一种适用于整体叶盘叶片型面以及进排气边磨抛的砂带磨削装置

摘要

本发明公开了一种适用于整体叶盘叶片型面以及进排气边磨抛的砂带磨削装置。本装置主要包括:安装法兰，惰轮，张紧机构，主动轮，接触轮机构，磨削力控制机构、磨头支撑板，主轴电机等组成，惰轮、张紧轮、接触轮与驱动轮通过刚性轴固定在磨头支撑板上，主轴电机通过带动驱动轮实现砂带高速运动，浮动气缸控制张紧轮实现砂带的张紧；接触轮安装在接触轮支架上，接触轮支架通过铰接方式安装在磨头支撑板上，其末端与精密伺服电动缸的输出端连接，通过伺服电动缸的推动实现接触轮支架的摆动和磨削力的控制，本发明结构设计巧妙，磨抛灵活性较大，通用性强，易于在数控机床上集成，大大降生产成本，具有较好的实用和推广价值。

说明书

技术领域

本发明属于航空制造领域，涉及的是航空发动机整体叶盘零件的制造，具体的说，是涉及用于实现整体叶盘叶片型面以及进排气边的磨削抛光的砂带磨削装置。

背景技术

航空发动机制造技术是衡量一个国家航空工业和高端装备制造水平的重要指标。整体叶盘是提高航空发动机推重比的重要关键零件，对航空发动机的性能提升具有决定性的作用，关系到我国航空事业和国防实力的重大工程，整体叶盘的叶片型面及进排气边的加工加工精度和表面质量对航空发动机的可靠性与动力性有着至关重要的影响。

国内外目前加工整体叶盘主要采用以下设备和方法：整体叶盘通过数控铣削后，为了消除铣刀刀痕必须对叶盘采用专用的数控砂带机床或者人工方法进行磨抛加工处理。

上述单独采用数控砂带磨抛加工或者人工抛磨的方法的主要是问题是：

(1)整体叶盘叶片的进排气边的圆弧半径比较小，常见数控砂带磨削机床很难实现对其的全型面实现抛光，加上叶盘的叶片间间距的窄小，容易导致磨头干涉，叶片进排气边缘圆角太小容易导致磨抛过切发生，另外专用砂带磨抛机价格昂贵。

(2)工人用手持式抛光装置对叶盘叶片进行抛光，工人的劳动强度大，加工效率低且叶片的表面一致性差，成品率也不高，严重影响了整体叶盘的批量化生产。

发明内容

本发明的目的在于克服上述缺陷，设计一种适用于整体叶盘叶片型面以及进排气边磨抛的砂带磨削装置，以解决当前人工磨削整体叶盘叶片劳动强度大，效率低，叶片易出现过磨和欠磨导致叶片一致性差的问题。

本发明采用的技术方案如下：本发明公开了一种适用于整体叶盘叶片型面和进排气边磨抛的砂带磨削装置，其特征在于：惰轮1(18)、惰轮2(19)、惰轮3(20)、张紧机构(12)、驱动轮(10)，接触轮机构(13)，以及磨削力控制机构(16)都安装在磨头支撑板(4)上，惰轮1、惰轮2、惰轮3、惰轮4、接触轮(1)、张紧轮(5)以及驱动轮(10)都通过砂带(8)连接，为了在结构紧凑的前提下保证砂带长度，惰轮1(18)惰轮2(19)惰轮3(20)呈三角形分布于磨头支撑板(4)上，惰轮以及接触轮(1)都是通过刚性轴(11)固定在磨头支撑板上。

所述张紧机构(12)结构特点为：张紧气缸(7)固定安装在磨头支撑板(4)上，气缸输出端与连杆轴(6)的连接，连杆轴一端与磨头支撑板通过转销连接，连杆轴的另一端上固定有刚性轴，刚性轴上固定有张紧轮(5)。

所述接触轮机构(13)包括接触轮支架(3)、接触轮(1)、以及若干个辅助的惰轮组成，接触轮支架与磨头支撑板通过铰接的方式连接，接触轮支架呈L形。

所述磨削力控制机构(16)包括伺服电动缸(15)，伺服驱动电机(17)，驱动轴(14)组成，伺服电动缸(15)安装在磨头支撑板(4)上，伺服电动缸的输出端通过驱动轴与接触轮支架(3)连接。

所述磨头用来磨削叶盘叶片的进排气边，通过各个部件组装在一起；各个轮系通过砂带连接在一起，通过张紧机构实现砂带的张紧，防止砂带因为磨削加工变松而脱落；通过磨削力控制机构实现对磨削力的控制，以便适用于叶片进出气边的不均匀余量的高效抛光。将磨头支撑板集成在五轴以上的数控机床上，即可实现对整体叶盘叶片型面以及进排气边的自动化磨削抛光加工。

本发明的优点在于：

1、通过将该砂带磨削装置安装在带有数控转台的机床之上，以数控加工的方式代替手工磨削，提高了叶盘进排气边的加工质量和精度，保证了叶盘进排气边叶片的一致性，提高了整体叶盘的使用寿命。

2、本发明装置的磨头结构简单，易于装配，砂带的更换方便。

3、本发明装置可以实现整体叶盘的叶片型面和进排气边的磨削抛光，可以同时实现两个关键部位的磨削加工，减少了叶盘的装夹次数，减少了因装夹引起的误差。

4、抛光过程中，通过对磨削力的控制实现对不均匀余量的抛光，与传统砂带磨削装置相比具有更好的力学稳定性，保证了叶片的一致性，提高了叶盘的气动性能。

5、本发明采用磨抛加工装置实现整体叶盘叶片型面以及进排气边的磨削抛光方法，相比人工打磨方式，不仅磨削精度与加工质量稳定性都有较大提高，而且降低了劳动强度，提高了加工的生产效率。

附图说明

图1为本发明装置的轴侧图。

图2为本发明的张紧装置的局部视图。

图3为本发明的接触轮支架示意图。

图4为本发明本发明背面的示意图。

图5为本发明的主视图。

图6为本发明装置磨削整体叶盘叶片进气边时的示意图。

图7为图6磨削时接触轮与叶盘接触的局部视图A。

图8为本发明装置磨削整体叶盘叶片排气边时的示意图。

图9为图8的局部视图B。

图10是本发明装置磨抛整体叶盘叶片凸面的示意图

图11为图10的局部视图C。

图12是本发明装置磨抛整体叶盘叶片凹面的示意图。

图13为图12的局部视图D。

其中附图标记所对应的名称：1-接触轮，2-惰轮4，3-接触轮支架，4-磨头支撑板，5-张紧轮，6-连杆轴，7-张紧气缸，8-砂带，9-主轴电机，10-驱动轮，11-刚性轴，12-张紧机构，13-接触轮机构，14-驱动轴，15-伺服电动缸，16-磨削力控制机构，17-驱动电机，18-惰轮1，19-惰轮2，20-惰轮3，21-整体叶盘。

具体实施方案

该磨头装置包括驱动轮10、若干惰轮、接触轮机构13、磨削力控制机构16、磨头支撑板4、主轴电机9、若干刚性轴11组成。通过磨头支撑板上的安装孔将磨头结构安装在有数控转台的机床之上，实现对整体叶盘进排气边的磨削抛光。

如图1所示为本发明装置的轴测视图，图中可以清晰的看到各个机构都固 定在磨头支撑板上，轮系通过砂带连接在一起。主轴电机安装在磨头支撑板上，主轴电机的一端安装有驱动轮，惰轮通过刚性轴11固定在磨头支撑板4上。

图2为本装置的张紧机构的示意图，主要包括张紧气缸7，连杆轴6，张紧轮5，刚性轴11组成，张紧气缸固定在磨头支撑板上4，通过气缸7推动连杆轴6摆动，连杆轴的一端安装在磨头支撑板4上，另一端上安装有张紧轮5，通过刚性轴的摆动带动张紧轮的上下浮动实现砂带的张紧。

图3位接触轮支架的示意图，包括接触轮支架3、接触轮1、以及两个辅助的惰轮组成，接触轮支架安装在磨头支撑板4上，接触轮支架呈L形。上端留有一个矩形槽用来实现接触轮支架的偏摆和磨削力的控制。

图4位该磨削装置的后面的示意图，该视图清晰的显示了磨削力的控制机构，包括伺服电动缸15，伺服驱动电机17，驱动轴14组成，伺服电动缸15安装在磨头支撑板4上，伺服电动缸的输出端通过驱动轴与接触轮支架3连接，驱动轴通过磨头支撑板上的导轨槽实现直线运动，推动接触轮支架3实现偏摆运动，通过伺服电机驱动伺服电动缸实现磨削力的控制，以及小范围接触轮姿态的调整。

图5为该磨削装置的主视图，为了在结构紧凑的条件下得到足够长度的砂带支撑板上的惰轮1(18)惰轮2(19)惰轮3(20)呈三角形分布于驱动轮的下方。

图6为磨削进气边的示意图，为了更加清晰的显示接触轮与叶盘的磨削姿态增加了局部视图7，图中整体叶盘(21)与磨削装置的接触轮1接触。

图8为磨削排气边的示意图，图9为图8接触轮与叶盘接触的局部示意图，两张图显示了磨头磨削排气边时的磨削姿态。

图10为磨削整体叶盘叶片凸面的示意图，图11为接触轮与叶盘接触的局部示意图，主要显示磨头磨削整体叶盘叶片型面时磨头与整体叶盘的磨削姿态。

图12为磨削整体叶盘叶片凹面的示意图，图13为图12的局部视图，清晰的展示了磨削叶盘叶片凹面时磨头的姿态。

本发明的工作过程如下：将整体叶盘安装在数控机床的旋转工作台上，通过执行数控程序调整接触轮支架的角度实现接触轮与整体叶盘叶片型面接触姿态，同时通过驱动伺服电动缸控制磨削力来适应不均匀余量的加工过程，实现叶盘叶片的自动化加工，该方法不仅提高了整体叶盘的抛光效率和抛光质量，同时还减少了报废率，保证了叶盘叶片的一致性。

按照上述实施例，便可较佳地实现本发明，并不以本发明为限制。值得说明的是，基于上述设计原理的前提下，为解决同样的技术问题，即使在本发明所公开的结构基础上做出的一些无实质性的改动或润色，所采用的技术方案的实质仍然与本发明一样，故其也应当在本发明的保护范围内。