一种多工位加工矩形深腔构件侧壁非回转凹槽装置及其加工方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种多工位加工矩形深腔构件侧壁非回转凹槽装置及其加工方法，属于非标加工装置技术领域。
【背景技术】
[0002]机械制造中，由于半封闭结构对加工刀具切削运动的限制，难以实现对深腔构件侧壁内型面的加工。尤其是以航空发动机为代表，深腔结构件侧壁非回转凹槽加工难度大。凹槽位于工件内壁，径向尺寸最大变化超过25%，且所加工凹槽为单侧非回转结构，无法进行常规回转加工。同时矩形构件凹槽底部存在半径小于2mm的内圆角，刀具运动切削范围更加难以覆盖全部材料去除区域。由于缺乏专用加工装置与工艺方法，所以只能对构件拆分和单独加工，而后进行拼接，无法实现结构件整体加工，而对于拼接结构，连接部位作为整个构件的薄弱环节，易产生破坏失效，严重限制航空发动机构件质量与使用寿命。
[0003]以往针对深腔构件内型面加工装置与技术的专利技术中，有一些不同类型的例子:
[0004]如专利名称:一种新型整体多级盘毂转子单元体深腔加工刀具及其方法，授权公告号CN103706817A，其特征在于设计了新型专用加工刀具，并根据加工结构和粗精加工使用四种不同刀具，对转子单元体进行车削加工；一种加工封闭狭长内腔型面的专用刀具及其加工方法，授权公告号CN102950336A，其特征在于加工封闭狭长内腔型面的专用刀具包含刀体、刀板滑道、加工刀板，加工中将加工刀板装入刀板滑道内，并调整位置保证加工刀板有效伸出长度，对工件进行分层去除；一种深孔变径内腔的加工方法，授权公告号CN104001958A，其特征在于通过调转装夹，采用小振幅、小切深、超声频振动进行镗削加工变截面深孔。
[0005]以上几种专利技术都是针对对称回转加工特征，进行车削镗削加工，尚未发现针对矩形深腔构件侧壁内非回转凹槽加工的例子。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提供一种多工位加工矩形深腔构件侧壁非回转凹槽装置及其加工方法，解决了矩形深腔构件侧壁非回转凹槽的加工技术，并实现了一次装夹定位后多工位加工，提高了加工精度和加工效率。
[0007]本发明的技术方案是:一种多工位加工矩形深腔构件侧壁非回转凹槽装置，它包括切削工作单元、传动刀杆单元、主轴动力单元和工位调节单元，凹槽加工装置通过底座安装在专用三轴数控机床主体上，所述切削工作单元采用上轴承和下轴承支撑一个一体式轮轴，并用上轴承盖和下轴承压紧固定，一体式轮轴内设有刀具安装锥形孔，在第二下侧盖板设有正对着刀具的喷气孔；所述传动刀杆单元采用槽形刀杆，槽形刀杆的悬臂端的尺寸向固定端逐渐增加，槽形刀杆的下部设有第一下侧盖板和第二下侧盖板构成刀杆内腔，在刀杆内腔的悬臂端设有所述切削工作单元，刀杆内腔的另一端固定连接主轴动力单元的转台；所述主轴动力单元在转台上设有一个调整座、一个调节调整座位置的调节螺杆和进气孔，位于调整座上的主轴电机与主轴之间采用键连接，在调整座与主轴之间设有主轴承组，主轴承组采用轴承盖和轴承锁紧螺母固定，所述主轴下端部设有一个同步带轮所述一体式轮轴与同步带轮之间采用同步带连接；所述工位调节单元的底座上设有一个环形T型槽和对称设置的六个销孔，在底座与转台之间采用位于销孔中的圆柱销钉定位，用与环形T型槽相配合的T型螺栓和翼形螺母固定连接，所述对称设置的六个销孔中，位于一侧的三个销孔的圆心与底座的圆心连线夹角m为28-30度角。
[0008]所述进气孔与刀杆内腔和喷气孔连通。
[0009]所述的一种多工位加工矩形深腔构件侧壁非回转凹槽装置的加工方法采用如下加工步骤:
[0010](a)、对深腔构件工件进行安装定位，针对工件下部凹槽切削加工，将加工装置调至工位al，安装平头刀具进行对刀，对工件上部凹槽切削加工，则将加工装置调至工位bl，安装平头刀具进行对刀；
[0011](b)、向主轴动力单元进气孔通入压缩空气，对主轴的同步带轮、同步带、一体式轮轴进行冷却，同时气体由槽形刀杆端头喷气孔喷出作用于加工区域，带走切肩；
[0012](c)、针对工件下部凹槽切削加工，调整并保持工位al，针对工件上部凹槽切削加工，则调整并保持工位bl，对侧壁内凹槽中心区域进行大余量去除，加工至规定尺寸，受槽形刀杆与工件运动干涉限制，刀具切削运动至槽形刀杆与工件内壁相聚2-3mm装置运动极限处；
[0013](d)、针对工件下部凹槽切削加工，加工装置先后调节至工位a2和工位a3，针对工件上部凹槽切削加工，则加工装置先后调节至工位b2和工位b3，更换圆角加工刀具，对侧壁内凹槽两侧边缘未加工残留去除区域进行内圆角加工，根据刀具尺寸外形以及不同加工工位间空间几何关系进行计算，加工至规定尺寸。
[0014]本发明的有益效果是:
[0015](I)解决了工件内部半封闭狭小空间对刀具切削运动和加工区域的限制，实现了对矩形深腔构件侧壁非回转内凹槽的加工。改变了切削运动方向，使刀具可伸入工件对内壁进行切削。
[0016](2)可调整多工位加工进一步增加了切削加工区域范围，实现内壁凹槽内圆角加工。同时避免了工件多次装夹，提高了加工精度和效率。
[0017](3)通过向动力箱体通入压缩空气，并由传动刀杆内部流通，带走装置运转所产生热量，起到冷却作用。同时气体由刀杆端头喷出作用于工件加工区域，具有清除切肩的作用。
【附图说明】
[0018]图1是一种多工位加工矩形深腔构件侧壁非回转凹槽装置的示意图。
[0019]图2是图1中凹槽加工装置的结构图。
[0020]图3是切削工作单元的结构图。
[0021]图4是传动刀杆单元的结构图。
[0022]图5是主轴动力单元的结构图。
[0023]图6是工位调节单元的结构正视图。
[0024]图7是工位调节单元的结构侧视图。
[0025]图8是侧壁非回转凹槽的加工工艺示意图。
[0026]图9是侧壁非回转凹槽的加工用刀具示意图。
[0027]图10是侧壁非回转凹槽的加工工位示意图。
[0028]图中:1、一体式轮轴，la、上轴承，lb、下轴承，lc、上轴承盖，IcU下轴承盖，2、喷气孔，3、圆头刀具，3a、平头刀具，4、同步带，5、槽形刀杆，5a、刀杆内腔，6、第一下侧盖板，6a、第二下侧盖板，7、主轴电机，8、调整座，9、主轴，9a、主轴承组，9b、轴承盖，9c、轴承锁紧螺母，10、同步带轮，11、进气孔，12、调节螺杆，13、底座，14、转台，14a、盖板，15、铜套，16、T型螺栓，16a、翼形螺母，17、环形T型槽，18、销孔，19、圆柱销钉，20、工件，20a、工件下部凹槽，20b、工件上部凹槽。
【具体实施方式】
[0029]下面结合技术方案和附图详细叙述本发明的【具体实施方式】。
[0030]图1、2示出了一种多工位加工矩形深腔构件侧壁非回转凹槽装置的示意图。这种多工位加工矩形深腔构件侧壁非回转凹槽装置，把凹槽加工装置的底座13安装在专用三轴数控机床主体上，凹槽装置加工安装包括切削工作单元1、传动刀杆单元I1、主轴动力单元III和工位调节单元IV。进气孔11与刀杆内腔5a和喷气孔2连通。
[0031]图3、4、5、6、7示出了一种多工位加工矩形深腔构件侧壁非回转凹槽装置的结构图。
[0032]图3所示，切削工作单元I采用上轴承Ia和下轴承Ib支撑一个一体式轮轴1，并用上轴承盖Ic和下轴承盖Id压紧固定。一体式轮轴I内设有刀具安装锥形孔，在第二下侧盖板6a设有正对着刀具的喷气孔2。采用同步带轮与切削传动轴的一体式轮轴1，同时实现切削传动与刀具装夹功能。传动轴上直接加工出齿形，从而使一体式轮轴I在同步带4带动下产生切削转动；一体式轮轴I安置弹簧夹头，实现对刀具装夹，缩小切削工作单元整体尺寸，增大自由切削运动空间。压缩空气由刀杆端头喷气孔2喷出作用于刀具加工区域，具有清除切肩的作用。
[0033]图4所示，传动刀杆单元II采用槽形刀杆5，槽形刀杆5的悬臂端的尺寸向固定端逐渐增加，槽形刀杆5的下部设有第一下侧盖板6和第二下侧盖板6a构成刀杆内腔5a，在刀杆内腔5a的悬臂端设有切削工作单元I，刀杆内腔5a的另一