一种超大长径比复合材料包壳内孔的珩磨装置及珩磨方法制造方法及图纸

一种超大长径比复合材料包壳内孔的珩磨装置及珩磨方法，属于复合材料加工技术领域。本发明专利技术是为了解决现有的加工装置及加工方法无法满足超大长径比的复合材料包壳内孔高精度、低损伤的加工要求的问题。本发明专利技术包括数控平台、高频往复运动发生器、阶梯尺度磨具组和工件装夹平台；所述的高频往复运动发生器与工件装夹平台同轴安装在数控平台上并可相对运动，所述的阶梯尺度磨具组安装在高频往复运动发生器上并可实现轴向的高频往复运动；复合材料包壳安装在工件装夹平台上并可以自身的中轴线为轴转动，所述的阶梯尺度磨具组对复合材料包壳的内孔进行扩孔加工。本发明专利技术主要用于超大长径比复合材料包壳内孔的加工。大长径比复合材料包壳内孔的加工。大长径比复合材料包壳内孔的加工。

【技术实现步骤摘要】
一种超大长径比复合材料包壳内孔的珩磨装置及珩磨方法


[0001]本专利技术属于复合材料加工
，尤其涉及一种超大长径比复合材料包壳内孔的珩磨装置及珩磨方法。

技术介绍

[0002]由于复合材料具有良好的物理化学性能，被广泛的应用到军工，核能以及航天领域，复合材料包壳是核反应堆堆芯的关键结构材料，是核反应发生的容器，因此其加工要求极其严格。由于复合材料包壳为三层的管状结构，每一层壁厚很薄，其内径约为7.5～8.5mm，外径9.5～12mm，长大约1～4m，成品壁厚要求仅为1mm左右，具有超大长径比1:500的特点；再加上其具有高硬度及脆性特性，采用钻削、拉削和普通磨削这种传统的内孔加工工艺很容易导致其损伤，且无法针对这种超大长径比的内孔进行加工，因此传统的内孔加工工艺无法满足超大长径比的复合材料包壳内孔高精度、低损伤的加工要求，该零件的加工也成为限制我国能源发展的痛点。
[0003]目前针对薄壁或者硬脆材料的加工，中国专利申请号201711379419.2已经提到一种关于玻璃管这类高硬度、高脆性材料的加工，但是其对复合材料包壳这类长径比超大的零件并不适用；中国专利申请号201610283924.6提到一种钼合金薄壁长管的内孔加工方法，其采用枪钻、线切割和珩磨有机结合的复合加工方法，但该种加工方式不适合复合材料包壳这类高硬度材料。
[0004]随着现代材料、装置设备等各方面技术的不断进步，零件内孔加工也正朝着高精度、高效率、智能化的方向迅速发展，但是，仍然未出现一种创造性的新型加工装置与方法来有效解决超大长径比的复合材料包壳高效率、高精度、低损伤的加工难题。

技术实现思路

[0005]本专利技术需要解决的技术问题是：现有的加工装置及加工方法无法满足超大长径比的复合材料包壳内孔高精度、低损伤的加工要求；进而提供一种超大长径比复合材料包壳内孔的珩磨装置及珩磨方法。
[0006]本专利技术为解决上述技术问题采用的技术方案是：
[0007]一种超大长径比复合材料包壳内孔的珩磨装置，它包括数控平台、高频往复运动发生器、阶梯尺度磨具组和工件装夹平台；所述的高频往复运动发生器与工件装夹平台同轴安装在数控平台上并可相对运动，所述的阶梯尺度磨具组安装在高频往复运动发生器上并可实现轴向的高频往复运动；复合材料包壳安装在工件装夹平台上并可以自身的中轴线为轴转动，所述的阶梯尺度磨具组对复合材料包壳的内孔进行扩孔加工。
[0008]进一步的，所述数控平台的上端设置有滑轨，高频往复运动发生器安装在滑轨的端部，所述的工件装夹平台安装在数控平台的滑轨上，所述数控平台的一侧设置有驱动组件，所述的驱动组件用于驱动工件装夹平台的轴向进给。
[0009]进一步的，所述的高频往复运动发生器包括超声发生器、超声换能器、超声传导线
和张紧机构；所述的超声发生器与张紧机构分别安装在数控平台上滑轨的两端，并处于工件装夹平台的两侧；所述的超声换能器安装在超声发生器的超生发生端，所述超声传导线的一端安装在超声换能器的驱动端，超声传导线的另一端穿过安装在工件装夹平台的复合材料包壳的内孔，并安装在张紧机构的张紧端，实现超声传导线的张紧；所述的阶梯尺度磨具组套装在超声传导线上。
[0010]进一步的，所述的工件装夹平台包括移动平台、两个夹持机构、工件夹具和两个旋转平台；所述移动平台的下表面设有与滑轨相配合的滑槽，所述的两个旋转平台相对安装在移动平台上，每个旋转平台上设置有一个夹持机构，且两个夹持机构相对设置，所述的旋转平台可以驱动夹持机构的自旋；所述的工件夹具为圆筒状结构，工件夹具的侧壁上开有若干个并排设置的注入孔；所述的工件夹具轴向插在两个旋转平台和两个夹持机构上，且工件夹具的两端分别伸出两个旋转平台的端部，两个夹持机构对工件夹具进行装夹定位；所述的复合材料包壳插在工件夹具内，复合材料包壳的两端分别伸出工件夹具的两端端面，且复合材料包壳与工件夹具之间形成环形空腔，通过注入孔向工件夹具和复合材料包壳之间的环形空腔填充低熔点填充物并固化。
[0011]进一步的，所述的珩磨装置还包括两组光电传感器组，其中一组光电传感器组安装在超声传导线的正上方，用于确定超声传导线的位置，另一组光电传感器组安装在工件夹具的侧方，用于确定复合材料包壳与工件夹具的位置。
[0012]进一步的，所述的阶梯尺度磨具组包括粗加工磨头组、半精加工磨头组和精加工磨头组；所述的粗加工磨头组、半精加工磨头组和精加工磨头组由复合材料包壳至超声换能器的方向依次串联固定安装在超声传导线上，形成超大长径比的加工磨具；每个加工磨头的安装位置为超声传导线轴向振动的波腹位置。
[0013]进一步的，所述的粗加工磨头组包括依次串联的一个粗加工磨头Ⅰ和若干个粗加工磨头Ⅱ；所述的半精加工磨头组包括依次串联的一个半精加工磨头Ⅰ和若干个半精加工磨头Ⅱ；所述的精加工磨头组包括依次串联的一个精加工磨头Ⅰ和若干个精加工磨头Ⅱ；相邻的两个加工磨头之间留有一定的距离作为排屑槽；
[0014]所述的粗加工磨头Ⅰ、半精加工磨头Ⅰ和精加工磨头Ⅰ均为圆台形磨头，且尺寸依次增大；所述的粗加工磨头Ⅰ、半精加工磨头Ⅰ和精加工磨头Ⅰ截面较小的一端朝向复合材料包壳的方向设置，其中粗加工磨头Ⅰ截面较小的一端外径小于复合材料包壳的初始内径；
[0015]所述的粗加工磨头Ⅱ、半精加工磨头Ⅱ和精加工磨头Ⅱ均为圆柱形磨头；其中，粗加工磨头Ⅱ的外径等于粗加工磨头Ⅰ截面最大位置处的外径尺寸，半精加工磨头Ⅱ的外径等于半精加工磨头Ⅰ截面最大位置处的外径尺寸，精加工磨头Ⅱ的外径等于精加工磨头Ⅰ截面最大位置处的外径尺寸。
[0016]一种超大长径比复合材料包壳内孔的珩磨方法，具体珩磨过程如下：
[0017]步骤一，将待研磨的复合材料包壳插在工件夹具中，将装有复合材料包壳的工件夹具插在夹持机构与旋转平台中，并通过夹持机构的卡爪对工件夹具进行轴向固定；
[0018]步骤二，通过数控平台上的驱动组件调节工件装夹平台的位置，使其靠近张紧机构的一侧；
[0019]步骤三，将超声传导线带有精加工磨头的一端安装在超声换能器上，超声传导线的另一端从安装在工件夹具上的复合材料包壳的内孔中穿过，并由张紧机构的张紧端固
定，张紧机构提供预紧力；
[0020]步骤四，数控平台控制两组光电传感器组测量超声传导线、复合材料包壳与工件夹具的空间位置，保证三者具备较高精度的同轴度，然后通过注入孔向工件夹具中注入低熔点填充物并固化；
[0021]步骤五，数控平台控制超声发生器产生稳定可靠的超声，通过超声换能器驱动超声波传导线作稳定的较大振幅振动，带动其上的多个串联磨头作轴向高频往复振动；
[0022]步骤六，旋转平台开机，并驱动夹持机构旋转，夹持机构带动工件夹具以及复合材料包壳转动，同时移动平台带动复合材料包壳移动实现微量进给，作往复振动的阶梯尺度磨具组接触复合材料包壳实现扩孔加工；
[0023]步骤七，将工件夹具从移动平台上拆卸下来，然后对工件夹具与复合材料包壳的组合体进行本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超大长径比复合材料包壳内孔的珩磨装置，其特征在于：它包括数控平台(1)、高频往复运动发生器(A)、阶梯尺度磨具组(4)和工件装夹平台(7)；所述的高频往复运动发生器(A)与工件装夹平台(7)同轴安装在数控平台(1)上并可相对运动，所述的阶梯尺度磨具组(4)安装在高频往复运动发生器(A)上并可实现轴向的高频往复运动；复合材料包壳(10)安装在工件装夹平台(7)上并可以自身的中轴线为轴转动，所述的阶梯尺度磨具组(4)对复合材料包壳(10)的内孔进行扩孔加工。2.根据权利要求1所述的一种超大长径比复合材料包壳内孔的珩磨装置，其特征在于：所述数控平台(1)的上端设置有滑轨(1
‑
1)，高频往复运动发生器(A)安装在滑轨(1
‑
1)的端部，所述的工件装夹平台(7)安装在数控平台(1)的滑轨(1
‑
1)上，所述数控平台(1)的一侧设置有驱动组件(1
‑
2)，所述的驱动组件(1
‑
2)用于驱动工件装夹平台(7)的轴向进给。3.根据权利要求2所述的一种超大长径比复合材料包壳内孔的珩磨装置，其特征在于：所述的高频往复运动发生器(A)包括超声发生器(2)、超声换能器(3)、超声传导线(5)和张紧机构(8)；所述的超声发生器(2)与张紧机构(8)分别安装在数控平台(1)上滑轨(1
‑
1)的两端，并处于工件装夹平台(7)的两侧；所述的超声换能器(3)安装在超声发生器(2)的超生发生端，所述超声传导线(5)的一端安装在超声换能器(3)的驱动端，超声传导线(5)的另一端穿过安装在工件装夹平台(7)的复合材料包壳(10)的内孔，并安装在张紧机构(8)的张紧端，实现超声传导线(5)的张紧；所述的阶梯尺度磨具组(4)套装在超声传导线(5)上。4.根据权利要求3所述的一种超大长径比复合材料包壳内孔的珩磨装置，其特征在于：所述的工件装夹平台(7)包括移动平台(7
‑
1)、两个夹持机构(7
‑
2)、工件夹具(7
‑
3)和两个旋转平台(7
‑
5)；所述移动平台(7
‑
1)的下表面设有与滑轨(1
‑
1)相配合的滑槽，所述的两个旋转平台(7
‑
5)相对安装在移动平台(7
‑
1)上，每个旋转平台(7
‑
5)上设置有一个夹持机构(7
‑
2)，且两个夹持机构(7
‑
2)相对设置，所述的旋转平台(7
‑
5)可以驱动夹持机构(7
‑
2)的自旋；所述的工件夹具(7
‑
3)为圆筒状结构，工件夹具(7
‑
3)的侧壁上开有若干个并排设置的注入孔(7
‑3‑
1)；所述的工件夹具(7
‑
3)轴向插在两个旋转平台(7
‑
5)和两个夹持机构(7
‑
2)上，且工件夹具(7
‑
3)的两端分别伸出两个旋转平台(7
‑
5)的端部，两个夹持机构(7
‑
2)对工件夹具(7
‑
3)进行装夹定位；所述的复合材料包壳(10)插在工件夹具(7
‑
3)内，复合材料包壳(10)的两端分别伸出工件夹具(7
‑
3)的两端端面，且复合材料包壳(10)与工件夹具(7
‑
3)之间形成环形空腔，通过注入孔(7
‑3‑
1)向工件夹具(7
‑
3)和复合材料包壳(10)之间的环形空腔填充低熔点填充物(9)并固化。5.根据权利要求4所述的一种超大长径比复合材料包壳内孔的珩磨装置，其特征在于：所述的珩磨装置还包括两组光电传感器组(6)，其中一组光电传感器组(6)安装在超声传导线(5)的正上方，用于确定超声传导线(5)的位置，另一组光电传感器组(6)安装在工件夹具(7
‑
3)的侧方，用于确定复合材料包壳(10)与工件夹具(7
‑
3)的位置。6.根据权利要求5所述的一种超大长径比复合材料包壳内孔的珩磨装置，其特征在于：所述的阶梯尺度磨具组(4)包括粗加工磨头组、半精加工磨头组和精加工磨头组；所述的粗加工磨头组、半精加工磨...

【专利技术属性】
技术研发人员：林彬，周京国，隋天一，付俊帆，赵鹏程，董宝昆，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：