原位复合的磨削与高速电火花加工装置、机床以及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种原位复合的磨削与高速电火花加工装置，涉及航空发动机制造技术领域，包括Z轴运动机构，用于安装于机床主体上；S轴运动机构，安装于Z轴运动机构上；电火花主轴，安装于S轴运动机构上，电火花主轴安装有电极；旋转导向盘，安装于Z轴运动机构上，旋转导向盘上安装有导向器和磨削主轴，磨削主轴上安装有磨削件。本发明专利技术还公开了一种原位复合的磨削与高速电火花加工机床以及方法。本发明专利技术采用一次装夹，一次空间定位，三种加工工艺耦合方法，避免重复定位带来的加工误差，提高加工精度，同时解决了非导电高温涂层限制高速电火花加工无法进行的问题，改善了电火花加工气膜孔口扩张异形槽后再铸层和微裂纹严重的问题。口扩张异形槽后再铸层和微裂纹严重的问题。口扩张异形槽后再铸层和微裂纹严重的问题。

In situ composite grinding and high-speed EDM device, machine tool and method

【技术实现步骤摘要】
原位复合的磨削与高速电火花加工装置、机床以及方法


[0001]本专利技术涉及航空发动机制造
，特别是涉及一种原位复合的磨削与高速电火花加工装置、机床以及方法。

技术介绍

[0002]在航空发动机工作状态下，涡轮叶片需要承受高温高压燃气的冲击，而涡轮叶片的承载高温环境的能力在很大程度上影响发动机的性能和使用寿命。目前，航空发动机涡轮叶片普遍采用先进的高温合金、耐高温热障涂层和气膜冷却孔来保证发动机长期可靠的工作。但随着发动机性能的提升，涡轮前温度的同步提升，造成涡轮叶片服役环境更加严峻，耐温性能要求提高，然而材料的耐受温度提升较为困难。因此，为了更好保护热端部件不发生烧蚀，高温涂层和气膜冷却孔冷却是降低表面温度的有效途径。
[0003]随着设计能力和加工技术的提升，可以充分利用气膜孔中气体在叶片表面的流动分布特性，异形孔逐渐成为发动机叶片气膜孔的主流方向。因此，越来越多的发动机热端部件气膜冷却孔从圆形孔逐渐演变成了异形孔，从电火花加工后再涂层逐渐演变成了先涂层后打孔。这将带来以下后果，首先，通常异形孔加工先通过高速电火花小孔加工，再进行气膜孔口扩张异形槽的电火花成型加工，但是此工艺造成效率低下、加工精度有待提升等问题；其次，由于高温涂层不导电，很难进行电火花加工，因为施加电火花加工前必须先去除待加工孔位处的非导电涂层。
[0004]纵观当前的气膜孔加工方法，尽管其他加工方法(如机械加工、电化学加工，激光加工)也能够加工气膜冷却孔，但是电火花加工仍旧是从经济性、可靠性和有效性上最为合适的一种加工方法。因此，如何高效、高精准地加工出带有非导电高温涂层特征的异形叶片气膜孔是电火花加工研究人员的关注焦点。
[0005]因此，提供一种原位复合的磨削与高速电火花加工装置、机床以及方法，以解决现有技术中所存在的上述问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种原位复合的磨削与高速电火花加工装置、机床以及方法，能够避免重复定位带来的加工误差，提高加工精度，同时解决了非导电高温涂层限制高速电火花加工无法进行的问题，改善了电火花加工气膜孔口扩张异形槽后再铸层和微裂纹严重的问题。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0008]本专利技术提供一种原位复合的磨削与高速电火花加工装置，包括：
[0009]Z轴运动机构，所述Z轴运动机构用于安装于机床主体上；
[0010]S轴运动机构，所述S轴运动机构安装于所述Z轴运动机构上，所述Z轴运动机构能够带动所述S轴运动机构沿Z轴移动；
[0011]电火花主轴，所述电火花主轴安装于所述S轴运动机构上，所述S轴运动机构能够
带动所述电火花主轴沿S轴移动，所述电火花主轴安装有电极，所述电火花主轴能够带动所述电极绕C轴转动；其中，所述S轴与所述Z轴平行。
[0012]旋转导向盘，所述旋转导向盘安装于所述Z轴运动机构上，并能够绕W轴转动，所述Z轴运动机构能够带动所述旋转导向盘靠近或远离所述机床主体上安装的工件；所述旋转导向盘上安装有导向器和磨削主轴，所述磨削主轴上安装有磨削件，所述旋转导向盘能够带动所述导向器和所述磨削主轴转动，使所述导向器或所述磨削主轴处于工作位置；
[0013]所述磨削件处于工作位置时，所述磨削主轴能够带动所述磨削件转动，去除所述工件的加工部位的非导电涂层；所述导向器处于所述工作位置时，所述S轴运动机构能够带动所述电极移动，以使所述电极穿过所述导向器对所述工件进行电火花加工，或者带动所述电极从所述导向器抽出。
[0014]优选的，所述Z轴运动机构通过Z轴运动机构连接板安装于所述机床主体上。
[0015]优选的，所述电极为圆柱电极，所述圆柱电极内开设有沿轴向贯穿的通孔。
[0016]优选的，所述磨削件采用磨削棒，所述磨削棒内开设有沿轴向贯穿的通孔。
[0017]本专利技术还提供一种原位复合的磨削与高速电火花加工机床，包括机床主体以及上述的原位复合的磨削与高速电火花加工装置，所述原位复合的磨削与高速电火花加工装置安装于所述机床主体上。
[0018]优选的，所述机床主体上安装有机床主体运动机构，所述原位复合的磨削与高速电火花加工装置安装于所述机床主体运动机构上；所述机床主体运动机构包括X轴运动机构和Y轴运动机构，能够带动所述原位复合的磨削与高速电火花加工装置沿X轴运动以及沿Y轴运动。
[0019]优选的，所述工件通过工件夹具安装于所述机床主体上，所述机床主体上安装有机床主体旋转机构，所述工件夹具安装于所述主体旋转机构上；所述主体旋转机构包括B轴旋转机构和C轴旋转机构，能够带动所述工件沿B轴转动以及绕C轴转动。
[0020]本专利技术还提供一种原位复合的磨削与高速电火花加工方法，采用上述的原位复合的磨削与高速电火花加工机床，包括以下步骤：
[0021]S1：在所述机床主体上安装工件；
[0022]S2：转动所述旋转导向盘，切换所述磨削件至工作位置，执行机械磨削程序，去除所述工件上用于加工气膜孔口扩张异形槽处表面的非导电涂层；
[0023]S3：转动所述旋转导向盘，切换所述导向器至工作位置，进给所述电极，使所述电极穿过导向器并伸出，执行电火花铣削程序，加工出留有余量的所述气膜孔口扩张异形槽；
[0024]S4：执行电火花磨削程序，在所述气膜孔口扩张异形槽上减少表面缺陷层，加工结束或等待后续工序。
[0025]优选的，在所述步骤S1之前还包括步骤：
[0026]S11：通过三维模型，分别生成气膜孔口扩张异形槽机械磨削、电火花铣削以及电火花磨削的自动化加工代码；
[0027]S12：通过所述电极和所述磨削件分别碰边确定工件坐标系的原点位置。
[0028]优选的，所述步骤S3中，所述电火花铣削程序采用第一电能执行；所述步骤S4中，所述电火花磨削程序采用第二电能执行；且所述第一电能大于所述第二电能；
[0029]所述步骤S2中，执行所述机械磨削程序时，开启外充液，所述外充液采用的工作液
为去离子水。
[0030]本专利技术相对于现有技术取得了以下技术效果：
[0031]本专利技术能够在同一台设备上实现多道工序复合加工，首先能过通过机械微磨削去除工件表面尽可能少的非导电高温涂层，为高速电火花放电加工异形孔提供基础，其次通过大能量高速电火花铣削快速加工气膜孔口扩张异形槽，和成型加工相比显著提高加工效率，再者，通过小能量电火花磨削加工改善在再铸层等缺陷，同时能旋转导向盘切换工具电极导向器和空心磨削棒，消除重复装夹和重复定位带来的误差，提高了加工效率。
附图说明
[0032]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0033]图1为本专利技术的实施例提供的加工机床的部分结本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种原位复合的磨削与高速电火花加工装置，其特征在于，包括：Z轴运动机构，所述Z轴运动机构用于安装于机床主体上；S轴运动机构，所述S轴运动机构安装于所述Z轴运动机构上，所述Z轴运动机构能够带动所述S轴运动机构沿Z轴移动；电火花主轴，所述电火花主轴安装于所述S轴运动机构上，所述S轴运动机构能够带动所述电火花主轴沿S轴移动，所述电火花主轴安装有电极，所述电火花主轴能够带动所述电极绕C轴转动；其中，所述S轴与所述Z轴平行；旋转导向盘，所述旋转导向盘安装于所述Z轴运动机构上，并能够绕W轴转动，所述Z轴运动机构能够带动所述旋转导向盘靠近或远离所述机床主体上安装的工件；所述旋转导向盘上安装有导向器和磨削主轴，所述磨削主轴上安装有磨削件，所述旋转导向盘能够带动所述导向器和所述磨削主轴转动，使所述导向器或所述磨削主轴处于工作位置；所述磨削件处于工作位置时，所述磨削主轴能够带动所述磨削件转动，去除所述工件的加工部位的非导电涂层；所述导向器处于所述工作位置时，所述S轴运动机构能够带动所述电极移动，以使所述电极穿过所述导向器对所述工件进行电火花加工，或者带动所述电极从所述导向器抽出。2.根据权利要求1所述的原位复合的磨削与高速电火花加工装置，其特征在于，所述Z轴运动机构通过Z轴运动机构连接板安装于所述机床主体上。3.根据权利要求1所述的原位复合的磨削与高速电火花加工装置，其特征在于，所述电极为圆柱电极，所述圆柱电极内开设有沿轴向贯穿的通孔。4.根据权利要求1或3所述的原位复合的磨削与高速电火花加工装置，其特征在于，所述磨削件采用磨削棒，所述磨削棒内开设有沿轴向贯穿的通孔。5.一种原位复合的磨削与高速电火花加工机床，其特征在于，包括机床主体以及如权利要求1
‑
4任意一项所述的原位复合的磨削与高速电火花加工装置，所述原位复合的磨削与高速电火花加工装置安装于所述机床主体上。6.根据权利要求5所述的原位复合的磨削与高速电火花加工机床，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：张亚欧，卢军成，赵万生，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：