復(fù)雜型面數(shù)控高效電解加工機(jī)床的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種復(fù)雜型面數(shù)控高效電解加工機(jī)床，包括底座、基準(zhǔn)平臺、X、Y、Z直線運動平臺、Y向數(shù)控轉(zhuǎn)臺（機(jī)床B軸）、Z向回轉(zhuǎn)X向傾擺數(shù)控轉(zhuǎn)臺（機(jī)床A軸與C軸）、輸出端、立柱、配重、機(jī)床外罩等部件。該機(jī)床可實現(xiàn)工具沿Y、Z空間軌跡進(jìn)給的同時，配合沿B方向的旋轉(zhuǎn)，通過空間旋轉(zhuǎn)進(jìn)給的方式完成整體葉盤葉柵通道電解加工。此方法可減小葉身余量差，并可實現(xiàn)不規(guī)則輪轂面的加工。該機(jī)床可將工件按照對應(yīng)優(yōu)化角度傾斜放置，使工具進(jìn)給方向與工件成優(yōu)化的空間角度，通過空間角度進(jìn)給的方式完成整體葉盤葉柵通道電解加工。此方法可提高后續(xù)葉片型面的加工精度。該機(jī)床還可以實現(xiàn)航空發(fā)動機(jī)擴(kuò)壓器、機(jī)匣等復(fù)雜型面零件的高效電解加工。
【專利說明】復(fù)雜型面數(shù)控高效電解加工機(jī)床

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種復(fù)雜型面數(shù)控高效電解加工機(jī)床，屬于電解加工【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]整體葉盤是現(xiàn)代航空發(fā)動機(jī)的一種新型結(jié)構(gòu)零件，其應(yīng)用是先進(jìn)發(fā)動機(jī)的發(fā)展趨勢之一。相比較傳統(tǒng)的通過榫頭榫槽連接的葉盤，整體葉盤具有零件數(shù)量少、質(zhì)量輕、氣流損失少、安全性高等優(yōu)點。目前國外一些先進(jìn)航空發(fā)動機(jī)都采用了整體葉盤結(jié)構(gòu)。
[0003]整體葉盤作為航空發(fā)動機(jī)的重要組成零件，其加工精度、表面質(zhì)量要求較高。而且隨著航空工業(yè)的不斷發(fā)展，整體葉盤不斷運用高溫合金、鈦合金等難加工材料，葉片型面更加扭曲復(fù)雜，這給整體葉盤的加工制造帶來了新的挑戰(zhàn)。目前常用于整體葉盤加工的方法有三種:數(shù)控銑削、線性摩擦焊、電解加工。
[0004]數(shù)控銑削加工作為整體葉盤加工的有效方法之一，在一定程度上可以滿足整體葉盤的加工要求。但隨著各種難加工材料不斷應(yīng)用于整體葉盤結(jié)構(gòu)，數(shù)控銑削加工的工具損耗問題更加突出，增加了加工成本。線性摩擦焊具有節(jié)約材料，焊縫性能可以達(dá)到甚至超過母材等優(yōu)點，在焊接及其配套技術(shù)雄厚的美、英等國，線性摩擦焊成為整體葉盤加工、葉片修復(fù)的重要手段之一。但線性摩擦焊對材料熱塑性要求比較高，且加工工序繁瑣，包括:葉片加工、焊接、銑飛邊。電解加工主要依靠陽極金屬電化學(xué)溶解的原理進(jìn)行加工。其優(yōu)點主要有:1)加工不受材料力學(xué)性能的影響。2)加工過程中無工具損耗，成本低。3)加工效率高。4)工件表面無殘余應(yīng)力、冷作硬化層、再鑄層。5)工件表面光整，粗糙度小。因此，在整體葉盤加工領(lǐng)域，電解加工方法優(yōu)勢突出。
[0005]西方發(fā)達(dá)國家和我國都高度重視整體葉盤電解加工技術(shù)的研究，均將電解加工技術(shù)作為發(fā)動機(jī)整體葉盤的主要制造手段之一。德國MTU公司在分析整體葉盤加工趨勢時指出，未來約45%的整體葉盤將采用電解加工。
[0006]美國GE 公司的專利(TANDEM BLISK ELECTROCHEMICAL MACHINING, US7204926B2)提到以兩個獨立的運動平臺分別加工兩級盤的第一級、第二級葉片，加工過程中(以加工第一級葉片為例)一對成型陰極沿X、U軸相向運動的同時繞C軸轉(zhuǎn)動，配合工件沿Z軸進(jìn)給完成加工。但該機(jī)床加工對象只針對具有周向葉片的整體葉盤，其通用性不高。德國Leistritz公司的專利(ECM-MACHINE，US77501049B2)提到一種立式電解加工機(jī)床，其龍門結(jié)構(gòu)的設(shè)計可以提高機(jī)床剛性。但該機(jī)床葉盤工件采用立式裝夾的形式，導(dǎo)致工件的安裝調(diào)試操作不便，增加了安裝調(diào)試的時間。歐洲專利(SYSTEM AND METHOD FOR PROVIDINGELECTROCHEMICAL MACHINING OF A WORKPIECE, EP2011597A2)提到了一種整體葉盤葉片精加工電解加工機(jī)床，其陰極為組合盤式結(jié)構(gòu)，陰極盤還包括圓形陣列的電解液流道設(shè)計，可對每一個葉片獨立供液。加工時，陰極盤向下進(jìn)給同時繞進(jìn)給方向旋轉(zhuǎn)，一次完成一個整體葉盤全部葉片的精加工，該方法極大提高了整體葉盤的加工效率。但該機(jī)床運動方式簡單，無法實現(xiàn)多軸插補(bǔ)運動，不具備加工扭曲型面葉片的能力。
[0007]在國內(nèi)，南京航空航天大學(xué)朱荻教授科研團(tuán)隊研制出了一套整體葉盤電解加工機(jī)床，提出以管電極加工葉柵通道，且該機(jī)床運用陰極夾持盤安裝多個管電極，實現(xiàn)多通道同時加工，進(jìn)一步提高了整體葉盤電解加工的加工效率。但該機(jī)床對于葉柵通道輪轂的加工精度不高，表面質(zhì)量較差。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于設(shè)計一種復(fù)雜型面數(shù)控高效電解加工機(jī)床，能滿足航空發(fā)動機(jī)整體葉盤葉柵通道高效電解加工、葉片套料高效電解加工。同時，該機(jī)床還可以實現(xiàn)航空發(fā)動機(jī)擴(kuò)壓器、機(jī)匣等復(fù)雜型面零件的高效電解加工，提高了該機(jī)床的通用性。
[0009]一種復(fù)雜型面數(shù)控高效電解加工機(jī)床，其特征在于:包括底座、安裝于底座上的基準(zhǔn)平臺、安裝于基準(zhǔn)平臺上的Y直線運動平臺和X直線運動平臺，直線運動平臺的滑枕上安裝立柱，立柱上安裝Z直線運動平臺，Z直線運動平臺的滑枕上安裝Y向數(shù)控轉(zhuǎn)臺，Y向數(shù)控轉(zhuǎn)臺安裝輸出端，且在Y向數(shù)控轉(zhuǎn)臺與輸出端之間安裝第一絕緣墊；γ向數(shù)控轉(zhuǎn)臺和輸出端的配重支架安裝在立柱上；Χ直線運動平臺的滑枕上安裝Z向回轉(zhuǎn)X向傾擺數(shù)控轉(zhuǎn)臺，Z向回轉(zhuǎn)X向傾擺數(shù)控轉(zhuǎn)臺上安裝有第二絕緣墊。
[0010]該機(jī)床包括機(jī)床外罩；機(jī)床外罩由主體框架、底座圍板、非加工區(qū)密封罩、L型推拉門、隔板組成；其中所述主體框架與基準(zhǔn)平臺固定，且兩者之間以密封條密封；所述主體框架分成了加工區(qū)與非加工區(qū)；加工區(qū)與非加工區(qū)通過所述隔板隔開；所述非加工區(qū)密封罩安裝在主體框架的非加工區(qū)；所述L型推拉門通過頂部與正面的導(dǎo)軌安裝在主體框架上可在加工區(qū)與非加工區(qū)之間滑動；所述底座圍板安裝在所述主體框架上。
[0011]該機(jī)床X直線運動平臺、Y直線運動平臺、Z直線運動平臺的布局采用Y、Z組合安裝，X與Υ、ζ獨立安裝的結(jié)構(gòu)形式。相對于Χ、Υ、Ζ組合式三維運動平臺的結(jié)構(gòu)形式而言，該結(jié)構(gòu)可以提高機(jī)床剛性，減少傳動鏈和傳遞誤差。
[0012]加工時，輸出端帶動工具沿Y方向進(jìn)給，配合沿B方向的旋轉(zhuǎn)，通過旋轉(zhuǎn)進(jìn)給的方式完成整體葉盤葉柵通道電解加工，可實現(xiàn)不規(guī)則輪轂面的加工，并可減小葉身余量差。
[0013]利用Z向回轉(zhuǎn)X向傾擺數(shù)控轉(zhuǎn)臺將工件傾斜放置，加工時工具沿Y方向進(jìn)給，按照優(yōu)化的空間進(jìn)給角度完成整體葉盤葉柵通道電解加工，可減小葉柵通道加工的余量差，這對提高后續(xù)葉片型面的加工精度至關(guān)重要。
[0014]Z向回轉(zhuǎn)X向傾擺數(shù)控轉(zhuǎn)臺的傾擺角度調(diào)節(jié)范圍大，可加工葉片扭曲程度不同的整體葉盤。對應(yīng)于葉片扭曲程度不同的整體葉盤，可將工件調(diào)節(jié)至不同的傾斜角度，以優(yōu)化的空間角度完成加工。
[0015]該機(jī)床可開展運動軌跡復(fù)雜的數(shù)控電解加工實驗，加工時，工件傾斜放置(甚至是工件沿著A方向微幅擺動)，工具沿Y方向進(jìn)給的同時，配合沿B方向的旋轉(zhuǎn)，通過空間角度旋轉(zhuǎn)進(jìn)給的方式完成整體葉盤葉柵通道電解加工。此方法可進(jìn)一步減小葉柵通道加工的余量差，提高后續(xù)葉片型面的加工精度。
[0016]Y向數(shù)控轉(zhuǎn)臺與Z向回轉(zhuǎn)X向傾擺數(shù)控轉(zhuǎn)臺輸出軸的設(shè)計均滿足復(fù)雜型面結(jié)構(gòu)件的安裝定位要求，加工時，工件既可臥式裝夾于Z向回轉(zhuǎn)X向傾擺數(shù)控轉(zhuǎn)臺，也可立式裝夾于Y向數(shù)控轉(zhuǎn)臺，可實現(xiàn)具有端面葉片與周向葉片的擴(kuò)壓器電解加工。
[0017]本發(fā)明的有益效果在于:
(I)Z向回轉(zhuǎn)X向傾擺數(shù)控轉(zhuǎn)臺可以帶動工件沿A軸旋轉(zhuǎn)至優(yōu)化的角度，使得工具進(jìn)給方向與葉片基疊軸呈一定空間角度，沿該角度方向，葉片型面的投影線遮蔽最少，通過空間角度進(jìn)給的方式完成整體葉盤葉柵通道電解加工。此方法可以顯著減小葉柵通道加工余量差，提高后續(xù)葉片型面的加工精度；針對不同類型的復(fù)雜型面整體葉盤，可以將工件按照不同的優(yōu)化角度傾斜放置，適用范圍廣。
[0018](2)工具沿Y、Z軸空間軌跡進(jìn)給的同時，Y向數(shù)控轉(zhuǎn)臺帶動工具沿B軸旋轉(zhuǎn)，通過空間旋轉(zhuǎn)進(jìn)給的方式實現(xiàn)輪轂和整體葉盤葉柵通道的電解加工。此方法可以針對葉柵通道的扭曲情況，優(yōu)化進(jìn)給路徑，減小葉身加工的余量差，提高扭曲葉片的加工精度；同時，該方法通過設(shè)計工具的前端面，實現(xiàn)不規(guī)則輪轂面的加工，提高輪轂面加工精度與表面質(zhì)量。
[0019](3)加工過程中，Z向回轉(zhuǎn)X向傾擺數(shù)控轉(zhuǎn)臺可以帶動工件沿C軸按一定規(guī)律擺動。當(dāng)工件擺動一定角度時，距離圓心較遠(yuǎn)的葉尖周向擺動距離大于距離圓心較近的葉根，此方法可以進(jìn)一步減小葉柵通道葉尖與葉根處的加工余量差。
[0020](4)該機(jī)床B、C轉(zhuǎn)軸分別設(shè)計成立式、臥式數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺結(jié)構(gòu)，B、C軸的輸出端均可以作為整體盤類零件的安裝、定位基準(zhǔn)，實現(xiàn)零件的高精度旋轉(zhuǎn)分度。該結(jié)構(gòu)設(shè)計滿足具有不同方向葉片的整體盤類零件的加工，如同時具有周向葉片、端面葉片的復(fù)雜型面擴(kuò)壓器的加工。
[0021](5)該機(jī)床X軸、Y軸、Z軸直線運動平臺的布局采用Y、Z通過立柱進(jìn)行組合安裝，X與Y、Z獨立安裝的結(jié)構(gòu)形式。與X、Y、Z三維組合式平臺結(jié)構(gòu)相比，該結(jié)構(gòu)形式提高了機(jī)床的剛性，能夠承受較高的電解液壓力，提高加工穩(wěn)定性；同時，該結(jié)構(gòu)能夠減少機(jī)床傳動鏈以及機(jī)床的傳遞誤差，提聞設(shè)備的重復(fù)定位精度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1是機(jī)床布局示意圖；
圖2是機(jī)床外罩布局意圖；
圖3是擴(kuò)壓器周向葉片加工示意圖；
圖4是擴(kuò)壓器端面葉片加工示意圖；
圖5是非加工區(qū)密封示意圖；
圖6是加工區(qū)密封示意圖；
圖中標(biāo)號名稱:1、底座，2、基準(zhǔn)平臺，3、Υ直線運動平臺，4、立柱，5、Ζ直線運動平臺，6、配重支架，7、Υ向數(shù)控轉(zhuǎn)臺，8、第一絕緣墊，9、輸出端，10、第二絕緣墊，11、Ζ向回轉(zhuǎn)X向傾擺數(shù)控轉(zhuǎn)臺，12、Χ直線運動平臺，13.底座圍板，14、主體框架，15、非加工區(qū)密封罩，16,L型推拉門，17、隔板，18、隨動式夾具平臺，19、夾具，20、陰極桿，21、電纜，22、陰極引電銅牌，23、多路進(jìn)水管，24、陽極引電銅牌25、引電壓塊，26、擴(kuò)壓器，27、陰極，28、陰極桿，29、陰極桿座，30、導(dǎo)軌，31、不銹鋼支撐架，32、鎧甲式風(fēng)琴罩，33、不銹鋼鈑金件，34、尼龍?zhí)祝?5、第一羊毛氈，36、第一骨架密封圈，37、不銹鋼風(fēng)琴罩，38、工件轉(zhuǎn)臺墊高，39、第二羊毛氈，40、第二骨架密封圈，41、澆注PVD外罩，42、澆注PVD內(nèi)罩，43、不銹鋼外罩，44、不銹鋼內(nèi)罩，45、不銹鋼內(nèi)側(cè)擋板。

【具體實施方式】
[0023]下面結(jié)合圖1、2、3，說明本發(fā)明的具體實施過程: 1、參考圖1，底座I通過水平調(diào)節(jié)腳安放在地面上，基準(zhǔn)平臺2安裝在底座I上。基準(zhǔn)平臺2被劃分為左側(cè)非加工與右側(cè)加工區(qū)兩個區(qū)域。
[0024]2、參考圖1，在左側(cè)非加工區(qū)，Y直線運動平臺3安裝在基準(zhǔn)平臺2上，立柱4安裝在Y直線運動平臺3的滑枕上，Z直線運動平臺5安裝在立柱4上。Z直線運動平臺5的滑枕上安裝Y向數(shù)控轉(zhuǎn)臺7，輸出端9安裝在Y向數(shù)控轉(zhuǎn)臺7上，且在Y向數(shù)控轉(zhuǎn)臺7與輸出端9之間安裝第一絕緣墊8。Y向數(shù)控轉(zhuǎn)臺7、輸出端9的配重支架6安裝在立柱4上。
[0025]3、參考圖1，在右側(cè)加工區(qū)，X直線運動平臺12安放在在基準(zhǔn)平臺2上，Z向回轉(zhuǎn)X向傾擺數(shù)控轉(zhuǎn)臺11安裝在X直線運動平臺12的滑枕上，且在Z向回轉(zhuǎn)X向傾擺數(shù)控轉(zhuǎn)臺11上安裝第二絕緣墊10。
[0026]4、參考圖1、2，機(jī)床外罩由五部分組成，其中主體框架14與基準(zhǔn)平臺2固定，且兩者之間以密封條密封。非加工區(qū)密封罩15安裝在主體框架14的翻邊上，維修時可拆卸。加工區(qū)與非加工區(qū)通過隔板17隔開。L型推拉門16通過頂部與正面的導(dǎo)軌安裝在機(jī)床外罩上。底座圍板13安裝在主體框架14上。
[0027]5、Y向數(shù)控轉(zhuǎn)臺7與Z向回轉(zhuǎn)X向傾擺數(shù)控轉(zhuǎn)臺11輸出軸的設(shè)計均滿足復(fù)雜型面結(jié)構(gòu)件的安裝定位要求，加工時，工件既可臥式裝夾于Z向回轉(zhuǎn)X向傾擺數(shù)控轉(zhuǎn)臺11，也可立式裝夾于Y向數(shù)控轉(zhuǎn)臺7，可實現(xiàn)具有端面葉片與周向葉片的擴(kuò)壓器26電解加工。
[0028]6、參考圖1、3，以加工擴(kuò)壓器26周向葉片為例:夾具19安裝在隨動式夾具平臺18上，工具通過陰極桿20與輸出端9連接，擴(kuò)壓器26安裝在第二絕緣墊10上。兩根電纜21一端分別連接陰極引電銅牌22和陽極引電銅牌24，另一端分別連接輸出端9和引電壓塊25，為工具與擴(kuò)壓器26之間施加電壓，并通過多路進(jìn)水管23給夾具與整體葉盤26之間提供具有一定壓力的電解液。加工時，隨動式夾具平臺18用鎖緊塊壓緊，輸出端9帶動工具在夾具內(nèi)運動，完成電解加工。
[0029]7、參考圖1、4，以加工擴(kuò)壓器26端面葉片為例:擴(kuò)壓器26立式安裝于輸出端9，陰極27通過陰極桿28及陰極桿座29安裝在Z向回轉(zhuǎn)X向傾擺數(shù)控轉(zhuǎn)臺11上，加工時，輸出端9帶動擴(kuò)壓器26沿Y軸進(jìn)給，陰極不動。
[0030]8、參考圖1、5，非加工區(qū)密封結(jié)構(gòu)主要包括:在隔板17的開口位置安裝不銹鋼支撐架31，不銹鋼支撐架31上安裝有導(dǎo)軌30，不銹鋼鈑金件33與導(dǎo)軌30的滑塊固定，以保證密封結(jié)構(gòu)運行順暢。不銹鋼鈑金件33內(nèi)嵌尼龍?zhí)?4以絕緣，尼龍?zhí)?4上安裝第一羊毛氈35與第一骨架密封圈36以旋轉(zhuǎn)密封。不銹鋼鈑金件33兩端連接鎧甲式風(fēng)琴罩32，已完成直線密封。
[0031]9、參考圖1、6，加工區(qū)采用兩重密封結(jié)構(gòu)，即分為X直線運動平臺12、Z向回轉(zhuǎn)X向傾擺數(shù)控轉(zhuǎn)臺11的單獨密封，及兩個平臺的總體密封。其中X直線運動平臺12的單獨密封包括:不銹鋼內(nèi)側(cè)擋板45安裝在基準(zhǔn)平臺2上，不銹鋼風(fēng)琴罩37固定在X直線運動平臺12的拖板上，完成直線密封，且不銹鋼內(nèi)側(cè)擋板45與不銹鋼風(fēng)琴罩37用密封條密封。Z向回轉(zhuǎn)X向傾擺數(shù)控轉(zhuǎn)臺11的單獨密封包括:不銹鋼內(nèi)罩44固定在X直線運動平臺12的拖板上，不銹鋼成型件內(nèi)嵌第二羊毛氈39與第二骨架密封圈40，不銹鋼內(nèi)罩44與不銹鋼成型件之間用澆注PVD內(nèi)罩42連接，以完成旋轉(zhuǎn)密封。兩個平臺的總體密封形式與Z向回轉(zhuǎn)X向傾擺數(shù)控轉(zhuǎn)臺11的單獨密封形式相同。加工區(qū)密封結(jié)構(gòu)內(nèi)部通入一定壓力的氣體，實現(xiàn)正壓密封，有效防止鹽霧對X、A、C軸的腐蝕。
【權(quán)利要求】
1.一種復(fù)雜型面數(shù)控高效電解加工機(jī)床，其特征在于: 包括底座(I)、安裝于底座(I)上的基準(zhǔn)平臺(2)、安裝于基準(zhǔn)平臺(2)上的Y直線運動平臺(3)和X直線運動平臺(12)； Y直線運動平臺(3)的滑枕上安裝立柱(4)，立柱(4)上安裝Z直線運動平臺(5)，Z直線運動平臺(5)的滑枕上安裝Y向數(shù)控轉(zhuǎn)臺(7)，Y向數(shù)控轉(zhuǎn)臺(7)安裝輸出端(9)，且在Y向數(shù)控轉(zhuǎn)臺(7)與輸出端(9)之間安裝第一絕緣墊(8) ；Y向數(shù)控轉(zhuǎn)臺(7)和輸出端(9)的配重支架(6)安裝在立柱(4)上； X直線運動平臺(12)的滑枕上安裝Z向回轉(zhuǎn)X向傾擺數(shù)控轉(zhuǎn)臺(11)，Z向回轉(zhuǎn)X向傾擺數(shù)控轉(zhuǎn)臺(11)上安裝有第二絕緣墊(10)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)雜型面數(shù)控高效電解加工機(jī)床，其特征在于: 該機(jī)床包括機(jī)床外罩； 機(jī)床外罩由主體框架(14)、底座圍板(13)、非加工區(qū)密封罩(15)、L型推拉門(16)、隔板(17)組成； 其中所述主體框架(14)與基準(zhǔn)平臺(2)固定，且兩者之間以密封條密封；所述主體框架(14)分成了加工區(qū)與非加工區(qū)；加工區(qū)與非加工區(qū)通過所述隔板(17)隔開； 所述非加工區(qū)密封罩(15)安裝在主體框架(14)的非加工區(qū)； 所述L型推拉門(16)通過頂部與正面的導(dǎo)軌安裝在主體框架(14)上可在加工區(qū)與非加工區(qū)之間滑動； 所述底座圍板(13)安裝在所述主體框架(14)上。
【文檔編號】B23H3/00GK104259604SQ201410457247
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月10日
【發(fā)明者】朱棟, 劉嘉, 谷洲之, 方忠東, 徐正揚, 朱荻 申請人:南京航空航天大學(xué)