叶片铣削和超声辅助滚压复合加工装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种叶片铣削和超声辅助滚压复合加工装置，包括床身，在床身的机床Z轴导轨上设有一对支撑框架，在所述一对支撑框架之间的床身上设有支撑板，在所述的支撑板的工作面上设有旋转工作台A，待加工叶片通过叶片双驱旋转工作台B安装在旋转工作台A上，与叶片对应的一对支撑框架上分别设有铣削主轴和超声滚压主轴，在铣削主轴安装有铣削刀具，在超声滚压主轴上安装有超声滚压冲击头，超声滚压主轴和铣削主轴分别通过机床X和Y轴向运动机构装置安装在所述的支撑框架上；还提供了将叶片的铣削加工与超声滚压同时进行的机床加工工作方法，本发明专利技术满足叶片加工质量的同时进行表面强化，大大减少加工时间，提高加工效率；减少人工操作步骤。工操作步骤。工操作步骤。

【技术实现步骤摘要】
叶片铣削和超声辅助滚压复合加工装置及方法


[0001]本专利技术涉叶片加工
，具体为一种叶片铣削和滚压复合加工专用机床及加工方法。

技术介绍

[0002]随着航空技术的不断发展，作为“心脏”的航空发动机成为了制约飞行器更高更快的重要因素。而在航空发动机中，长期在高温高压环境下工作的叶片，就成为了最容易发生破坏的一环，所以目前航空发动机制造行业对于航空发动机叶片加工的质量与效率要求也越来越严格。
[0003]为了提升叶片的表面质量，提出了在数控铣削加工叶片的同时，利用超声滚压技术对叶片进行表面强化，通过将高频超声振动与静压力结合进行工件表面的往复滚压强化，进一步降低叶片表面粗糙度、提高表面硬度并大幅提升叶片疲劳强度、耐磨性、抗腐蚀性等综合性能，让叶片被加工表面形成残余压应力，可有效抑制薄壁叶片加工变形，提高叶片的加工质量和加工效率。
[0004]但是目前的叶片加工方法还存在着诸多问题。例如铣削加工、滚压强化依次进行，总体加工时间长；铣削加工后需要人工转移叶片至滚压装置处，人工操作步骤多，易出错；叶片为典型的复杂薄壁零件，铣削加工及滚压强化时没有支撑，易发生弯曲变形，影响最终加工质量。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于避免现有技术的不足提供一种满足叶片加工质量的同时进行表面强化，提高加工质量和效率的叶片铣削和超声辅助滚压复合加工装置与方法。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：一种叶片铣削和超声辅助滚压复合加工装置，包括床身，在床身的机床Z轴导轨上设有一对支撑框架，在所述一对支撑框架之间的床身上设有支撑板，支撑板的工作面与所述机床Z轴导轨的工作面垂直，在所述的支撑板的工作面上设有旋转工作台A，待加工叶片通过叶片双驱旋转工作台B安装在旋转工作台A上，所述叶片双驱旋转工作台B用于实现叶片轴向旋转运动，且其旋转轴线与旋转工作台A的旋转轴线相垂直设置，与叶片对应的一对支撑框架上分别设有铣削主轴和超声滚压主轴，在铣削主轴安装有铣削刀具，在超声滚压主轴上安装有超声滚压冲击头，所述超声滚压主轴和铣削主轴的轴线与所述机床Z轴导轨的轴线平行，超声滚压主轴和铣削主轴分别通过机床X和Y轴向运动机构装置安装在所述的支撑框架上；
[0007]还包括数控装置，所述的床身与数控装置电连接，所述的数控装置用于输入控制数控程序并分别控制所述旋转工作台A和叶片双驱旋转工作台B的旋转运动、所述机床主轴沿支撑框架上下左右运动(X和Y轴)、，机床主轴和支撑框架可沿机床Z轴导轨前后运动，实现叶片的机床双侧铣削和超声辅助滚压复合加工。
[0008]进一步的，在所述一对支撑框架上分别设有的机床X和Y轴向运动机构装置结构相
同；所述的机床X和Y轴向运动机构装置包括：
[0009]用于带动所述滚压主轴和铣削主轴沿机床Y轴运动加工的主轴导轨框架，在所述的支撑框架上设有机床Y轴滑槽，在主轴导轨框架上对应机床Y轴滑槽设有第一导轨，所述主轴导轨框架通过机床Y轴滑槽和第一导轨配合运动设置在支撑框架上，还包括用于驱动所述主轴导轨框架在支撑框架运动的第一滚珠丝杠，第一滚珠丝杠平行设置在所述机床Y轴滑槽之间的支撑框架上，第一滚珠丝杠由伺服电机驱动，实现了所述滚压主轴和铣削主轴分别在机床Y轴向的加工运动；
[0010]还包括用于带动超声滚压主轴和铣削主轴沿机床X轴运动加工的主轴基座，在所述的主轴导轨框架上设有机床X轴向导槽，在主轴基座上对应机床X轴向导槽设有第二滑轨，主轴基座通过第二滑轨和机床X轴向导槽配合运动设置在主轴导轨框架上，还包括用于驱动所述主轴基座在机床X轴向导槽滑动的第二滚珠丝杠，第二滚珠丝杠与所述机床X轴向导槽平行并设置在主轴导轨框架架体内，第二滚珠丝杠由伺服电机驱动，实现了所述超声滚压主轴和铣削主轴分别在机床X轴向的加工运动；
[0011]所述的伺服电机均与所述的数控装置连接，所述的数控装置用于输入数控程序并分别控制所述的伺服电机，从而实现所述超声滚压主轴和铣削主轴分别在机床X、Y轴方向的加工运动。
[0012]进一步的，所述的一对支撑框架结构相同，且支撑框架是通过滑槽配合设置在所述机床Z轴导轨上；
[0013]还包括用于驱动所述一对支撑框架在机床Z轴导轨滑动的第三滚珠丝杠，第三滚珠丝杠与机床Z轴导轨平行设置在床身上，第三滚珠丝杠由伺服电机设驱动，实现了所述超声滚压主轴和铣削主轴分别在机床Z轴向的加工运动。
[0014]本专利技术还提供一种叶片铣削和超声辅助滚压复合加工装置的加工方法，所述的待加工叶片的两端通过叶片夹具安装在叶片双驱旋转工作台上，在叶片双驱旋转工作台上设有用于同步驱动叶片两端夹具旋转的同步电机，从而实现叶片两端的同步转动加工运动。
[0015]进一步的，在所述叶片的叶盆或叶背面进行数控铣削加工的同时，在叶片相对侧的叶背或叶盆同步进行超声滚压加工。
[0016]进一步的，所述的数控铣削加工和超声滚压加工的加工轨迹均采用叶片螺旋铣削加工方法。
[0017]进一步的，在所述叶片螺旋铣削和超声滚压加工过程中，所述的超声滚压加工过程比数控铣削加工过程晚半个到一个旋转周期，即数控铣削加工过程可先加工一行叶背或叶盆刀具轨迹，待叶片旋转160～180度后，此时另一侧的超声滚压加工过程开始进行，或数控铣削加工过程完成第一个叶片截面轮廓的加工后开始进行超声滚压加工过程，即是从刀具刚开始切入工件开始计算，叶片旋转360度后，开始进行叶片的超声滚压加工过程。
[0018]进一步的，在所述的叶片螺旋铣削和超声滚压加工过程结束时，所述的铣削加工过程先完成加工，超声滚压加工过程延迟半个或一个旋转周期结束，所述的结束过程的铣削位置点和超声滚压位置点在叶片的两侧，在所述机床的X和Y轴方向上对称，但在Z方向上前、后相错至少一个行距的距离。
[0019]进一步的，所述的超声滚压加工过程采用超声振动辅助方法实现，所述的铣削加工过程采用传统铣削方法或采用超声振动辅助铣削方法实现。
[0020]本专利技术的有益效果是：本专利技术将叶片的铣削加工与超声滚压同时进行，大大减少加工时间，提高加工效率；减少人工操作步骤，降低因操作失误带来的风险与损失；超声滚压冲击头在对叶片进行表面强化的同时，也对另一侧的叶片铣削起到一定的支撑作用，避免作为薄壁零件的叶片在加工过程中发生弯折，避免了叶片弯折、振动带来的低质量、高成本问题。
附图说明
[0021]图1为本专利技术等轴侧视结构示意图；
[0022]图2为本专利技术主视结构示意图；
[0023]图3为本专利技术所述复合加工时的加工结构示意图；
[0024]图4为本专利技术所述主轴导轨框架剖视结构示意图。
[0025]1‑
床身；11
‑
机床Z轴导轨；12
‑
支撑框架；13
‑
滑槽；14
‑
第三滚珠丝杠；2
‑
支撑板；3
‑
旋转工作台A；4
‑
叶片；5
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种叶片铣削和超声辅助滚压复合加工装置，其特征在于，包括床身(1)，在床身(1)的机床Z轴导轨(11)上设有一对支撑框架(12)，在所述一对支撑框架(12)之间的床身(1)上设有支撑板(2)，支撑板(2)的工作面与所述机床Z轴导轨(11)的工作面垂直，在所述的支撑板(2)的工作面上设有旋转工作台A(3)，待加工叶片(4)通过叶片双驱旋转工作台B(7)安装在旋转工作台A(3)上，所述叶片双驱旋转工作台B(7)用于实现叶片轴向旋转运动(4)，且其旋转轴线与旋转工作台A(3)的旋转轴线相垂直设置，与叶片(4)对应的一对支撑框架(12)上分别设有铣削主轴(6)和超声滚压主轴(5)，在铣削主轴(6)安装有铣削刀具，在超声滚压主轴(5)上安装有超声滚压冲击头，所述超声滚压主轴(5)和铣削主轴(6)的轴线与所述机床Z轴导轨(11)的轴线平行，超声滚压主轴(5)和铣削主轴(6)分别通过机床X和Y轴向运动机构装置安装在所述的支撑框架(12)上；还包括数控装置(8)，所述的床身(1)与数控装置(8)电连接，所述的数控装置(8)用于输入控制数控程序并分别控制所述旋转工作台A(3)和叶片双驱旋转工作台B(7)的旋转运动、所述机床主轴(6)沿支撑框架(12)上下左右运动(X和Y轴)、，机床主轴(6)和支撑框架(12)可沿机床Z轴导轨(11)前后运动，实现叶片(4)的机床双侧铣削和超声辅助滚压复合加工。2.如权利要求1所述的叶片铣削和超声辅助滚压复合加工装置，其特征在于，在所述一对支撑框架(12)上分别设有的机床X和Y轴向运动机构装置结构相同；所述的机床X和Y轴向运动机构装置包括：用于带动所述滚压主轴(5)和铣削主轴(6)沿机床Y轴运动加工的主轴导轨框架(91)，在所述的支撑框架(12)上设有机床Y轴滑槽(92)，在主轴导轨框架(91)上对应机床Y轴滑槽(92)设有第一导轨(93)，所述主轴导轨框架(91)通过机床Y轴滑槽(92)和第一导轨(93)配合运动设置在支撑框架(12)上，还包括用于驱动所述主轴导轨框架(91)在支撑框架(12)运动的第一滚珠丝杠(94)，第一滚珠丝杠(94)平行设置在所述机床Y轴滑槽(92)之间的支撑框架(12)上，第一滚珠丝杠(94)由伺服电机驱动，实现了所述滚压主轴(5)和铣削主轴(6)分别在机床Y轴向的加工运动；还包括用于带动超声滚压主轴(5)和铣削主轴(6)沿机床X轴运动加工的主轴基座(95)，在所述的主轴导轨框架(91)上设有机床X轴向导槽(96)，在主轴基座(95)上对应机床X轴向导槽(96)设有第二滑轨(97)，主轴基座(95)通过第二滑轨(97)和机床X轴向导槽(96)配合运动设置在主轴导轨框架(91)上，还包括用于驱动所述主轴基座(95)在机床X轴向导槽(96)滑动的第二滚珠丝杠(98)，第二滚珠丝杠(98)与所述机床X轴向导槽(96)平行并设置在主轴导轨框架(91...

【专利技术属性】
技术研发人员：单晨伟，贾方超，姚倡锋，张孟华，夏子文，贾云祥，张猛猛，袁润，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：