[发明专利]适用于圆周方向均布曲面结构的同步数控加工方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用同步运动控制机构及其控制下的线状或带状工具或电极实现叶轮、叶片高效套料开槽加工的方法及装置，所述的工具电极在必要时可在该机构作用下产生所需要的变形且变形量随加工过程不断变化，可与电解、电火花等加工技术结合应用。

背景技术

随着汽车以及航天工业的发展，空间复杂曲面加工越来越成为加工行业的重点及难点。例如叶片、整体叶轮、涡轮等各类空间复杂曲面零件。这类零件大多工作在高温、高压。高转速条件下，选用材料多为难切削材料，再加上叶轮、涡轮等为整体结构，带有几十至数百片复杂型面叶片，其加工一直为制造业中的难点。

精密铸造、五坐标数控铣削、电解加工在整体叶轮加工中已经得到较多的应用。铸造方法生产效率高，精度较高，但受到材料可铸性及强度的限制，废品率较高，生产过程复杂。五坐标数控铣削柔性好，生产周期短，但生产效率低，对薄壁件容易产生变形，特别对窄通道类型的整体叶轮，加工很难进行。

电解加工以其加工过程中无切削力、无变形、生产效率高等优点得到广泛应用。电解加工叶轮的方法很多，电解套料是比较成熟的方法，生产率高，表面质量好，可加工薄壁件，无变形，但只能加工等截面叶片整体叶轮。机械靠模电解可加工变截面扭曲叶片整体叶轮，但一种叶轮加工对应一种仿型夹具，设计、制造、调整的工作量大，加工柔性很差，生产准备周期长。数控电解加工是一种较新的加工技术，可加工各种难切削金属材料的复杂构件、薄壁件，加工柔性好，综合发挥了数控技术及电解加工两者的技术优点。

美国GE公司、英国R．R公司等采用了以成型或近成型阴极进行多坐标数控送进运动的加工方式，电解加工先进航空发动机的大直径整体叶轮及难切削材料制成的复杂形状的薄壁整体机匣。

南京航空航天大学机电学院徐家文等对多种规格断面变化小的整体叶轮,采用数控展成电解工艺。根据被加工曲面轮廓，设计专用的最佳渐近近似成形阴极。加工时通过电极的展成进给与平面摆动，以多轴联动包络轨迹形成叶片型面,能一次进给去除通道大部分余量,手工抛光达精度要求,工艺方法适应性强、生产率高、表面质量好。该加工方法仍处于试验研究阶段，暂未推广到大规模生产。

电解加工以其加工过程中无切削力、无变形、生产效率高等优点得到广泛应用。但目前应用的叶轮电解加工仍有其缺点。电解加工所用的加工工具为电解电极，包括有：成型电极、近成型电极、非成型电极。这些加工工具在加工时均为固定的形状，使用时各有其缺点。使用成型电极和近成型电极加工，设计、制造、调整的工作量大，加工柔性很差，生产准备周期长。使用非成型电极则加工效率较低。且目前的曲面加工的电解加工方法均为腐蚀性加工，去除的大量工件材料进入电解液，不符合绿色环保理念。

现有的整体叶轮加工方法均为逐个加工各个叶片，加工效率较低。加工中所使用的加工工具有刀具，磨具，电解电极等。这些加工工具在加工过程中均为固定形状。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用同步运动控制机构及其控制下的线状或带状工具或电极实现叶轮、叶片高效套料开槽加工的方法及装置，可与电解、电火花等加工技术结合应用，所述的工具电极在必要时可在该机构作用下产生所需要的变形且变形量随加工过程不断变化。

本发明采用的技术方案的特征包括：通过电极同步控制单元夹持一组工具或电极，并可以控制其两端的多个自由度，使工具或电极的加工段形成特定的曲线形态加工零件。所述的工具电极沿圆周向均匀分布，加工过程中，电极同步控制单元可控制一组工具或电极同时实现曲线形态或空间位置的改变，实现各种空间复杂曲面的线切割加工，并可同时加工沿圆周均布的多个曲面，大大提高生产效率。

所述工具或电极，加工段两端夹持在上下控制杆的顶端，在一定范围可改变形状。工具或电极截面可为圆形、矩形、或其它类似可用简单结构组合出的形状，必要时工具内部可设通液孔道。加工过程中，工具或电极可切割工件，使得仅有少量工件材料损耗（溶入电解液），有利于金属材料和电解液的循环利用，较传统电解加工更加绿色环保。

所述电极同步控制单元分为上下两个对称结构，分别控制工具或电极加工段两端的五个自由度，电极同步控制单元下由控制杆后端同步驱动模块、控制杆前端同步驱动模块、控制杆组成。控制为一组沿圆周均匀分布的杆，每一根控制杆的上端都夹持一根工具或电极的一端。控制杆后端同步驱动模块、二分别控制控制杆上下端在径向、圆周向、轴向的位置。通过确定控制杆上下端两点的位置即可确定控制杆在空间的位置及方向。