CN103192283B

CN103192283B - 具有可测铣削力的整体叶轮五轴侧铣专用夹具

Info

Publication number: CN103192283B
Application number: CN201310158759.8A
Authority: CN
Inventors: 李茂月; 刘献礼; 徐雳; 贾冬开; 王飞; 鲁翠明
Original assignee: Harbin University of Science and Technology
Current assignee: Harbin University of Science and Technology
Priority date: 2013-05-02
Filing date: 2013-05-02
Publication date: 2015-07-22
Anticipated expiration: 2033-05-02
Also published as: CN103192283A

Abstract

具有可测铣削力的整体叶轮五轴侧铣专用夹具，它涉及一种五轴侧铣专用夹具。本发明为解决现有的整体叶轮五轴侧铣不能实时测量铣削力，在叶轮铣削力测量时测力仪、叶轮的装夹定位耗时长的问题。第一定位圆盘加工有中心孔，第一定位圆盘的边缘沿圆周方向均布加工有三个矩形槽，第一定位圆盘上加工有四个定位螺纹通孔；第二定位圆盘的中心处加工有台肩孔，第二定位圆盘的内环上加工有四个沉孔，第二定位圆盘的外环加工有三个定位通孔，通过与销的过盈配合快速实现圆盘的定位；固定心轴由下至上插装在第二定位圆盘的台肩孔处，第二定位圆盘的上端面加工有中心圆形凹槽，中心圆形槽的直径与叶轮的外径间隙配合。本发明用于整体叶轮五轴双转台型铣床上。

Description

具有可测铣削力的整体叶轮五轴侧铣专用夹具

技术领域

本发明涉及一种整体叶轮五轴侧铣专用夹具。

背景技术

叶轮类零件广泛应用于航空、航天等军工领域，而其叶片型面大多为非可展直纹面与自由曲面，其加工质量的优劣对整机性能有着决定性的影响。一般认为，五轴联动数控机床是解决叶轮、叶片、船用螺旋桨等复杂曲面加工的唯一手段。叶轮的整体加工是指轮毂和叶片在同一毛坯体上，借助于数控机床利用数控编程直接在回转毛坯上铣削出叶轮的形状。侧铣采用铣刀的侧刃进行铣削，一般为圆柱刀和圆锥刀，因其效率高、叶片的光顺性和连续性好等优势逐渐被大部分设计人员接受。

铣削力信号直接反映加工状态，切削过程稳定性、加工质量、机床振动、刀具磨损及破损等在很大程度上与铣削力的大小有关，并且切削力的分析研究对机床、刀具的设计计算，以及对切削用量、刀位轨迹优化等都有非常重要的意义。随着自动化制造***的不断发展，对切削力的研究就显得更为重要。

整体叶轮数控加工过程中存在很多工艺问题，如叶片的表面粗糙度差、薄壁加工易产生切削振动及加工缺陷等。到目前为止，尚未有完整的切削参数数据库可供选择，切削工艺参数的选取仍靠操作者的实际经验，这往往难以获得预期的加工质量，其根本原因是高速铣削工艺制定过程中没有考虑切削力、切削振动对工件表面质量的影响，没有考虑机床的运动学和动力学特性，使得到的数控程序与多轴机床的运动学和动力学特性不符，导致机床各运动轴在速度和加速度方面可能会超出机床允许范围，甚至影响了五轴联动在工程中的应用。而整体叶轮加工五轴机床回转工作台的特殊性也给铣削过程的测力带来了一定的困难。

因此，为了有效解决叶轮加工过程中存在的工艺问题，需要实现对铣削过程中铣削力的有效、实时测量，并确保机床转台中心、测力仪中心、叶轮中心的同轴，且保证测力仪便于定位，叶轮加工过程中能有效避免夹具干涉。

综上，现有的整体叶轮五轴侧铣不能实时测量铣削力，在叶轮铣削力测量时测力仪、叶轮的装夹定位耗时长以及无法保证夹具与叶轮毛坯同心定位的问题。

发明内容

本发明为解决现有的整体叶轮五轴侧铣不能实时测量铣削力，在叶轮铣削力测量时测力仪、叶轮的装夹定位耗时长以及无法保证夹具与叶轮毛坯同心定位的问题，进而提供一种具有可测铣削力的整体叶轮五轴侧铣专用夹具。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：

本发明的具有可测铣削力的整体叶轮五轴侧铣专用夹具包括第一定位圆盘、第二定位圆盘和固定心轴，第一定位圆盘加工有中心孔，第一定位圆盘的边缘沿圆周方向均布加工有三个矩形槽，第一定位圆盘上加工有四个定位螺纹通孔，四个定位螺纹通孔呈矩形排布，第一定位圆盘固定在五轴铣床转台的上端面上，测力仪通过螺钉固装在第一定位圆盘的上端面上；

第二定位圆盘的中心处加工有台肩孔，台肩孔由圆孔段和矩形孔段构成，圆孔段与矩形孔段由上至下连通设置，第二定位圆盘的内环上加工有四个沉孔，四个沉孔呈正方形排布，第二定位圆盘的外环加工有三个定位通孔，固定心轴的下端设有内六角螺母，固定心轴由下至上插装在第二定位圆盘的台肩孔处，内六角螺母位于矩形孔段内，矩形孔段的短边小于内六角螺母的最大外径，第二定位圆盘固装在测力仪的上端面上，第二定位圆盘的上端面加工有中心圆形凹槽，中心圆形槽的直径与叶轮的外径间隙配合。

本发明的有益效果是：

本发明的具有可测铣削力的整体叶轮五轴侧铣专用夹具的第一定位圆盘通过定位销在中心孔与五轴铣床转台定位，通过螺栓在三个矩形槽实现与转台的固定，第一定位圆盘上的螺纹通孔实现对测力仪的固定和定位；

第二定位圆盘通过三个安装有定位销的定位通孔实现第二定位圆盘与测力仪之间的快速中心定位，第二定位圆盘通过四个沉孔固定在测力仪上，中心圆形槽实现了叶轮毛坯的快速定位，固定心轴实现了叶轮毛坯的固定；

本发明的具有可测铣削力的整体叶轮五轴侧铣专用夹具与现有的专用夹具相比，将测力仪有机的定位和安装在五轴铣床转台上，实现了实时测量铣削力，大大节省了叶轮装夹定位的时间，提高工作效率50％以上。

附图说明

图1是本发明具体实施方式一中第一定位圆盘1的俯视图，图2是本发明具体实施方式一中第二定位圆盘2的主视剖面图，图3是本发明具体实施方式一中第二定位圆盘2的俯视图，图4是本发明具体实施方式一中固定心轴3的主视图，图5是叶轮加工轨迹数控***处理流程图，图6是本发明的叶轮开槽轨迹图(图中XYZ为坐标系)。

具体实施方式

具体实施方式一：如图1～6所示，本实施方式的具有可测铣削力的整体叶轮五轴侧铣专用夹具包括第一定位圆盘1、第二定位圆盘2和固定心轴3，第一定位圆盘1加工有中心孔1-1，第一定位圆盘1的边缘沿圆周方向均布加工有三个矩形槽1-2，第一定位圆盘1上加工有四个定位螺纹通孔1-3，四个定位螺纹通孔1-3呈矩形排布，第一定位圆盘1固定在五轴铣床转台的上端面上，测力仪通过螺钉固装在第一定位圆盘1的上端面上；

第二定位圆盘2的中心处加工有台肩孔2-1，台肩孔2-1由圆孔段2-2和矩形孔段2-3构成，圆孔段2-2与矩形孔段2-3由上至下连通设置，第二定位圆盘2的内环上加工有四个沉孔2-4，四个沉孔2-4呈正方形排布，第二定位圆盘2的外环加工有三个定位通孔2-5，固定心轴3的下端设有内六角螺母，固定心轴3由下至上插装在第二定位圆盘2的台肩孔2-1处，内六角螺母位于矩形孔段2-3内，矩形孔段2-3的短边小于内六角螺母的最大外径，第二定位圆盘2固装在测力仪的上端面上，第二定位圆盘2的上端面加工有中心圆形凹槽2-6，中心圆形槽2-6的直径与叶轮的外径间隙配合。

测力仪的厂家为瑞士Kistler公司，型号为9257B。

本发明由于加装了测力夹具，改变了叶轮相对于机床转台旋转枢轴的高度，为此，增加了流程图中的“可测力叶轮加工运动信息后置处理”模块，其推导过程如下：

A＝(A/180)*PI；

C＝(C/180)*PI；

Mx＝Wx*cos(C)*cos(A)+Wy*sin(C)*cos(A)-(Wz+Kz)*sin(A)；

My＝-Wx*sin(C)+Wy*cos(C)；

Mz＝Wx*cos(C)*sin(A)+Wy*sin(C)*sin(A)+(Wz+Kz)*cos(A)；

其中，A为工作台绕A轴的转角；C为工作台绕C轴的转角；PI为圆周率；Mx为机床坐标系下的X坐标值；My为机床坐标系下的Y坐标值；Mz为机床坐标系下的Z坐标值；Wx为工件坐标系下的X坐标值；Wy为工件坐标系下的Y坐标值；Wz为工件坐标系下的Z坐标值。Kz为双转台型机床枢轴到叶轮毛坯底座端面的距离。

综上，变量Kz即可实现可测力夹具变高度调节后，实现了叶轮加工轨迹的转换。

具体实施方式二：如图1所示，本实施方式第一定位圆盘1的直径R1为230mm。如此设计，方便与机床转台的中心定位及两者间通过三个均布矩形槽的连接。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：如图2所示，本实施方式第二定位圆盘2的直径R2为260mm。如此设计，既能满足第二定位圆盘2在测力仪上快速定位，也能保证上部叶轮毛坯支撑的可靠、稳定。其它组成及连接关系与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：如图2所示，本实施方式中心圆形凹槽2-6的直径R3为240mm。如此设计，可实现叶轮毛坯与夹具的快速同心定位，及叶轮毛坯底座的有效固定防止机床旋转过程中叶轮毛坯初始定位位置的改变。其它组成及连接关系与具体实施方式三相同。

具体实施方式五：如图2所示，本实施方式三个定位通孔2-5的中心连线为等腰三角形。如此设计，方便与测力仪上的孔定位。其它组成及连接关系与具体实施方式一、二或四相同。

Claims

1.一种具有可测铣削力的整体叶轮五轴侧铣专用夹具，其特征在于：所述专用夹具包括第一定位圆盘(1)、第二定位圆盘(2)和固定心轴(3)，第一定位圆盘(1)加工有中心孔(1-1)，第一定位圆盘(1)的边缘沿圆周方向均布加工有三个矩形槽(1-2)，第一定位圆盘(1)上加工有四个定位螺纹通孔(1-3)，四个定位螺纹通孔(1-3)呈矩形排布，第一定位圆盘(1)固定在五轴铣床转台的上端面上，测力仪通过螺钉固装在第一定位圆盘(1)的上端面上；

第二定位圆盘(2)的中心处加工有台肩孔(2-1)，台肩孔(2-1)由圆孔段(2-2)和矩形孔段(2-3)构成，圆孔段(2-2)与矩形孔段(2-3)由上至下连通设置，第二定位圆盘(2)的内环上加工有四个沉孔(2-4)，四个沉孔(2-4)呈正方形排布，第二定位圆盘(2)的外环加工有三个定位通孔(2-5)，固定心轴(3)的下端设有内六角螺母，固定心轴(3)由下至上插装在第二定位圆盘(2)的台肩孔(2-1)处，内六角螺母位于矩形孔段(2-3)内，矩形孔段(2-3)的短边小于内六角螺母的最大外径，第二定位圆盘(2)固装在测力仪的上端面上，第二定位圆盘(2)的上端面加工有中心圆形凹槽(2-6)，中心圆形槽(2-6)的直径与叶轮的外径间隙配合；

所述专用夹具还包括可测力叶轮加工运动信息后置处理模块，

其推导过程如下：

A＝(A/180)*PI；

C＝(C/180)*PI；

Mx＝Wx*cos(C)*cos(A)+Wy*sin(C)*cos(A)-(Wz+Kz)*sin(A)；

My＝-Wx*sin(C)+Wy*cos(C)；

Mz＝Wx*cos(C)*sin(A)+Wy*sin(C)*sin(A)+(Wz+Kz)*cos(A)；

其中，A为工作台绕A轴的转角；C为工作台绕C轴的转角；PI为圆周率；Mx为机床坐标系下的X坐标值；My为机床坐标系下的Y坐标值；Mz为机床坐标系下的Z坐标值；Wx为工件坐标系下的X坐标值；Wy为工件坐标系下的Y坐标值；Wz为工件坐标系下的Z坐标值；Kz为双转台型机床枢轴到叶轮毛坯底座端面的距离。

2.根据权利要求1所述的具有可测铣削力的整体叶轮五轴侧铣专用夹具，其特征在于：第一定位圆盘(1)的直径(R1)为230mm。

3.根据权利要求1或2所述的具有可测铣削力的整体叶轮五轴侧铣专用夹具，其特征在于：第二定位圆盘(2)的直径(R2)为260mm。

4.根据权利要求3所述的具有可测铣削力的整体叶轮五轴侧铣专用夹具，其特征在于：中心圆形凹槽(2-6)的直径(R3)为240mm。

5.根据权利要求1、2或4所述的具有可测铣削力的整体叶轮五轴侧铣专用夹具，其特征在于：三个定位通孔(2-5)的中心连线为等腰三角形。