复杂型面数控高效电解加工机床制造技术

本发明专利技术涉及一种复杂型面数控高效电解加工机床，包括底座、基准平台、X、Y、Z直线运动平台、Y向数控转台（机床B轴）、Z向回转X向倾摆数控转台（机床A轴与C轴）、输出端、立柱、配重、机床外罩等部件。该机床可实现工具沿Y、Z空间轨迹进给的同时，配合沿B方向的旋转，通过空间旋转进给的方式完成整体叶盘叶栅通道电解加工。此方法可减小叶身余量差，并可实现不规则轮毂面的加工。该机床可将工件按照对应优化角度倾斜放置，使工具进给方向与工件成优化的空间角度，通过空间角度进给的方式完成整体叶盘叶栅通道电解加工。此方法可提高后续叶片型面的加工精度。该机床还可以实现航空发动机扩压器、机匣等复杂型面零件的高效电解加工。

【技术实现步骤摘要】
复杂型面数控高效电解加工机床
本专利技术涉及一种复杂型面数控高效电解加工机床，属于电解加工

技术介绍
整体叶盘是现代航空发动机的一种新型结构零件，其应用是先进发动机的发展趋势之一。相比较传统的通过榫头榫槽连接的叶盘，整体叶盘具有零件数量少、质量轻、气流损失少、安全性高等优点。目前国外一些先进航空发动机都采用了整体叶盘结构。整体叶盘作为航空发动机的重要组成零件，其加工精度、表面质量要求较高。而且随着航空工业的不断发展，整体叶盘不断运用高温合金、钛合金等难加工材料，叶片型面更加扭曲复杂，这给整体叶盘的加工制造带来了新的挑战。目前常用于整体叶盘加工的方法有三种：数控铣削、线性摩擦焊、电解加工。数控铣削加工作为整体叶盘加工的有效方法之一，在一定程度上可以满足整体叶盘的加工要求。但随着各种难加工材料不断应用于整体叶盘结构，数控铣削加工的工具损耗问题更加突出，增加了加工成本。线性摩擦焊具有节约材料，焊缝性能可以达到甚至超过母材等优点，在焊接及其配套技术雄厚的美、英等国，线性摩擦焊成为整体叶盘加工、叶片修复的重要手段之一。但线性摩擦焊对材料热塑性要求比较高，且加工工序繁琐，包括：叶片加工、焊接、铣飞边。电解加工主要依靠阳极金属电化学溶解的原理进行加工。其优点主要有：1）加工不受材料力学性能的影响。2）加工过程中无工具损耗，成本低。3）加工效率高。4）工件表面无残余应力、冷作硬化层、再铸层。5）工件表面光整，粗糙度小。因此，在整体叶盘加工领域，电解加工方法优势突出。西方发达国家和我国都高度重视整体叶盘电解加工技术的研究，均将电解加工技术作为发动机整体叶盘的主要制造手段之一。德国MTU公司在分析整体叶盘加工趋势时指出，未来约45%的整体叶盘将采用电解加工。美国GE公司的专利（TANDEMBLISKELECTROCHEMICALMACHINING，US7204926B2）提到以两个独立的运动平台分别加工两级盘的第一级、第二级叶片，加工过程中（以加工第一级叶片为例）一对成型阴极沿X、U轴相向运动的同时绕C轴转动，配合工件沿Z轴进给完成加工。但该机床加工对象只针对具有周向叶片的整体叶盘，其通用性不高。德国Leistritz公司的专利（ECM-MACHINE，US77501049B2）提到一种立式电解加工机床，其龙门结构的设计可以提高机床刚性。但该机床叶盘工件采用立式装夹的形式，导致工件的安装调试操作不便，增加了安装调试的时间。欧洲专利（SYSTEMANDMETHODFORPROVIDINGELECTROCHEMICALMACHININGOFAWORKPIECE,EP2011597A2）提到了一种整体叶盘叶片精加工电解加工机床，其阴极为组合盘式结构，阴极盘还包括圆形阵列的电解液流道设计，可对每一个叶片独立供液。加工时，阴极盘向下进给同时绕进给方向旋转，一次完成一个整体叶盘全部叶片的精加工，该方法极大提高了整体叶盘的加工效率。但该机床运动方式简单，无法实现多轴插补运动，不具备加工扭曲型面叶片的能力。在国内，南京航空航天大学朱荻教授科研团队研制出了一套整体叶盘电解加工机床，提出以管电极加工叶栅通道，且该机床运用阴极夹持盘安装多个管电极，实现多通道同时加工，进一步提高了整体叶盘电解加工的加工效率。但该机床对于叶栅通道轮毂的加工精度不高，表面质量较差。
技术实现思路
本专利技术的目的在于设计一种复杂型面数控高效电解加工机床，能满足航空发动机整体叶盘叶栅通道高效电解加工、叶片套料高效电解加工。同时，该机床还可以实现航空发动机扩压器、机匣等复杂型面零件的高效电解加工，提高了该机床的通用性。一种复杂型面数控高效电解加工机床，其特征在于：包括底座、安装于底座上的基准平台、安装于基准平台上的Y直线运动平台和X直线运动平台；Y直线运动平台的滑枕上安装立柱，立柱上安装Z直线运动平台，Z直线运动平台的滑枕上安装Y向数控转台，Y向数控转台安装输出端，且在Y向数控转台与输出端之间安装第一绝缘垫；Y向数控转台和输出端的配重支架安装在立柱上；X直线运动平台的滑枕上安装Z向回转X向倾摆数控转台，Z向回转X向倾摆数控转台上安装有第二绝缘垫。该机床包括机床外罩；机床外罩由主体框架、底座围板、非加工区密封罩、L型推拉门、隔板组成；其中所述主体框架与基准平台固定，且两者之间以密封条密封；所述主体框架分成了加工区与非加工区；加工区与非加工区通过所述隔板隔开；所述非加工区密封罩安装在主体框架的非加工区；所述L型推拉门通过顶部与正面的导轨安装在主体框架上可在加工区与非加工区之间滑动；所述底座围板安装在所述主体框架上。该机床X直线运动平台、Y直线运动平台、Z直线运动平台的布局采用Y、Z组合安装，X与Y、Z独立安装的结构形式。相对于X、Y、Z组合式三维运动平台的结构形式而言，该结构可以提高机床刚性，减少传动链和传递误差。加工时，输出端带动工具沿Y方向进给，配合沿B方向的旋转，通过旋转进给的方式完成整体叶盘叶栅通道电解加工，可实现不规则轮毂面的加工，并可减小叶身余量差。利用Z向回转X向倾摆数控转台将工件倾斜放置，加工时工具沿Y方向进给，按照优化的空间进给角度完成整体叶盘叶栅通道电解加工，可减小叶栅通道加工的余量差，这对提高后续叶片型面的加工精度至关重要。Z向回转X向倾摆数控转台的倾摆角度调节范围大，可加工叶片扭曲程度不同的整体叶盘。对应于叶片扭曲程度不同的整体叶盘，可将工件调节至不同的倾斜角度，以优化的空间角度完成加工。该机床可开展运动轨迹复杂的数控电解加工实验，加工时，工件倾斜放置（甚至是工件沿着A方向微幅摆动），工具沿Y方向进给的同时，配合沿B方向的旋转，通过空间角度旋转进给的方式完成整体叶盘叶栅通道电解加工。此方法可进一步减小叶栅通道加工的余量差，提高后续叶片型面的加工精度。Y向数控转台与Z向回转X向倾摆数控转台输出轴的设计均满足复杂型面结构件的安装定位要求，加工时，工件既可卧式装夹于Z向回转X向倾摆数控转台，也可立式装夹于Y向数控转台，可实现具有端面叶片与周向叶片的扩压器电解加工。本专利技术的有益效果在于：（1）Z向回转X向倾摆数控转台可以带动工件沿A轴旋转至优化的角度，使得工具进给方向与叶片基叠轴呈一定空间角度，沿该角度方向，叶片型面的投影线遮蔽最少，通过空间角度进给的方式完成整体叶盘叶栅通道电解加工。此方法可以显著减小叶栅通道加工余量差，提高后续叶片型面的加工精度；针对不同类型的复杂型面整体叶盘，可以将工件按照不同的优化角度倾斜放置，适用范围广。（2）工具沿Y、Z轴空间轨迹进给的同时，Y向数控转台带动工具沿B轴旋转，通过空间旋转进给的方式实现轮毂和整体叶盘叶栅通道的电解加工。此方法可以针对叶栅通道的扭曲情况，优化进给路径，减小叶身加工的余量差，提高扭曲叶片的加工精度；同时，该方法通过设计工具的前端面，实现不规则轮毂面的加工，提高轮毂面加工精度与表面质量。（3）加工过程中，Z向回转X向倾摆数控转台可以带动工件沿C轴按一定规律摆动。当工件摆动一定角度时，距离圆心较远的叶尖周向摆动距离大于距离圆心较近的叶根，此方法可以进一步减小叶栅通道叶尖与叶根处的加工余量差。（4）该机床B、C转轴分别设计成立式、卧式数控回转工作台结构，B、C轴的输出端均可以作为整体盘类零件的安装本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复杂型面数控高效电解加工机床，其特征在于：包括底座（1）、安装于底座（1）上的基准平台（2）、安装于基准平台（2）上的Y直线运动平台（3）和X直线运动平台（12）；Y直线运动平台（3）的滑枕上安装立柱（4），立柱（4）上安装Z直线运动平台（5），Z直线运动平台（5）的滑枕上安装Y向数控转台（7），Y向数控转台（7）安装输出端（9），且在Y向数控转台（7）与输出端（9）之间安装第一绝缘垫（8）；Y向数控转台（7）和输出端（9）的配重支架（6）安装在立柱（4）上；X直线运动平台（12）的滑枕上安装Z向回转X向倾摆数控转台（11），Z向回转X向倾摆数控转台（11）上安装有第二绝缘垫（10）。

【技术特征摘要】
1.一种复杂型面数控高效电解加工机床，其特征在于：包括底座（1）、安装于底座（1）上的基准平台（2）、安装于基准平台（2）上的Y直线运动平台（3）和X直线运动平台（12）；Y直线运动平台（3）的滑枕上安装立柱（4），立柱（4）上安装Z直线运动平台（5），Z直线运动平台（5）的滑枕上安装Y向数控转台（7），Y向数控转台（7）安装输出端（9），且在Y向数控转台（7）与输出端（9）之间安装第一绝缘垫（8）；Y向数控转台（7）和输出端（9）的配重支架（6）安装在立柱（4）上；X直线运动平台（12）的滑枕上安装Z向回转X向倾摆数控转台（11），Z向回转X向倾摆数控转台（11）上安装有第二绝缘垫（10）;所述Z向回转X向倾摆数控转台可以带动工件沿A轴旋转至优化的角度，使得工具进给方向与叶片基叠轴呈一定空间角度，沿该角度方向，叶片型面的投影线遮蔽最少，通过空间角度进给的方式完成整体叶盘叶栅通道电解加工；工具沿Y、Z轴空间轨迹进给的同时，Y向数控转台带动工具沿B轴旋转，通过空间旋转进给的方式实现轮...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱栋，刘嘉，谷洲之，方忠东，徐正扬，朱荻，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32