CN108274254A - 一种复合材料构件受限空间大跨距内腔加工装置 - Google Patents

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王奇
王一奇
雷建华
宋强
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Abstract

本发明公开了一种复合材料构件受限空间大跨距内腔加工装置，包括伺服电机、减速机、弹性联轴器、传动轴、轴承、工具轴、传动轴支撑壳体和工具轴支撑壳体；所述的伺服电机经减速机固接在传动轴支撑壳体上；所述的传动轴安装在传动轴支撑壳体内部；所述的工具轴通过轴承安装在传动轴支撑壳体内部；所述的传动轴支撑壳体与工具轴支撑壳体串联在一起构成整个装置的壳体。本发明采用外部壳体支撑与内部轴传动组合的结构，结构刚度大。本发明的传动轴通过弹性联轴器A与减速机输出轴连接，消除了减速机的回转误差；工具轴通过弹性联轴器B与传动轴连接，消除了传动轴的回转误差和挠度误差，保证了工具轴较小挠度和高精度回转。

Description

一种复合材料构件受限空间大跨距内腔加工装置
技术领域
本发明涉及一种复合材料加工装置，属于复合材料加工技术领域，尤其是涉及一种复合材料构件受限空间内大跨距内腔的加工装置。
背景技术
在航空航天领域，复合材料由于其比重小、比强度大、耐疲劳等特点，而得到越来越广泛的应用，复合材料可设计性强，可根据使用性能要求制备成结构复杂的整体构件，使整个部件获得较好的使役性能高，但复杂结构常常为机械加工带来巨大的困难。在受限空间内进行大跨距的内腔加工是复合材料构件常见的加工特征，例如直径Ф250mm内，跨距为1500mm的内腔磨削加工，加工工具需要高速旋转(转速>2000r/min)，且加工精度要求高，常规加工工艺由于可达性极差，使得此类特征成为制约复合材料构件生产的瓶颈难题。
针对大跨距加工特征通常采用加长刀杆形式，用以传递动力和进行加工，然后针对复合材料受限空间内大跨距内腔加工，存在的局限性如下：
1、受限空间内难以实现工具进给和动力传递；
2、大跨距加工使得加长刀杆的长径比大，存在较大的挠度变形，工具回转精度低和加工过程中受力作用震颤幅度大等问题；
3、刀杆回转时刀杆越长对于刀杆的制造精度要求越高，针对1.5米大跨距加工，刀杆制造难度极高；
4、加工稳定性差，导致被加工件加工精度差。
在文献资料及专利检索中，尚未发现针对受限空间内大跨距内腔复合材料加工的方法与装置。河南理工大学设计了一种适用于硬脆材料的深腔加工***(申请公开号CN105033780A)，公开了一种用于深腔硬脆材料构件的加工***，该***采用了超声振动砂轮磨削的加工方法，设置有自动冷却装置，但该***结构尺寸大，加工长度小，主要用于加工大直径构件的加工，不适用于大长径比复合材料构件深腔内表面的加工；中航贵州飞机有限责任公司设计了一种数控深腔零件加工用的装置(申请公开号：CN105710688A)，公开了一种用于深腔零件数控加工的方法及装置，采用了主轴头与刀柄结合的方式，尽可能缩短工具长度，但该方法用于轴向小圆孔的钻削加工，且为了保证刚性，装置长径比较小，不能满足大长径比深腔内表面的加工要求；沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司设计了一种曲面结构深腔车削工具及其使用方法(申请公开号CN106513723A)，公开了一种用于航空发动机鼓筒内腔加工的方法与装置，该方法采用车削加工的方式，采用了适应航空发动机鼓筒内腔复杂表面的特制工具，但该方法不能用于复合材料深腔构件内表面的连续加工，且工具的结构刚度较差，不能满足大长径比复合材料构件深腔的加工要求。如何实现复合材料构件受限空间大跨距内腔的高精度高效率加工，是目前企业急需解决的问题。
发明内容
本发明是以复合材料构件受限空间内大跨距内腔高精度加工为目的，针对现有的空间受限、加长刀杆刚度不足、工具回转精度差、挠曲变形大、制造难度大的问题，设计一种结构紧凑、大跨距动力传递和高精度工具回转的复合材料构件受限空间大跨距内腔加工装置，实现复合材料构件受限空间内大跨距内腔的高精度加工，且装置本身易于制造。
本发明的所采用的技术方案是：
一种复合材料构件受限空间大跨距内腔加工装置，包括伺服电机、减速机、弹性联轴器、传动轴、轴承、工具轴、传动轴支撑壳体和工具轴支撑壳体；
所述的伺服电机和减速机连接，减速机固接在传动轴支撑壳体上，伺服电机为整个装置提供源动力；
所述的传动轴通过轴承安装在传动轴支撑壳体内部，并通过弹性联轴器A与减速机输出轴连接，用于向工具轴传递动力；
所述的工具轴通过轴承安装在传动轴支撑壳体内部，并通过弹性联轴器B与传动轴连接，用于向工具传递动力；
所述的传动轴支撑壳体与工具轴支撑壳体串联在一起构成整个装置的壳体。
进一步地，所述的工具轴的回转精度在0.01mm以上；所述的工具轴两端采用精密轴承支撑，轴承精度等级在5级以上，实现局部高精度回转。
进一步地，所述的减速机通过螺钉固接在传动轴支撑壳体的一端。
进一步地，所述的传动轴支撑壳体上设置有法兰盘，用于将整个装置安装到加工设备上。
进一步地，所述的工具轴的前端设置安装孔和安装面，用于安装不同形式的工具。
进一步地，整个装置的长度与直径之比大于5。
本发明的效果和益处是：
1、本发明采用外部壳体支撑与内部轴传动组合的结构，结构刚度大。
2、本发明的传动轴通过弹性联轴器A与减速机输出轴连接，消除了减速机的回转误差；工具轴通过弹性联轴器B与传动轴连接，消除了传动轴的回转误差和挠度误差，工具轴的前端不会产生大的挠曲变形，保证了大跨距动力传递后工具轴回转精度高于0.01。
3、本发明采用两段式结构，包括两段支撑壳体和两段轴，两段壳体通过螺钉固接，两段轴通过弹性联轴器连接，其中后段壳体和轴只用于传递动力，前段壳体和轴用于工具回转和保证回转精度；两段式结构减小了单段壳体和轴的长度，进一步降低了整个装置的制造难度。
4、本发明的工具轴的前端设置有安装孔和安装面，用于安装不同形式的工具，从而满足复合材料构件的不同加工需求。
附图说明
图1是本发明的外观示意图。
图2是本发明的内部结构剖视图。
图中：1、伺服电机，2、减速机，3、弹性联轴器A，4、传动轴支撑壳体，5、传动轴，6、弹性联轴器B，7、工具轴支撑壳体，8、工具轴，9、轴承，10、工具。
具体实施方式
下面结合技术方案和附图进一步说明本发明的具体实施方式。
如图1-2所示，一种复合材料构件受限空间大跨距内腔加工装置，包括伺服电机1、减速机2、弹性联轴器A 3、传动轴支撑壳体4、传动轴5、弹性联轴器B 6、工具轴支撑壳体7、工具轴8、轴承9和工具10；
所述的伺服电机1和减速机2连接，并通过螺钉将减速机固接在传动轴支撑壳体4上，为整个装置提供源动力，伺服电机1功率为8kW，额定转速为8000r/min；
所述的传动轴5通过轴承安装在传动轴支撑壳体4内部，并通过弹性联轴器A 3与减速机2输出轴连接，通过弹性联轴器B 6与工具轴8连接，传动轴5的回转精度要求较低，作用主要是向工具轴8传递动力；
所述的工具轴8通过轴承9安装在工具轴支撑壳体7内部，并通过弹性联轴器B 6与传动轴5连接，工具轴8的回转精度通过与轴承9、工具轴支撑壳体7的配合来保证，工具轴8上的工具10定位面径向圆跳动在0.01mm以内，端面圆跳动在0.05mm以内，转速为3000-4000r/min，工具轴8的作用是向工具10传递动力，以及保证工具10的回转精度；
所述的传动轴支撑壳体4与工具轴支撑壳体7通过螺钉固接；
进一步地，所述的传动轴支撑壳体4上设置有法兰盘，用于将该装置安装到加工设备上；
进一步地，所述的工具轴8的前端设置有安装孔和安装面，可以安装不同形式的工具10，从而满足复合材料构件的不同加工需求，具有一定的柔性作业能力；
进一步地，所述的复合材料构件受限空间大跨距内腔加工装置，其长度为1500mm，可以满足复合材料构件的加工深度要求。
本发明的工作原理如下：
伺服电机1和减速机2为整个装置提供源动力，伺服电机1功率为8kW，额定转速为8000r/min；
传动轴5通过轴承安装在传动轴支撑壳体4内部，并通过弹性联轴器A 3与减速机2输出轴连接，通过弹性联轴器B 6与工具轴8连接，传动轴5的回转精度要求较低，作用主要是向工具轴8传递动力；
工具轴8通过轴承9安装在工具轴支撑壳体7内部，并通过弹性联轴器B 6与传动轴5连接，工具轴8的回转精度通过与轴承9、工具轴支撑壳体7的配合来保证，工具轴8上的工具10定位面径向圆跳动在0.01mm以内，端面圆跳动在0.05mm以内，转速为3000-4000r/min，工具轴8的作用是向工具10传递动力，以及保证工具10的回转精度；
传动轴支撑壳体4与工具轴支撑壳体7通过螺钉固接，传动轴支撑壳体4上设置有法兰盘，用于将该装置安装到加工设备上；
工具轴8的前端设置有安装孔和安装面，可以安装不同形式的工具10，从而满足复合材料构件的不同加工需求，具有一定的柔性作业能力；
复合材料构件受限空间大跨距内腔加工装置，其长度为1500mm，可以满足复合材料构件的加工深度要求。
本发明不局限于本实施例，任何在本发明披露的技术范围内的等同构思或者改变，均列为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种复合材料构件受限空间大跨距内腔加工装置，其特征在于：包括伺服电机(1)、减速机(2)、弹性联轴器、传动轴(5)、轴承(9)、工具轴(8)、传动轴支撑壳体(4)和工具轴支撑壳体(7)；所述的弹性联轴器包括A(3)和弹性联轴器B(6)；
所述的伺服电机(1)和减速机(2)连接，减速机(2)固接在传动轴支撑壳体(4)上，伺服电机(1)为整个装置提供源动力；
所述的传动轴(5)通过轴承(9)安装在传动轴支撑壳体(4)内部，并通过弹性联轴器A(3)与减速机(2)输出轴连接，用于向工具轴(8)传递动力；
所述的工具轴(8)通过轴承(9)安装在传动轴支撑壳体(4)内部，并通过弹性联轴器B(6)与传动轴(5)连接，用于向工具(10)传递动力；
所述的传动轴支撑壳体(4)与工具轴支撑壳体(7)串联在一起构成整个装置的壳体。
2.根据权利要求1所述的一种复合材料构件受限空间大跨距内腔加工装置，其特征在于：所述的工具轴(8)的回转精度在0.01mm以上；所述的工具轴(8)两端采用精密轴承(9)支撑，轴承(9)精度等级在5级以上，实现局部高精度回转。
3.根据权利要求1所述的一种复合材料构件受限空间大跨距内腔加工装置，其特征在于：所述的减速机(2)通过螺钉固接在传动轴支撑壳体(4)的一端。
4.根据权利要求1所述的一种复合材料构件受限空间大跨距内腔加工装置，其特征在于：所述的传动轴支撑壳体(4)上设置有法兰盘，用于将整个装置安装到加工设备上。
5.根据权利要求1所述的一种复合材料构件受限空间大跨距内腔加工装置，其特征在于：所述的工具轴(8)的前端设置安装孔和安装面，用于安装不同形式的工具(10)。
6.根据权利要求1所述的一种复合材料构件受限空间大跨距内腔加工装置，其特征在于：整个装置的长度与直径之比大于5。
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