专利名称：一种加工陶瓷基复合材料型面的复合式机床的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种加工陶瓷基复合材料型面的复合式机床，属于加工高硬度、高脆性材料回转体型面、特别是天线罩产品的加工设备领域。
背景技术：
随着导弹武器向机动控制、远距离精确方向发展，弹头天线罩作为集热、力、电性 能多种功能于一体的关键部件，越来越成为影响装备发展的重要因素，在导弹武器系统技术攻关中，天线罩材料及制备技术被列为关键技术之首。目前，用陶瓷基复合材料加工天线罩产品，还没有现成的加工经验可以借鉴。与传统产品相比，新型弹头天线罩产品技术含量高、生产难度大，就加工而言，其难度主要体现在(1)产品价值高，不能出现任何失误；(2)切削性能差，陶瓷基材料的加工不同于金属材料或传统玻璃钢材料，需要对刀具材质、切削要素等进行研究；(3)型面加工困难，尤其是天线罩体内型面的加工深度接近I米或以上，增加了型面加工的难度。若采用传统加工方式，其表面粗糙度、加工精度及工效都不尽人意；需要车磨工序同时加工一个金属部件，通常的作法是先在车床上进行精加工，预留O. 18mm的磨削余量，然后卸掉工件，再到磨床上进行磨削，最终达到产品图纸的设计要求。若工件的表面质量要求不是很高时，则可只进行车削加工即可，不必再进行磨削加工。而对陶瓷基材料而言，只用车削的方式无法满足设计要求。因为这种陶瓷基材料的成型方式是先成型一种编织物，烧结复合后，工件表面会有大量的排列有序的织物编织“坑”，加工时，会出现纤维组织与其相结合的凹陷区域交错出现的情况；在车削加工的过程中，会出现明显的峰谷交错现象，严重影响产品的表面质量，而且，车削加工的工效很低。同时，又由于陶瓷基复合材料本身所具有的脆性、热稳定性、大硬度等特性，给如天线罩产品类似的具有的回转型型面产品的加工带来相当大的难度。具体表现在1)型面切削性能差，且只可用车削的方式，加工表面质量不平整，无法达到设计要求；2)用导热性能差的刀具材料车削加工时对刀具的损耗严重，特别是天线罩体内型面的加工深度需达L=980mm以上，普通型刀杆的刚性无法满足加工要求；3)该陶瓷基复合材料属于脆性材料，处于应力状态时，会产生裂纹，甚至断裂而导致该材料失效。4)该材料属于耐高温、防热、透波兼承载一体化的高性能天线罩材料，比强度高、硬度大，车削加工性能差。至目前为止，还没有看到有能够符合加工陶瓷基复合材料回转体产品特殊要求的机加工设备的相关报道。
发明内容
为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种可提高陶瓷基复合材料型面的加工精度、提高工效、简化操作并可有效降低成本、适用于陶瓷基复合材料型面加工的复合式机床。 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案一种加工陶瓷基复合材料型面的复合式机床，包括一卧式数控车床，在卧式数控车床前端的床头箱和后端尾座之间的车床床身上装有一可随该机床床身上的导轨进行X向位移的大托板，以及固装于大托板上方与X向垂直设置的丝杠及燕尾槽结构连接的电动四工位刀架；该电动四工位刀架由刀架支座和与其上方固接的刀台组装而成；其特点为，它还设置有
一直角板式的基座支架，两个互为垂直的板面上各设有2个纵向设置的矩形通槽；该垂直板面用螺栓通过其上的矩形通槽与刀架支座的一侧面固定连接；
一电动磨削系统总成，包括依次连接的车磨削刀具、传动轴、轴承箱和交流伺服电机；其中，轴承箱固装于基座支架的水平板面上；
在轴承箱位于基座支架与刀架支座相接面一侧外壁上，水平固装有一直角形的装夹支架，该装夹支架的直角边同时与刀台四周中部水平设置的刀柄槽卡装固定；电动磨削系统 总成通过该装夹支架和基座支架与电动四工位刀架组装构成一刚性组合体；该刚性组合体底端通过燕尾槽结构在大托板顶部随其丝杆传递的动力进行Z向位移。上述的电动磨削系统总成从前至后依次设置有车磨削刀具、传动轴、轴承箱和交流伺服电机；其中，车磨削刀具的尾端与传动轴的轴头相接；传动轴的尾端通过一套筒式联轴节与穿设于轴承箱内腔的连接轴的前端固接，位于套筒式联轴节的轴承箱的前端处装有一连接法兰；连接轴的尾端通过一连轴节与交流伺服电机的驱动轴连接；在轴承箱的后端通过一马达连轴节外壳体与交流伺服电机的壳体连接。上述传动轴的外侧套装有一刀杆体；该刀杆体的前端位于车磨削刀具与传动轴相接处装有一端盖，在端盖的内侧装有支撑刀杆体和传动轴的滚动轴承；刀杆体的尾端与连接法兰固接；在连接轴与轴承箱壳体之间装有支撑连接轴的轴承。上述的刀杆体分设为2段长度相同且直径不同的圆筒体；其前段细，直径为130mm ;后段粗,直径为180 mm,两段的长度相同,均为500 mm ;前后段的相接处为焊接。2个上述的矩形通槽间隔排列，其间距为200mm;上述的刀台为一正方形扁台体，其周边开设的刀杆槽，槽宽和槽深均为40 mm。上述的车磨削刀具为磨头或车刀中任一种。上述的车磨削刀具选用磨头时，该磨头的前端为半球体，其直径为60 mm ;后段呈柱段，其直径为50 mm，长度为80 mm ;在该圆柱体后端的中心设有盲孔，盲孔的内径为30mm,内深为50 mm ;在该盲孔深度的中间区域沿其径向开有2个通孔；传动轴的前端插入该磨头尾部的盲孔内，通过2个紧固螺栓分别顶入通孔内将该传动轴与磨头紧固；紧固螺栓的中心线位于磨头后段距尾端25mm处。上述的车磨削刀具选用车刀时；该车刀为硬质合金车刀，由车刀柄和车刀座组成；其中，车刀柄为长方体，其截面的边长为25 mm，长度为200 mm ;车刀座前部为圆柱体，其前段直径为60mm,长度为50 mm ;在该车刀座的前端,统一个宽25 mm、深25 mm的横槽；车刀柄的后端插入该车刀座前端的横槽内固定；车刀座后段的几何尺寸与磨头(18)后段的几何尺寸相同，在车刀座后端的中心设有盲孔，其盲孔内径为30mm，内深为50mm ;在该盲孔深度的中间区域沿其径向开有2个通孔；传动轴的前端插入该车刀座后端的盲孔内，通过2个紧固螺栓分别顶入通孔内将该传动轴与车刀座紧固；紧固螺栓的中心线位于车刀座后段距尾端25_处。由于采用了上述技术方案，其有益效果如下1)以常规经济型卧式数控车床为基础，进行改进，将一电动磨削系统总成装在其上，采用车磨复合，磨削加工同时进行的方式，达到一机多功能的效果；即避免了设置多台设备的复杂工序，也减少了场地占用。2)其中所用的电动磨削系统总成中，刀架上最大工件回转直径840mm,最大磨削直径650mm,在同等情况下，若实现如此直径的磨削加工，需配置大于M1450B的万能外圆磨床和C61100以上的车床，可见，这种结构可有效节约设备制造成本。3)可有效保证工件型面加工的质量要求。由于电动磨削系统总成的车磨削刀具可在交流伺服电机的带动下进行自转，在加工时，一方面是机床主轴的旋转运动，另一方面是车磨削刀具的高速旋转运动，以实现高速磨削的功能，从而达到设计对工件加工型面的精度要求。4)由于采用车磨复合结构，实现了在一台机床上进行一次装夹，二次加工，将粗车和精磨工序同机完成，克服了多次装夹找正的繁杂工序，加工效率显著提高。5)由于电动磨削系统总成的结构部件除轴承箱外，在车磨削刀具的尾部还加设有一刀杆体，刀杆体分为两段设置，前段直径小，后段直径大，两段刀杆体连接处焊接固定，目的是增加该刀杆体的刚性；可显著提高加工系统的稳定性，从而保证加工件表面的加工质量。6)本发明可充分利用现有的数控机床和电动磨削系统总成按设计要求进行组装，不需购置新设备，装夹工装也可根据设备的要求利用现有技术进行改装，易于 实施且有利于推广应用。
图I为本发明复合式机床的整体结构示意图。图2为电动磨削系统总成与大托板的组装结构示意图。图3为图2A-A向结构示意图。图4为电动四工位刀架与大托板燕尾槽结构局部组装结构示意图。图5为刀台结构示意图。图6为轴承箱和装夹支架与基座支架的连接结构示意图。图7为电动磨削系统总成的整体结构示意图。图8为车刀组装结构示意图。
具体实施例方式本发明加工陶瓷基复合材料型面的复合式机床，主要是针对低密度陶瓷基复合材料等高硬度脆性材料的制品所用的一种加工机械，特别是加工圆锥型面陶瓷基复合材料工件的专用车磨床。旨在解决专用陶瓷基复合材料型面的加工问题。为了实现此目的，特对常规数控车床进行改进设计，在现有的纵(Z)、横(X)两坐标控制的卧式数控车床上，独立研制一套适合以陶瓷基复合材料型面为加工型面的电动磨削系统总成，装在卧式数控车床上，采用车磨系统复合的方式，同机进行陶瓷基复合材料型面的粗车和精磨，实现车磨削加工一体的功能，并可获得高质量的表面加工精度的效果。以下结合附图对本发明的复合式机床作进一步的详细说明。如图I-图5所示，本发明以常规的CKD61123卧式数控车床为基础，其上安装一电动磨削系统总成构成复合式机床。该复合式机床的主要部件包括车床床身I、大托板2、滚珠丝杆3、尾座4、电动磨削系统总成5、装夹支架6、电动立式四工位刀架7、主轴8、主轴变速手柄9和床头箱10及用于安装电动磨削系统总成5的两个连接部件装夹支架6和基座支架12。
其中，车床床身I通过十根M30地脚螺栓将其紧固于加工车间作业区地面水泥基础上；床头箱10装于车床床身I的前部，主轴8装于该床头箱朝向尾座的一端，与床头箱10内的齿轮系相连，主轴变速手柄9装于床头箱10 —侧，通过主轴变速手柄9调节主轴8的转速；在主轴8的端部还装有一四爪卡盘31，用于加工时夹紧工件或工装之用。尾座4位于该车床床身I的后部；在床头箱10与尾座4之间的车床床身I的导轨27上安装有大托板2 ;大托板2通过滚珠丝杆3所传递的动力，在该车床床身I的导轨27上实现X向位移；驱动滚珠丝杆3的交流伺服电机36装在车床床身I的尾部；电动立式四工位刀架7位于大托板2的上方，其分设为刀架基座11和固装于刀架基座11上部的刀台26 ;刀台26的四周开有装夹车刀柄的刀杆槽；刀架基座11为一方柱体刀架，通过其顶面设置的齿盘定位与刀台26的底面固接；刀架基座11底面的中部与轴向垂直开设有一燕尾槽29，该刀架基座11通过其燕尾槽29与大托板2顶面上配合设置的燕尾槽结构滑动连接；刀架基座11底面固定有丝母28，与滚珠丝杆35相配合，滚珠丝杆35位于大托板2面板内，刀架基座11在大托板2面板下面的交流伺服电机30的驱动下，通过位于大托板2面板内的滚珠丝杆35系统在大托板2上进行Z向位移。
装夹支架6为一直角支架，卡装在刀台26四周刀杆槽的靠近电动磨削系统总成5的直角槽内，将电动磨削系统总成5中的轴承箱15紧紧固定在电动立式四工位刀架7上。在刀架基座11的背面固装有一基座支架12，该基座支架12为直角板式，与刀架基座11相接面为垂直板面；
电动磨削系统总成5由前至后包括依次设置有车磨削刀具，本实施方式中的车磨削刀具选用磨头18、刀杆体17、连接法兰16、轴承箱15、马达连轴节外壳体14和交流伺服电机13 ;其中，轴承箱15安装在该基座支架12的水平板面上；磨头18的尾端与刀杆体17的前端相接；刀杆体17的尾端通过一连接法兰16与轴承箱15的前端相接；轴承箱15的后端通过一马达连轴节外壳体14与交流伺服电机13的壳体连接。在轴承箱15靠近刀台26—侧的外壁上一体成型有一水平设置的直角形装夹支架6 ;该装夹支架6的2个直角边分别卡装在刀台26的刀杆槽,在刀台26的顶端通过螺栓顶接将卡装在刀杆槽内的直角边牢牢的固定。电动磨削系统总成5通过基座支架12和装夹支架6与电动立式四工位刀架7紧紧固定为一刚体结构；燕尾槽开设在刀架基座11底面垂直于主轴方向的中部，刀架基座11由固装在大托板2面板下面、导轨外侧的交流伺服电机30驱动，通过位于大托板2面板内的滚珠丝杆35系统传递动力，可在大托板2上进行Z向位移；从而带动电动磨削系统总成5与卧式数控机床的联动。如图6所示，直角板式的基座支架12互为垂直的2个直角板面上各开有2个纵向矩形通槽，2个纵向矩形通槽之间间隔为200_，该矩形通槽通过其内穿设的螺栓与相应的连接部件固定。位于基座支架12垂直板面上的矩形通槽，通过螺栓的上下位置的移动对基座支架12与刀架基座11之间的固定位置进行调整；
位于基座支架12水平板面上的轴承箱15，通过螺栓水平位置的移动对基座支架12与轴承箱15之间的固定位置进行调整；通过基座支架12垂直板面和水平板面上螺栓的配合调整,将电动磨削系统总成5的主轴与床头箱10的主轴和尾座4的主轴三者的主轴线调整一致后，即可将与固接在轴承箱15 —侧外壁的直角型装夹支架6安装并紧固在刀台26的刀杆槽内牢牢卡住；以解决电动磨削系统总成5的主轴与卧式数控机床床头箱10的主轴8和尾座4的主轴向上或向下偏移的问题，可保证加工件磨削的精度。如图7所示，电动磨削系统总成5由前至后依次设置车磨削刀具、主体部件及交流伺服电机；该车磨削刀具选用磨头；包括交流伺服电机13、马达连轴节外壳体14、轴承箱15、连接法兰16、刀杆体17、磨头18、紧固螺栓19、传动轴轴承20、传动轴21、轴承箱轴承22、套筒式联轴节23、连接轴24、连轴节25、端盖32 ;其中，磨头18位于整个电动磨削系统总成5的前端。磨头18的前端为半球体,其直径为60 mm ;后段呈柱段,其直径为50 mm,长度为80mm ;柱段的尾端钻有一盲孔,盲孔的内径为30 mm,内深为50 mm ;在该盲孔深度的中间区域沿其径向开有2个通孔；装夹时，磨头18的球头向前，柱段在后，传动轴21的前端插入该磨 头18尾部的盲孔内，通过2个紧固螺栓19分别顶入通孔内将该传动轴21与磨头18紧固；紧固螺栓19的中心线位于磨头18后段距尾端25mm处。主体部件包括马达连轴节外壳体14、轴承箱15、刀杆体17、传动轴轴承20、传动轴21、2个轴承22、套筒式联轴节23、连接轴24、连轴节25、端盖32 ；
其中，刀杆体17为圆筒状，与磨头18尾端盲孔固接的传动轴21穿设于刀杆体17的内腔中；刀杆体17的前端和传动轴21与磨头18前端相接处平齐，且固装有一端盖32，在端盖32的内侧设有一支撑传动轴21与刀杆体17之间的传动轴轴承20 ;刀杆体17的后端通过一连接法兰16与轴承箱15的前端固定连接，轴承箱15的后端通过一马达连轴节外壳体14与交流伺服电机13壳体的前端相接。刀杆体17为可互替换的部件，其结构可根据所加工工件的长短进行设计；一般情况下，当所加工工件的内型面深度小于500_时，可拆下该部件，直接将磨头18紧固在连接轴24上，直接使用；当所加工工件的内型面深度大于500mm时，需要加长刀杆体17的长度。此时，刀杆体17可制成组合件，由两段长度相同直径不同的筒体焊接构成，因其所加工的工件为圆锥型工件，其内型腔直径会随着深度增加而不断减小，若刀杆直径太大，在加工时势必会出现干涉现象，影响其表面的加工质量；故此，所用的刀杆体通常是前端直径小，后端直径大；以此解决所加工工件的内型尺寸符合性问题；该结构的刀杆体可加强其刚性，提高加工稳定性，从而保证加工件的表面加工质量。本实施方式中，将刀杆体17分为前段直径130mm和后段直径180mm两部分，前段与后段的长度相同均为500_ ;在前段的尾端与后段的前端焊接固接为一体；前端通过传动轴轴承20套接在传动轴21前部的外径上，目的是加强车磨削刀具和其刀杆体17自身的回转稳定性，用于传动轴21与刀杆体17的配合、定位、减少摩擦阻力；后段的前端与前段的后端相互搭接焊接固定，其搭接长度为50mm。在后段的尾端用连接法兰16固接。刀杆体17将普通刀杆的细长轴状结构改造成圆筒状结构，可大幅提高刀杆的刚性。连接法兰16位于刀杆体17的尾部，目的是将刀杆体17与轴承箱15相接，起补强作用。轴承箱15是电动磨削系统总成5的基础部件，一方面，轴承箱15的壳体放在基座支架12上，由基座支架12支托；同时，装夹支架6被紧固在电动立式四工位刀架7的刀台26四周的刀杆槽内，与刀架基座11构成了一个刚性组合体，是构成该电动磨削系统总成5的结构骨架；另一方面，轴承箱15也是重要的连接部件，在本系统中可起桥梁作用，本系统的结构部件通过轴承箱15彼此相连接。在轴承箱15内腔两侧装有两个208轴承22，用于轴承箱15内腔与连接轴24的配合、定位。连接轴24在轴承箱15内腔两端的轴承22定位约束作用下，横穿轴承箱15内腔，2个轴承22均选用208型轴承；连接轴24是一根直径40mm、长度600mm的轴类部件；连接轴24的前端通过套筒式联轴节23与传动轴21尾端相连接，套筒式联轴节23的作用是将传动轴21和连接轴24的连接配合，传递扭矩。连接轴24后端的轴头部位安装有联轴节25 ；联轴节25采用六瓣梅花联轴器，用于将交流伺服电机13的轴头和连接轴24的后端连接，该六瓣梅花联轴器具有很好的平衡性能和适用于高转速应用，最高转速可达30000转/分钟，而且具有缓冲，减振的作用降低噪音、增加系统运行的稳定性。在轴承箱15前端与刀杆体17后端之间设置连接法兰16，可有效地保证磨头18的回转稳定性；轴承箱15的尾端通过马达连轴节外壳体14与交流伺服电机13壳体相连接， 可有效地提高刚性，减少交流伺服电机回转振动、降低噪音、增加系统运行的稳定性。轴承箱15的靠近机床尾部一端通过马达连轴节外壳体14与交流伺服电机13相连接，靠近机床床头箱一端与磨头18通过刀杆体17相连接，从而构成了一个独立的磨削系统。这套部件随机床上的电动立式四工位刀架7的运动而运动；同时，磨头18可在交流伺服电机13的带动下，进行自转。如图8所示，车磨削刀具选用硬质合金车刀；
车磨削刀具选用硬质合金车刀时，其装夹方式与磨头18的装夹方式基本相同；不同处在于该硬质合金车刀由一车刀柄33和车刀座34构成；其中，车刀柄33为长方形，前端刀口为扁锥体，其后的截面为25mmX25mm的正方形，长度为200 mm ;车刀座34为圆柱体，其前段直径为60mm,长度为50 mm ;在该车刀座34的前端,统一个宽25 mm、深25 mm的横槽；实际使用时，车刀柄33的后端插入该车刀座34前端的横槽内固定；车刀座34后段的几何尺寸与磨头18后段的几何尺寸相同，在车刀座34后端的中心设有盲孔，其盲孔内径为30mm，内深为50mm ;在该盲孔深度的中间区域沿其径向开有2个通孔；传动轴21的前端插入该车刀座34后端的盲孔内，通过2个紧固螺栓19分别顶入该通孔内将该传动轴21与车刀座34紧固；紧固螺栓19的中心线位于车刀座34后段距尾端25mm处。
本发明的安装及工作原理如下
如图I-图8所示，本发明将电动磨削系统总成5与选用的卧式数控车床有机组合，在一机上同时实现车磨削加工的功能，实现对陶瓷基复合材料型面的粗车和精磨。将电动磨削系统总成5整体组装后，通过其轴承箱15上固装的装夹支架6紧固在刀台26的刀槽内；同时，用基座支架12支撑并固定在刀架基座11上，与电动立式四工位刀架7构成一个完整的刚性组合体；在控制大托板2的交流伺服电机36-滚珠丝杆3系统和控制电动立式四工位刀架7的交流伺服电机30-滚珠丝杆35系统的共同作用下，电动磨削系统总成5可随刀架基座11 一起进行X向、Z向运动。其中，电动立式四工位刀架7由刀架基座11和刀台26组成，刀台26位于刀架基座11的顶部，通过刀架基座11上端面设置的齿盘定位连接；刀台26是一个正方形扁台体，在待磨削回转体工件的内型面深度小于500mm，可将刀杆体17拆下，直接将车刀柄33卡装在刀台26的刀杆槽内，车刀柄33具体刀柄尺寸可根据所加工工件的型面尺寸而定；该刀杆槽宽为70mm,深为55mm,刀台26顶面的螺栓通孔用于固定装在刀杆槽内的车刀柄33用。马达连轴节外壳体14是将交流伺服电机13固定在轴承箱15上的重要连接部件，是一个直径140mm、长度IOOmm回转体铸铁件，圆柱面四周上分别开宽40mm、长55mm观察孔，装配时，将马达连轴节外壳体14通过4-M12六角头螺栓紧固在轴承箱15后端面上，对好联轴节25花瓣后，用4-M16螺栓将马达连轴节外壳体14与交流伺服电机13紧固，从而将交流伺服电机13、马达连轴节外壳体14、轴承箱15、刀杆体17及轴系和磨头18组装成一体，构成电动磨削系统总成。实际组装时，可将电动磨削系统总成5通过轴承箱15方便、可靠、准确地安装在位于机床床身I上大托板2上的刀架基座11上，安装、拆除都很简便。具体操作为在刀架基座11靠近主轴一侧的立面和轴承箱15的底面上，分别进行钻孔、攻丝，均为2-M16 ;将直角板状的基座支架12的2个互为垂直的板面上各铣削间隔200mm且并排的2个纵向矩形通槽，其中，水平板板面上通过2条螺栓与轴承箱15的底面固 接；垂直板面上通过2条螺栓与刀架基座11靠近轴承箱15 —侧的立面固接；所用的4条螺栓型号为M16。轴承箱15 —侧面固接的装夹支架6插入刀台26的刀杆槽内，然后紧固装夹支架6与刀架基座11上方的刀台26固定；
基座支架12垂直板面上的矩形通槽，当轴承箱15与基座支架12、装夹支架6的配合尺寸有问题时，可通过所用的螺栓对该基座支架12与刀架基座11的固定位置进行上下调节；位于水平板面上的矩形通槽，通过螺栓可对轴承箱15的安装位置度进行调整，以使电动磨削系统总成5的主轴中心线始终与床头箱10中的主轴8的中心线和床尾4的主轴中心线同轴定位。通过两种紧固方式，可有效地将电动磨削系统总成5的结构件固定在刀架基座11上，同时，还可使车磨削刀具的中心线与主轴中心线准确重合，实现内型面镗削的功能。利用所选用的卧式数控车床所配置的数控系统软件编制机加工数控程序，编程方法可参阅《车床数控系统使用说明书》和《数控系统编程手册》。将所选用的车磨削刀具按其旋转速度、进刀深度等加工数据输入数控系统后，再按照《机床操作规程》操作机床。实际加工时，先启动卧式数控车床，其转速控制在30转/分以内；当大托板和电动四工位刀架进行x\z向运动到工件待加工点时，启动电动磨削系统总成上的交流伺服电机13,磨削刀具进行高速磨削，转速可达3000rpm ;同时，卧式数控车床的主轴8的转动、电动立式四工位刀架7及大托板2的位移相协同，实现工件内、外型面的磨削加工,本发明的磨削性能可满足最大加工直径650 mm ；最大加工长度1200mm。陶瓷基复合材料回转体结构产品的毛坯采用现有技术中有机先驱体溶液浸溃纤维进行复合、烧结预制件，经工艺条件下固化、裂解转化为无机陶瓷基体，经重复浸溃裂解最终制得致密陶瓷基复合材料，将其成型为回转体结构后，毛坯件表面有烧结瘤，机械加工性能很差，单纯车削加工很难获得设计所要求的表面加工质量；采用本发明的复合式机车，解决了上述难题。为了进一步保证工件表面加工质量，在加工工序完成后，还需用120#砂布打磨加工面毛边及接刀缝至光滑。上述所用的卧式数控车床型号为CKD61123，刀台26为标准件；刀架基座11为方柱体的金属块，刀台26的表面积与刀架基座11的表面积大小相同；直角板状的基座支架12由2块金属钢板焊接而成；上述刀架基座11底面大小及高度均与所用机床轴心高度的需要而设定；刀台26的厚度配合刀架基座11的高度确定；基座支架12垂直板的面积与刀架基座11的面积对应；水平板的面积与所用的电动磨削系统总成中的轴承箱大小确定。其上安装电动磨削系统总成5构成本发明的复合式机床，其车削性能完全可以满足该卧式数 控车床车削的技术要求。
权利要求
1.一种加工陶瓷基复合材料型面的复合式机床,包括一卧式数控车床,在卧式数控车床前端的床头箱(10)和后端尾座(4)之间的车床床身(I)上装有一可在该机床床身(I)的导轨(27)上进行X向位移的大托板(2)，以及固装于大托板(2)上方与X向垂直设置的滚珠丝杠(35)及燕尾槽结构连接的进行Z向位移的电动四工位刀架(7);该电动四工位刀架(7)由刀架支座(11)和与其上方固接的刀台(26)组装而成； 其特征在于，它还设置有 一直角板式的基座支架(12)，两个互为垂直的板面上各设有2个纵向设置的矩形通槽；该垂直板面用螺栓通过其上的矩形通槽与所述刀架支座(11)的一侧面固定连接； 一电动磨削系统总成(5)，包括依次连接的车磨削刀具、传动轴(21)、轴承箱(15)和交流伺服电机(13);其中，轴承箱(15)固装于所述基座支架(12)的水平板面上； 在所述轴承箱(15)位于所述基座支架(12)与所述刀架支座(11)相接面一侧外壁上，水平固装有一直角形的装夹支架(6)，该装夹支架(6)的直角边同时与所述刀台(26)四周中部水平设置的刀柄槽卡装固定；所述电动磨削系统总成(5)通过该装夹支架(6)和所述基座支架(12)与所述电动四工位刀架(7)组装构成一刚性组合体；该刚性组合体底端通过所述燕尾槽结构在所述大托板(2)顶部随其滚珠丝杆(35)传递的动力进行Z向位移。
2.如权利要求I所述的复合式机床，其特征在于所述电动磨削系统总成(5)从前至后依次设置有车磨削刀具、传动轴(21)、轴承箱(15)和交流伺服电机(13 );其中，车磨削刀具的尾端与所述传动轴(21)的轴头相接；传动轴(21)的尾端通过一套筒式联轴节(23)与穿设于所述轴承箱内腔的连接轴(24)的前端固接，位于套筒式联轴节(23)的轴承箱(15)的前端处装有一连接法兰(16);所述连接轴(24)的尾端通过一连轴节(25)与所述交流伺服电机(13)的驱动轴连接；在所述轴承箱(15)的后端通过一马达连轴节外壳体(14)与所述交流伺服电机(13)的壳体连接。
3.如权利要求2所述的复合式机床，其特征在于所述传动轴(21)的外侧套装有一刀杆体(17);该刀杆体(17)的前端位于所述车磨削刀具与传动轴(21)相接处装有一端盖(32),在端盖(32)的内侧装有支撑刀杆体(17)和传动轴(21)的滚动轴承(20);刀杆体(17)的尾端与所述连接法兰(16)固接；在所述连接轴(24)与所述轴承箱(15)壳体之间装有支撑连接轴(24)的轴承(22)。
4.如权利要求3所述的复合式机床，其特征在于所述刀杆体(17)分设为2段长度相同且直径不同的圆筒体；其前段细，直径为130mm ;后段粗，直径为180 mm，两段的长度相同，均为500 mm;前后段的相接处为焊接。
5.如权利要求I所述的复合式机床，其特征在于2个所述矩形通槽间隔排列，其间距为200mm ;所述刀台(26)为一正方形扁台体,所述刀杆槽宽为70mm,深为55mm。
6.如权利要求1-5任一项所述的复合式机床，其特征在于所述车磨削刀具为磨头(18)或车刀中任一种。
7.如权利要求6所述的复合式机床，其特征在于所述磨头(18)的前端为半球体，其直径为60 mm ;后段呈柱段,其直径为50 mm,长度为80 mm ;在该圆柱体后端的中心设有盲孔，盲孔的内径为30 mm，内深为50 mm ;在该盲孔深度的中间区域沿其径向开有2个通孔；传动轴(21)的前端插入该磨头(18)尾部的盲孔内，通过所述紧固螺栓(19)顶入所述通孔内将该传动轴(21)与所述磨头(18)紧固；所述紧固螺栓(19)的中心线位于所述磨头(18)后段距尾端25mm处。
8.如权利要求6所述的复合式机床，其特征在于所述车刀为硬质合金车刀，由车刀柄(33)和车刀座(34)组成；所述车刀柄(33)为长方体，其截面的边长为25 mm，长度为200mm ;所述车刀座(34)为圆柱体,其前段直径为60mm,长度为50 mm ;在该车刀座(34)的前端，统一个宽25 mm、深25 mm的横槽；所述车刀柄(33)的后端插入该车刀座(34)前端的横槽内固定；所述车刀座(34)后段的几何尺寸与所述磨头(18)后段的几何尺寸相同，在该车刀座(34)其后端的中心设有盲孔,盲孔内径为30mm,内深为50mm ;在该盲孔深度的中间区域沿其径向开有2个通孔；传动轴(21)的前端插入该车刀座(34)后端的盲孔内，通过2个所 述紧固螺栓(19)分别顶入所述通孔内将该传动轴(21)与所述车刀座(34)紧固；所述紧固螺栓(19)的中心线位于所述车刀座(34)后段距尾端25mm处。
全文摘要
本发明公开了一种加工陶瓷基复合材料型面的复合式机床。它是利用常规的卧式数控车床进行改进，通过电动四工位刀架与一电动磨削系统总成组装构成刚性组合体；其中，大托板沿机床轨道进行X向位移；刚性组合体在大托板上进行Z向位移，同时，电动磨削刀具进行自转，从而实现以车磨系统复合的方式加工陶瓷基复合材料的型面。与现有技术相比的优势在于该设备可一次装夹，二次加工，将粗车及精磨工序同机完成，克服了现有技术中多次装夹不易找正且工序繁杂的缺陷；加工效率高，操作安全稳定，可满足高脆性、高硬度陶瓷基复合材料加工型面的精度要求，节约设备制造成本，加工效率高，易于实施且有利于推广应用。
文档编号B28D1/16GK102962898SQ20121048344
公开日2013年3月13日 申请日期2012年11月26日 优先权日2012年11月26日
发明者邬翃炜, 肖永栋, 李松, 王嵘, 方晓敏 申请人:北京玻钢院复合材料有限公司