复合材料大长径比筒状非连续内壁涂层的抛光装置与方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种复合材料大长径比筒状非连续内壁涂层的抛光装置与方法，所述的装置包括回转夹具、大长径比刀杆回转机构、X轴运动系统、Y轴运动系统和床身；大长径比刀杆回转机构与X轴运动系统连接；X轴运动系统与Y轴运动系统连接；Y轴运动系统和回转夹具均与床身连接；回转夹具定位夹紧构件实现构件的旋转。本发明专利技术采用高刚度的刀杆机构以及低刚度的柔性百叶砂布轮，实现百叶砂布轮由非连续区域向连续区域的柔性过渡，确保加工过程的连续平缓，得到高质量的加工效果。本发明专利技术可实现受限空间大长径比筒状构件的内壁涂层自动化加工，提高了构件内壁尺寸精度、位置精度，减少装夹次数，在保证涂层表面质量的同时，极大地缩短了加工周期。

Polishing device and method for cylindrical discontinuous inner wall coating with large aspect ratio of composite material

The invention discloses a polishing device and method for a composite material with large length to diameter ratio and a cylindrical non continuous inner wall coating. The device includes a rotary fixture, a large length diameter ratio tool rod rotary mechanism, a X axis motion system, a Y axis motion system and a bed body; the large length diameter ratio knife rod rotary mechanism is connected with the X axis motion system; the X axis motion system and the Y axis are used. The Y axis movement system and the rotary fixture are connected with the lathe bed; the rotary clamp positioning and clamping component realizes the rotation of the components. The invention adopts the high rigidity cutter bar mechanism and the low stiffness flexible shutter wheel to realize the flexible transition from the discontinuous area to the continuous area to ensure the continuous and smooth processing process and get the high quality processing effect. The invention can realize automatic machining of inner wall coating of cylinder shaped component with limited space and long length, improve the dimension precision and position precision of the inner wall of the component, reduce the number of clamping times, and greatly shorten the processing cycle while guaranteeing the surface quality of the coating.

【技术实现步骤摘要】
复合材料大长径比筒状非连续内壁涂层的抛光装置与方法
本专利技术涉及一种加工方法及装置，属于复合材料机械加工领域，尤其是涉及一种复合材料大长径比筒状非连续内壁涂层的抛光装置与方法。
技术介绍
构件因具有轻质高强等性能优势，在航空航天等领域得到广泛应用。构件应用中常在表层涂覆树脂胶层以实现表面防护、隔热或安装配合面等作用，树脂胶层涂覆固化后不可避免的需要机械加工以达到构件的精度要求和使用要求。当构件结构复杂，尤其是大长径比圆筒形构件内壁非连续涂层加工时，由于受限空间和大长径比(长度250mm/直径Φ40mm)，常规工艺可达性差，为其自动化高效加工带来极大的困难。目前，复合材料大长径比圆筒类构件内壁涂层加工存在加工效率低，尺寸精度、位置精度和表面质量差，自动化程度低等问题，尤其是在受限空间内，大长径比和非连续涂层的特征构件对壁厚、同轴度以及表面粗糙度有较高的要求，常规工艺方法因尺寸受限、大长径比工具刚度不足和非连续面刀具适应性差而难以实现自动化加工，实际生产不得已采用手工打磨方式，加工质量难以保证。在文献资料和专利检索中，尚未发现针对受限空间内大长径比筒状非连续涂层工件内表面高效加工装置与方法。上海大学设计了一种电主轴前置的深孔磨削加工装置(申请号CN201510285906.7)，该装置使电主轴前置，增加系统刚度，避免因传动主轴过长所引起的系统刚度差、砂轮振动及系统共振等问题。但是，由于主轴前置导致主轴外径过大，对所加工的孔径有一定要求，通用程度低，同时也并不是针对树脂胶涂层孔的加工。中国专利CN201610272849.3公开了一种滑台式深孔加工专用钻床，用以解决传统钻床不能满足的深孔钻削问题，但是该钻床不能实现对涂层的表面抛光加工。中国专利CN201610662103.3公开了一种工件内孔自动加工装置，该装置提高了制孔加工效率与生产自动化程度，但是该装置并不适用于深孔工件的加工。湖北工业大学设计了一种内燃机气缸内表面耐磨涂层的塑变压力加工方法(申请号CN201310584101.3)，该方法通过塑压变力来对气缸内壁涂层进行加工硬化，但是该方法并不适用于以复合材料为基体的树脂涂层的加工。上述专利都不能满足大长径比树脂胶涂层构件内孔磨削加工的要求，如何实现复合材料受限空间内大长径比筒状内壁涂层磨削及自动化加工，保证其加工质量是企业亟待解决的难题。
技术实现思路
为解决现有技术存在的上述问题，本专利技术要设计一种能克服现有复合材料大长径比筒状非连续内壁涂层加工技术困难，特别是克服受限空间内壁涂层表面打磨抛光难题的复合材料大长径比筒状非连续内壁涂层的抛光装置与方法。本专利技术的思路是：采用低刚度柔性加工工具、大长径比高刚度动力传递机构和工件回转机构实现受限空间大长径比(直径Φ40mm×长250mm)筒状非连续内壁表面涂层抛光；通过小尺寸百叶砂布轮(Φ30mm)、伺服电机直驱大长径比刀杆和专业回转夹具机构实现复合材料筒状构件非连续内壁的抛光加工。实现本专利技术的加工装置机械结构主要包括：X、Y两个直线进给机构、大长径比回转刀杆机构、回转夹具、床身部件和数控系统。本专利技术所采用的技术方案如下：复合材料大长径比筒状非连续内壁涂层的抛光装置，包括回转夹具、大长径比刀杆回转机构、X轴运动系统、Y轴运动系统和床身；所述的大长径比刀杆回转机构与X轴运动系统连接；X轴运动系统与Y轴运动系统连接；Y轴运动系统与床身连接；回转夹具固定在床身上；所述的回转夹具定位夹紧构件实现构件的旋转；所述的回转夹具、大长径比刀杆回转机构、X轴运动系统、Y轴运动系统均通过数控系统进行控制；所述的床身包括：由方管焊接而成的床身构架，焊接在床身上方的用于支撑回转夹具的支撑板以及用于支撑大长径比刀杆回转机构的支撑板，便于机床移动的安装在床身的下方的四个万向轮；所述的回转夹具包括工作台、减速机支撑板A、直角减速机、伺服电机A、轴承座A、轴承A、卡盘支撑、三爪卡盘和联轴器A；工作台用螺栓固定在床身的支撑板上，减速机支撑板A通过螺栓固定在工作台上，直角减速机通过螺栓固定在减速机支撑板A上，伺服电机A固定在床身的支撑板上且动力输出端与直角减速机的输入端相连；轴承座A固定在减速机支撑板A上，轴承A与轴承座A配合，卡盘支撑与轴承A配合，三爪卡盘与卡盘支撑用螺栓连接；卡盘支撑的轴端通过联轴器A连接直角减速机的输出端；所述的Y轴运动系统包括可拆卸电机支撑座、伺服电机B、Y轴丝杠、Y轴丝杠螺母、轴承座B、轴承B、联轴器B、Y轴导轨、Y轴导轨滑块、X轴机构工作台和Y轴丝杠螺母机构座；所述的可拆卸电机支撑座通过螺栓固定在床身上，伺服电机B安装在可拆卸电机支撑座上，轴承座B及轴承B用来支撑Y轴丝杠，联轴器B连接Y轴丝杠以及伺服电机B，Y轴丝杠螺母与Y轴丝杠配合；Y轴导轨安装在床身上，Y轴导轨滑块与Y轴导轨配合，X轴机构工作台安装在Y轴导轨滑块上，Y轴丝杠螺母机构座连接X轴机构工作台和Y轴丝杠螺母机构；所述的X轴运动系统包括X轴导轨、X轴导轨压块、X轴导轨滑块、变频电机工作台、X轴丝杠螺母机构座、X轴丝杠、X轴丝杠螺母、轴承C、轴承座C、联轴器C、减速机C和伺服电机C；X轴导轨通过螺栓固定在X轴机构工作台上，X轴导轨压块通过螺栓固定在X轴机构工作台上用来固定X轴导轨，X轴导轨滑块与X轴导轨配合，变频电机工作台与X轴导轨滑块固定连接，X轴丝杠螺母机构座与变频电机工作台通过螺栓连接，轴承C与轴承座C用来支撑X轴丝杠，联轴器C连接减速机C输出端和X轴丝杠，伺服电机C固定在X轴机构工作台上，伺服电机C的输出端与减速机C输入端相连，减速机C通过螺栓固定在减速机支撑板C上。所述的大长径比刀杆回转机构包括变频电机工作台、变频电机、轴承座D、轴承D、刀杆、联轴器D、ER夹头、夹头螺母和百叶砂布轮；变频电机通过螺栓固定在变频电机工作台上，两副轴承座D与轴承D通过螺栓连接在变频电机工作台上，刀杆与轴承D相配合，联轴器D连接刀杆与变频电机输出端，ER夹头与夹头螺母装在刀杆端部，百叶砂布轮通过ER夹头与夹头螺母固定；所述的刀杆为大长径比刀杆。所述的构件为大长径比复合材料筒状构件，内表面为涂层，并开有窗口。进一步地，所述的长径比为构件的长度与直径之比，所述的大长径比为6-10。复合材料大长径比筒状非连续内壁涂层的抛光方法，包括以下步骤：A、将构件安装固定在三爪卡盘上，启动伺服电机A，经减速机A和联轴器A将转速和扭矩传递给卡盘支撑和三爪卡盘，通过三爪卡盘带动构件旋转。B、启动固定在大长径比回转刀杆机构上的变频电机，带动刀杆及百叶砂布轮旋转，控制百叶砂布轮的转速大于构件的转速15倍以上且二者转动方向相反，使百叶砂布轮对构件进行磨削。C、利用伺服电机B和伺服电机C分别控制X轴运动系统和Y轴运动系统将百叶砂布轮调整到初始目标位置。D、利用X轴运动系统带动大长径比回转刀杆机构做X向运动确定磨削深度，Y轴运动系统带动大长径比回转刀杆机构做Y向进给运动，使百叶砂布轮沿着构件轴向进给，开始磨削抛光。完成一层磨削抛光后，百叶砂布轮退出构件的腔体。E、利用X轴运动系统调整磨削深度，重复步骤D布直至整个内壁表面涂层抛光任务完成。F、松开三爪卡盘，取下构件。本专利技术的有益效果是：1、本专利技术可用于抛光大长径比且被加工表面为非连续的筒状构件本文档来自技高网...

【技术保护点】
复合材料大长径比筒状非连续内壁涂层的抛光装置，其特征在于：包括回转夹具(2)、大长径比刀杆回转机构(5)、X轴运动系统(4)、Y轴运动系统(3)和床身(1)；所述的大长径比刀杆回转机构(5)与X轴运动系统(4)连接；X轴运动系统(4)与Y轴运动系统(3)连接；Y轴运动系统(3)与床身(1)连接；回转夹具(2)固定在床身(1)上；所述的回转夹具(2)定位夹紧构件(29)实现构件(29)的旋转；所述的回转夹具(2)、大长径比刀杆回转机构(5)、X轴运动系统(4)、Y轴运动系统(3)均通过数控系统进行控制；所述的床身(1)包括：由方管焊接而成的床身构架，焊接在床身(1)上方的用于支撑回转夹具(2)的支撑板以及用于大长径比刀杆回转机构(5)的支撑板，便于机床移动的安装在床身(1)的下方的四个万向轮；所述的回转夹具(2)包括工作台(25)、减速机支撑板A(23)、直角减速机(22)、伺服电机A(21)、轴承座A、轴承A(26)、卡盘支撑(27)、三爪卡盘(28)和联轴器A(24)；工作台(25)用螺栓固定在床身(1)的支撑板上，减速机支撑板A(23)通过螺栓固定在工作台(25)上，直角减速机(22)通过螺栓固定在减速机支撑板A(23)上，伺服电机A(21)固定在床身(1)的支撑板上且动力输出端与直角减速机(22)的输入端相连；轴承座A固定在减速机支撑板A(23)上，轴承A(26)与轴承座A配合，卡盘支撑(27)与轴承A(26)配合，三爪卡盘(28)与卡盘支撑(27)用螺栓连接；卡盘支撑(27)的轴端通过联轴器A(24)连接直角减速机(22)的输出端；所述的Y轴运动系统(3)包括可拆卸电机支撑座(32)、伺服电机B(31)、Y轴丝杠(37)、Y轴丝杠螺母(36)、轴承座B、轴承B(34)、联轴器B(33)、Y轴导轨(39)、Y轴导轨滑块(38)、X轴机构工作台(43)和Y轴丝杠螺母机构座(35)；所述的可拆卸电机支撑座(32)通过螺栓固定在床身(1)上，伺服电机B(31)安装在可拆卸电机支撑座(32)上，轴承座B及轴承B(34)用来支撑Y轴丝杠(37)，联轴器B(33)连接Y轴丝杠(37)以及伺服电机B(31)，Y轴丝杠螺母(36)与Y轴丝杠(37)配合；Y轴导轨(39)安装在床身(1)上，Y轴导轨滑块(38)与Y轴导轨(39)配合，X轴机构工作台(43)安装在Y轴导轨滑块(38)上，Y轴丝杠螺母机构座(35)连接X轴机构工作台(43)和Y轴丝杠螺母(36)机构；所述的X轴运动系统(4)包括X轴导轨(45)、X轴导轨压块(46)、X轴导轨滑块(47)、变频电机工作台(51)、X轴丝杠螺母机构座(413)、X轴丝杠(48)、X轴丝杠螺母(49)、轴承C(410)、轴承座C(411)、联轴器C(412)、减速机C(42)和伺服电机C(41)；X轴导轨(45)通过螺栓固定在X轴机构工作台(43)上，X轴导轨压块(46)通过螺栓固定在X轴机构工作台(43)上用来固定X轴导轨(45)，X轴导轨滑块(47)与X轴导轨(45)配合，变频电机工作台(51)与X轴导轨滑块(47)固定连接，X轴丝杠螺母机构座(413)与变频电机工作台(51)通过螺栓连接，轴承C(410)与轴承座C(411)用来支撑X轴丝杠(48)，联轴器C(412)连接减速机C(42)输出端和X轴丝杠(48)，伺服电机C(41)固定在X轴机构工作台(43)上，伺服电机C(41)的输出端与减速机C(42)输入端相连，减速机C(42)通过螺栓固定在减速机支撑板C(44)上；所述的大长径比刀杆回转机构(5)包括变频电机工作台(51)、变频电机(52)、轴承座D、轴承D(54)、刀杆(55)、联轴器D(53)、ER夹头(56)、夹头螺母(57)和百叶砂布轮(58)；变频电机(52)通过螺栓固定在变频电机工作台(51)上，两副轴承座D与轴承D(54)通过螺栓连接在变频电机工作台(51)上，刀杆(55)与轴承D(54)相配合，联轴器D(53)连接刀杆(55)与变频电机(52)输出端，ER夹头(56)与夹头螺母(57)装在刀杆(55)端部，百叶砂布轮(58)通过ER夹头(56)与夹头螺母(57)固定；所述的刀杆(55)为大长径比刀杆(55)；所述的构件(29)为大长径比复合材料筒状构件(29)，内表面为涂层(211)，并开有窗口(210)。...

【技术特征摘要】
1.复合材料大长径比筒状非连续内壁涂层的抛光装置，其特征在于：包括回转夹具(2)、大长径比刀杆回转机构(5)、X轴运动系统(4)、Y轴运动系统(3)和床身(1)；所述的大长径比刀杆回转机构(5)与X轴运动系统(4)连接；X轴运动系统(4)与Y轴运动系统(3)连接；Y轴运动系统(3)与床身(1)连接；回转夹具(2)固定在床身(1)上；所述的回转夹具(2)定位夹紧构件(29)实现构件(29)的旋转；所述的回转夹具(2)、大长径比刀杆回转机构(5)、X轴运动系统(4)、Y轴运动系统(3)均通过数控系统进行控制；所述的床身(1)包括：由方管焊接而成的床身构架，焊接在床身(1)上方的用于支撑回转夹具(2)的支撑板以及用于大长径比刀杆回转机构(5)的支撑板，便于机床移动的安装在床身(1)的下方的四个万向轮；所述的回转夹具(2)包括工作台(25)、减速机支撑板A(23)、直角减速机(22)、伺服电机A(21)、轴承座A、轴承A(26)、卡盘支撑(27)、三爪卡盘(28)和联轴器A(24)；工作台(25)用螺栓固定在床身(1)的支撑板上，减速机支撑板A(23)通过螺栓固定在工作台(25)上，直角减速机(22)通过螺栓固定在减速机支撑板A(23)上，伺服电机A(21)固定在床身(1)的支撑板上且动力输出端与直角减速机(22)的输入端相连；轴承座A固定在减速机支撑板A(23)上，轴承A(26)与轴承座A配合，卡盘支撑(27)与轴承A(26)配合，三爪卡盘(28)与卡盘支撑(27)用螺栓连接；卡盘支撑(27)的轴端通过联轴器A(24)连接直角减速机(22)的输出端；所述的Y轴运动系统(3)包括可拆卸电机支撑座(32)、伺服电机B(31)、Y轴丝杠(37)、Y轴丝杠螺母(36)、轴承座B、轴承B(34)、联轴器B(33)、Y轴导轨(39)、Y轴导轨滑块(38)、X轴机构工作台(43)和Y轴丝杠螺母机构座(35)；所述的可拆卸电机支撑座(32)通过螺栓固定在床身(1)上，伺服电机B(31)安装在可拆卸电机支撑座(32)上，轴承座B及轴承B(34)用来支撑Y轴丝杠(37)，联轴器B(33)连接Y轴丝杠(37)以及伺服电机B(31)，Y轴丝杠螺母(36)与Y轴丝杠(37)配合；Y轴导轨(39)安装在床身(1)上，Y轴导轨滑块(38)与Y轴导轨(39)配合，X轴机构工作台(43)安装在Y轴导轨滑块(38)上，Y轴丝杠螺母机构座(35)连接X轴机构工作台(43)和Y轴丝杠螺母(36)机构；所述的X轴运动系统(4)包括X轴导轨(45)、X轴导轨压块(46)、X轴导轨滑块(47)、变频电机工作台(51)、X轴丝杠螺母机构座(413)、X轴丝杠(48)、X轴丝杠螺母(49)、轴承C(410)、轴承座C(411)、联轴器C(412)、减速机C(42)和伺服电机C(41)；X轴导轨(45)通过螺栓固定在X轴机构工...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲍永杰，高航，霍豪闯，宋强，王一奇，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21