發(fā)明一種用于整體葉盤表面拋光的柔性磨頭，在拋光過程中，柔性磨頭的柔性動作使得拋光砂帶輪能夠適應(yīng)整體葉盤表面曲率及波紋，電主軸通過氣缸的作用在主軸外套中進(jìn)行徑向及軸向的微位移動作，帶動刀具在葉盤表面拋光過程中產(chǎn)生自動退刀，避免剛性沖擊引起的葉盤表面變形及損壞，降低零件拋光報廢率；電主軸為拋光磨頭提供旋轉(zhuǎn)動力，使拋光刀具高速旋轉(zhuǎn)。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，裝配方便，通過安裝于數(shù)控機(jī)床擺動軸的形式，進(jìn)行多軸聯(lián)動拋光，通過對柔性驅(qū)動機(jī)構(gòu)氣缸的控制，實(shí)現(xiàn)整體葉盤復(fù)雜曲面型面的自動化拋光，不僅提高了對葉盤型面拋光效率，同時提高了葉盤表面拋光質(zhì)量，達(dá)到自適應(yīng)柔性拋光效果。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施方式對本發(fā)明一種用于整體葉盤表面拋光的柔性磨頭作進(jìn)一步詳細(xì)說明。圖1為本發(fā)明柔性磨頭結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明的主軸外套示意圖。圖3為本發(fā)明的柔性驅(qū)動機(jī)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明的電主軸結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5為本發(fā)明柔性磨頭拋光整體葉盤過程示意圖。圖中1.主軸外套2.柔性驅(qū)動機(jī)構(gòu)3.電主軸結(jié)構(gòu)4.擺動軸安裝平面5.螺紋孔 6.沉孔7.位移傳感器8.氣缸9.氣缸頂蓋10.滑動體11.電主軸12.主軸內(nèi)套 13.彈簧夾頭14.氣缸安裝平面15.擺動軸電機(jī)16.數(shù)控機(jī)床17.柔性磨頭18.整體葉盤19.數(shù)控轉(zhuǎn)臺20.滑動體沉孔21.氣缸活塞軸
具體實(shí)施例方式本實(shí)施例是一種用于整體葉盤表面拋光的柔性磨頭。包括主軸外套1、柔性驅(qū)動機(jī)構(gòu)2、電主軸結(jié)構(gòu)3。圖1是本發(fā)明柔性磨頭結(jié)構(gòu)示意圖。主軸外套1用于電主軸結(jié)構(gòu)3的支撐及柔性驅(qū)動機(jī)構(gòu)2的安裝，起到機(jī)架作用；柔性驅(qū)動機(jī)構(gòu)2使電主軸結(jié)構(gòu)3在主軸外套1中做軸向及周向方向內(nèi)微小位移移動，從而使拋光刀具可以進(jìn)行對葉盤葉片表面自適應(yīng)拋光；電主軸結(jié)構(gòu)3為柔性拋光磨頭提供動力，使砂帶百葉輪刀具進(jìn)行高速旋轉(zhuǎn)。主軸外套1通過安裝于數(shù)控機(jī)床擺動軸上，進(jìn)行數(shù)控編程，即可對整體葉盤葉片表面進(jìn)行自適應(yīng)表面拋光。柔性磨頭的實(shí)時位姿調(diào)整通過其結(jié)構(gòu)中分布的軸向氣缸及徑向氣缸來實(shí)現(xiàn)，徑向均勻分布的三個短行程氣缸使磨頭在徑向進(jìn)行微位移動作，軸向分布的一個調(diào)節(jié)氣缸使磨頭在軸向?qū)崿F(xiàn)位移動作，從而實(shí)現(xiàn)柔性磨頭在各自由度可以進(jìn)行柔性動作，實(shí)現(xiàn)柔性拋光；4個氣缸協(xié)調(diào)工作保證了磨頭拋光過程中的剛性，通過傳感器的實(shí)時數(shù)據(jù)檢測，進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)整體葉盤拋光的柔性自動化。如圖2所示，主軸外套1整體為薄壁圓柱筒形結(jié)構(gòu)，其圓柱面外側(cè)有兩對稱擺動軸安裝平面4，平面上規(guī)則布有螺紋孔5，用于對柔性磨頭的擺動支撐；在其周向均勻分布有三組相同沉孔6，每組包含兩個相同沉孔，用于安裝柔性驅(qū)動機(jī)構(gòu)2，每組沉孔之間以平臺過渡，平臺上布有通孔，用于安裝位移傳感器7，主軸外套1的尾端直徑較前端較小，形成棱臺結(jié)構(gòu)，用于安裝柔性驅(qū)動機(jī)構(gòu)2。參見圖3，柔性驅(qū)動機(jī)構(gòu)2包括氣缸8、氣缸頂蓋9、滑動體10 ；氣缸8為矩形結(jié)構(gòu)； 氣缸頂蓋9為圓柱形薄平板結(jié)構(gòu)，中心處有一個小直徑通孔，以使氣缸8的活塞穿過；滑動體10為圓筒形薄壁結(jié)構(gòu)，中心有一沉孔20，沉孔與氣缸8上活塞軸21進(jìn)行軸孔配合，且通過螺栓進(jìn)行連接固定，滑動體10可以在與氣缸頂蓋9表面接觸的平面內(nèi)進(jìn)行小位移移動。如圖4所示，電主軸結(jié)構(gòu)3包括電主軸11、主軸內(nèi)套12 ；電主軸11為圓柱形結(jié)構(gòu)， 其前端可調(diào)直徑彈簧夾頭13用于夾持刀具；主軸內(nèi)套12為圓柱筒形結(jié)構(gòu)，與電主軸11進(jìn)行軸孔配合，主軸內(nèi)套12周向固定位置上均勻分布有三個氣缸安裝平面14，其上分布有螺紋孔，用于安裝氣缸8，三個平面處各有一平面凹槽，用于傳感器7進(jìn)行位移感應(yīng)檢測，主軸內(nèi)套12底端分布有一個大直徑圓臺，用于與主軸外套1底端進(jìn)行配合支撐。圖5為本發(fā)明柔性磨頭拋光整體葉盤過程示意圖。將柔性磨頭17整體機(jī)構(gòu)安裝于數(shù)控機(jī)床16上，將其作為擺動軸，通過擺動軸電機(jī)15帶動其做擺動運(yùn)動，整體葉盤18安裝固定于數(shù)控轉(zhuǎn)臺19之上，可以隨數(shù)控轉(zhuǎn)臺19進(jìn)行360°范圍的轉(zhuǎn)動，最終通過數(shù)控程序控制機(jī)床各軸，即可實(shí)現(xiàn)整體葉盤自動化拋光。本發(fā)明通過對氣缸的控制及數(shù)控程序，實(shí)現(xiàn)整體葉盤自動化拋光過程。柔性磨頭的柔性動作使得拋光砂帶輪能夠適應(yīng)整體葉盤葉片表面曲率及波紋，產(chǎn)生自動讓刀，避免了剛性沖擊引起的葉盤表面變形及損傷，柔性磨頭能夠?qū)崿F(xiàn)整體葉盤復(fù)雜曲面的自動化拋光，不僅提高了對葉盤型面拋光效率，同時提高了葉盤拋光質(zhì)量，降低其報廢率。
權(quán)利要求
1.一種用于整體葉盤表面拋光的柔性磨頭，包括主軸外套、柔性驅(qū)動機(jī)構(gòu)、電主軸結(jié)構(gòu)，其特征在于柔性驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括氣缸、氣缸頂蓋、滑動體；所述氣缸為矩形，氣缸頂蓋為圓柱形薄平板，中心有一通孔，以使氣缸活塞穿過；滑動體為薄壁圓筒，中心有一沉孔，沉孔與氣缸活塞軸配合，滑動體在與氣缸頂蓋表面接觸的平面內(nèi)進(jìn)行小位移移動；柔性驅(qū)動機(jī)構(gòu)與主軸外套、電主軸結(jié)構(gòu)連接；所述主軸外套為薄壁圓筒狀，圓筒壁外側(cè)面設(shè)置有兩對稱擺動軸安裝平面，平面上分布有螺紋孔，用于對柔性磨頭的擺動支撐；所述電主軸結(jié)構(gòu)嵌套固定于主軸外套內(nèi)，柔性驅(qū)動機(jī)構(gòu)驅(qū)使電主軸結(jié)構(gòu)在主軸外套內(nèi)進(jìn)行徑向及軸向的微位移動作，電主軸結(jié)構(gòu)為柔性拋光磨頭提供動力，使砂帶百葉輪刀具進(jìn)行高速旋轉(zhuǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于整體葉盤表面拋光的柔性磨頭，其特征在于所述的主軸外套周向均勻分布有三組相同的沉孔，每組設(shè)置有兩個相同沉孔，每兩個相同沉孔之間沿軸向有過渡平臺，平臺上設(shè)置有通孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于整體葉盤表面拋光的柔性磨頭，其特征在于所述的主軸外套尾端直徑小于前端直徑，呈棱臺結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于整體葉盤表面拋光的柔性磨頭，其特征在于所述的電主軸結(jié)構(gòu)包括電主軸、主軸內(nèi)套；電主軸前端為可調(diào)直徑彈簧夾頭用于夾持刀具，電主軸與主軸內(nèi)套軸孔配合，主軸內(nèi)套周向固定位置均勻分布有三個氣缸安裝平面，三個平面處各有一平面凹槽，主軸內(nèi)套底端設(shè)置有一大直徑圓臺，與主軸外套底端配合支撐。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于整體葉盤表面拋光的柔性磨頭，包括主軸外套、柔性驅(qū)動機(jī)構(gòu)、電主軸結(jié)構(gòu)。拋光加工過程中，柔性磨頭的柔性動作使得拋光砂帶輪能夠適應(yīng)整體葉盤表面曲率及波紋，電主軸通過氣缸的作用在主軸外套中進(jìn)行徑向及軸向的微位移動作，帶動刀具在葉盤表面拋光過程中產(chǎn)生自動退刀，避免剛性沖擊引起的葉盤表面變形及損壞；電主軸結(jié)構(gòu)為拋光磨頭提供旋轉(zhuǎn)動力，使拋光刀具高速旋轉(zhuǎn)。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，裝配方便，通過安裝于數(shù)控機(jī)床擺動軸的形式，進(jìn)行多軸聯(lián)動拋光，通過對柔性驅(qū)動機(jī)構(gòu)氣缸的控制，實(shí)現(xiàn)整體葉盤復(fù)雜曲面型面的自動化拋光，不僅提高了對葉盤型面拋光效率，同時提高了葉盤表面拋光質(zhì)量。
文檔編號B24B41/04GK102267089SQ201110237499
公開日2011年12月7日 申請日期2011年8月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月18日
發(fā)明者史耀耀, 張軍鋒, 李小彪, 段繼豪, 董婷 申請人:西北工業(yè)大學(xué)