一种蜂窝芯材料构件加工设备的制作方法
【专利摘要】一种蜂窝芯材料构件加工设备，属于切削机床。现有蜂窝芯材料工件加工无法像金属零件那样装夹定位和切削。本发明是在加工设备上增加吸尘装置和工件固持装置，工件固持装置设于两个分立的作为床身的高架墙之间，包括底座、磁性件、上表面作为平台板和装于铁粉容器内的铁粉，底座上设置至少一个凹槽，平台板主要由多块间隔设置的纯铁条和铝条紧密排列组成，纯铁条横向厚度大于铝条，平台板盖装于底座上表面，纯铁条轴向与凹槽长度方向不平行，磁性件包括滑座和多块间隔固定铺设于滑座上并与纯铁条和铝条对应的纯铁块和磁钢块，滑座两侧设置导向滑槽，磁性件由伺服电机和丝杆副组成的滑移驱动机构驱动在凹槽中滑移。本发明提高了工作效率。
【专利说明】一种蜂窝芯材料构件加工设备
【技术领域】
[0001]本发明属于切削机床，尤其与一种蜂窝芯材料构件加工设备有关。
【背景技术】
[0002]蜂窝芯材料是一种仿照自然界蜜蜂筑建的六角形蜂巢结构原理制成的材料。纸基蜂窝芯材料具有重量轻、密度小、比强度比刚度高等优点，具有良好的自熄性能、优良的化学特性等特点，使其在近几十年内被广泛的应用在航空、航天和潜艇等设计要求较严格的结构上。
[0003]纸基蜂窝芯材料由于其特殊的材料性能和结构特点，在数控机床加工中存在不少难点:1、构件为多孔薄壁结构，横向无法承受切削力；2、构件为柔性材料，无法象刚性材料那样夹装定位；3、应用于航空航天潜艇等结构上的蜂窝芯材料构件均具有曲面结构，又是非线形尺寸，加工要求高，质量控制无法使用常规手段保证；4、纸质材料经切削加工后容易产生大量的粉尘，影响加工机场本身和操作工人健康；5、纸基蜂窝芯材料构件不能出现油污，否则会使后续胶接过程出现脱胶现象。所以纸基蜂窝芯材料工件加工无法像金属零件那样装夹定位和切削，为保证产品有较高的精度和表面质量，从而对数控加工机床、刀具、工装、切削参数、编程方法、数控加工中的过程控制以及质量控制等方面均提出了专门性要求。目前，常用的纸基蜂窝芯材料工件的夹装普遍采用双面胶粘贴固定，在加工过程中容易脱开，导致局部翘起或整体脱落，影响加工。
【发明内容】
[0004]本发明目的旨在解决纸基蜂窝芯材料工件加工无法像金属零件那样装夹定位和切削、加工过程中容易出现粉尘以及不能出现油污等技术问题，提供一种适合于蜂窝芯材料构件加工设备。
[0005]为此，本发明采用以下技术方案:一种蜂窝芯材料构件加工设备，包括高架墙式床身、由床身上的导轨支撑在X轴方向移动的横梁、驱动横梁移动的直线电机、由横梁上的导轨支撑在Y轴方向移动的拖板、与拖板通过导轨滑块连接并在Z轴方向移动的滑枕、安装于滑枕底端能实现C轴旋转和A轴摆动的五轴头和控制X、Y、Z、C、A五轴联动的控制系统，拖板和滑枕的移动都采用伺服电机经丝杆副驱动，五轴头包括C轴旋转轴、A轴摆动轴和安装于A轴摆动轴上用于驱动刀具运动的电主轴，C轴旋转轴伸入滑枕内腔由轴承支撑安装并由力矩电机驱动旋转，A轴摆动轴由安装在五轴头叉形壳体两侧的一组力矩电机驱动旋转，其特征是，所述的加工设备还包括吸尘装置和工件固持装置；工件固持装置设于两个分立的作为床身的高架墙之间，包括底座、磁性件、上表面作为工件支撑面的平台板和装于铁粉容器内的铁粉，底座上表面设置至少一个凹槽，平台板主要由多块间隔设置的纯铁条和铝条紧密排列组成，纯铁条横向厚度大于铝条，平台板盖装于底座上表面，纯铁条轴向与所述凹槽长度方向不平行，磁性件包括滑座和多块间隔固定铺设于滑座上表面并与所述纯铁条和铝条对应的纯铁块和磁钢块，滑座两侧设置导向滑槽，磁性件由主要由伺服电机和丝杆副组成的滑移驱动机构驱动在所述的凹槽中滑移，并由安装于所述凹槽两侧侧壁的滚轮嵌入滑座两侧的导向滑槽支撑导向，所述铁粉容器底部设置开口和开关机构，铁粉容器置于所述平台板侧方，在使用时由横梁上的五轴头提取移到平台板上方撒铁粉；所述的吸尘装置包括吸尘器、吸尘罩、下连接环和上连接环，吸尘罩安装于电主轴并设置开口朝向刀具环绕吸尘腔，上连接环和下连接环都设有一端开口的环形内腔，上连接环和下连接环的环形内腔腔壁开口端活动对配，使环形内腔连通，下连接环环绕固定于五轴头壳体，随五轴头C轴旋转，上连接环固定于滑枕，上连接环环形内腔腔壁上设置通孔通过管道与吸尘器连通，下连接环环形内腔腔壁上设置通孔通过管道与所述的吸尘腔连通；所述的吸尘器的动作和磁性件的滑移由所述的控制系统控制。
[0006]本发明使用时，先使磁性件上的纯铁块和平台板上的纯铁条错开，关闭磁性固持功能，铝条对应位于纯铁块的中间位置；将待加工的蜂窝芯材料工件铺设于平台板上，提取铁粉容器到工件上方，打开开关机构，将铁粉容器内的铁粉均匀撒入工件的蜂窝腔中，铁粉达到一定厚度后关闭铁粉容器的开关机构；然后，驱使磁性件在底座上表面的凹槽中移动，使纯铁块与纯铁条对齐，磁钢的磁力线穿透纯铁块、纯铁条和铁粉，形成闭环，打开磁性固持功能，铁粉在磁力作用下紧密附着到平台板表面，产生对蜂窝芯材料工件蜂窝腔表面的吸涨力和摩擦力，将工件固持，移开铁粉容器开始加工；控制系统指令吸尘装置开始工作，并根据加工程序控制五轴头驱动刀具进行五轴联动加工工件，在加工过程中产生的粉尘由吸尘器通过吸尘腔开口吸走；加工结束，驱使磁性件滑移，使纯铁块错开纯铁条，这时磁力线不再通过铁粉填充区域，而是在纯铁块、纯铁条和磁钢块形成闭合回路，从而达到关闭铁粉区域磁场的目的，关闭磁性固持功能，待移走工件后回收铁粉。
[0007]作为对上述技术方案的进一步完善和补充，本发明还包括以下技术特征。
[0008]所述的专用机床还包括刀库，刀库设置于作为床身的高架墙内。
[0009]所述的专用机床所有传动采用油脂润滑。
[0010]所述的吸尘装置还包括安装于所述吸尘罩吸尘腔口部的毛刷圈，圈围粉尘，起到更好的吸尘效果。
[0011]所述用于驱动刀具运动的电主轴为速度高于20000rpm的高速电主轴。
[0012]所述的滚轮为轴承。
[0013]使用本发明可以达到以下有益效果:1、采用高架桥式横梁支撑结构，使机床高速进给性能好；2、使用高转速电主轴五轴头，具备五轴联动功能，可用于加工形状复杂的曲面；3、使用磁性吸附铁粉对蜂窝腔表面产生吸涨力和摩擦力进行固持并通过电机驱动控制磁钢位置来控制开闭磁场磁性的工件固持装置，适合夹装蜂窝芯材料工件，并且工作效率高；4、采用油脂润滑，避免了油汽润滑对工件的油污污染。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1是本发明的主视图。
[0015]图2是本发明的俯视图。
[0016]图3是本发明的左视图。
[0017]图4是图3中a处的局部剖视放大图。
[0018]图5是本发明中工件固持装置的俯视图。[0019]图6是图5的A-A剖视图。
[0020]图7是图6的B-B剖视图。
[0021]图8是图6中b处的局部放大图。
[0022]图9是工件固持装置磁性固持功能打开状态原理图。
[0023]图10是工件固持装置磁性固持功能关闭状态原理图。
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】进行详细描述。
[0025]如图1?图8所示，本发明包括高架墙式床身1、由床身上的导轨支撑在X轴方向移动的横梁3、驱动横梁3移动的直线电机7、由横梁3上的导轨支撑在Y轴方向移动的拖板2、与拖板2通过导轨滑块连接并在Z轴方向移动的滑枕5、安装于滑枕底端能实现C轴旋转和A轴摆动的五轴头8、吸尘装置、刀库、工件固持装置6和控制X、Y、Z、C、A五轴联动的控制系统；拖板2和滑枕5的移动都采用伺服电机经丝杆副驱动；五轴头8包括C轴旋转轴、A轴摆动轴和安装于A轴摆动轴上用于驱动刀具运动的电主轴，电主轴为速度高于20000rpm的高速电主轴，C轴旋转轴伸入滑枕内腔由轴承支撑安装并由力矩电机驱动旋转，A轴摆动轴由安装在五轴头叉形壳体两侧的一组力矩电机驱动旋转；工件固持装置6设于分立的两个作为床身的高架墙之间，工件固持装置6包括底座18、磁性件、上表面作为工件支撑面的平台板16和装于铁粉容器12内的铁粉，底座上表面设置至少一个凹槽，平台板16主要由多块间隔设置的纯铁条13和铝条14紧密排列组成，纯铁条13横向厚度大于铝条14，平台板16盖装于底座上表面，纯铁条13轴向与所述凹槽长度方向不平行，磁性件包括滑座17和多块间隔固定铺设于滑座上表面并与所述纯铁条13和铝条14对应的纯铁块19和磁钢块20，滑座两侧设置导向滑槽，磁性件由主要由伺服电机和丝杆副组成的滑移驱动机构驱动在所述的凹槽中滑移，并由安装于所述凹槽两侧侧壁的轴承15嵌入滑座17两侧的导向滑槽支撑导向，所述铁粉容器底部设置开口和开关机构，铁粉容器12置于所述平台板侧方，在使用时由横梁上的五轴头提取移到平台板16上方撒铁粉；所述的吸尘装置包括吸尘器4、吸尘罩、毛刷圈11、下连接环10和上连接环9，吸尘罩安装于电主轴并设置开口朝向刀具环绕吸尘腔，安装于吸尘罩吸尘腔口部，上连接环9和下连接环10都设有一端开口的环形内腔，上连接环9和下连接环10的环形内腔腔壁开口端活动对配，使环形内腔连通，下连接环10环绕固定于五轴头壳体，随五轴头C轴旋转，上连接环9固定于滑枕，上连接环环形内腔腔壁上设置通孔通过管道与吸尘器4连通，下连接环环形内腔腔壁上设置通孔通过管道与所述的吸尘腔连通；刀库设于高架墙内；所述的吸尘器4的动作和磁性件的滑移由所述的控制系统控制；机床所有的传动采用油脂润滑。
[0026]如图9?图10所示，根据磁场原理，当纯铁块19与纯铁条13对齐时，磁钢的磁力线穿透纯铁块19、纯铁条13和铁粉形成闭环，在平台板16上表面产生磁场，当纯铁块19和纯铁条13错开时，铝条14对应位于纯铁块19的中间位置，磁力线无法穿过铝条14，这时磁力线不再通过铁粉填充区域，而是在纯铁块19、纯铁条13和磁钢块20形成闭合回路，从而达到关闭铁粉区域磁场的目的。本发明使用时，先使磁性件上的纯铁块19和平台板16上的纯铁条13错开，关闭磁性固持功能，铝条14对应位于纯铁块的中间位置；将待加工的蜂窝芯材料工件铺设于平台板16上，提取铁粉容器12到工件上方，打开开关机构，将铁粉容器12内的铁粉均匀撒入工件的蜂窝腔中，铁粉达到一定厚度后关闭铁粉容器12的开关机构；然后，驱使磁性件在底座上表面的凹槽中移动，使纯铁块19与纯铁条13对齐，磁钢的磁力线穿透纯铁块、纯铁条13和铁粉，形成闭环，打开磁性固持功能，铁粉在磁力作用下紧密附着到平台板表面，产生对蜂窝芯材料工件的吸涨力和摩擦力，将工件固持，移开铁粉容器12开始加工；控制系统指令吸尘装置开始工作，并根据加工程序控制五轴头驱动刀具进行五轴联动加工工件，在加工过程中产生的粉尘由吸尘器4通过吸尘腔开口吸走；加工结束，驱使磁性件滑移，使纯铁块错开纯铁条13，关闭磁性固持功能，待移走工件后回收铁粉。
【权利要求】
1.一种蜂窝芯材料构件加工设备，包括高架墙式床身(I)、由床身上的导轨支撑在X轴方向移动的横梁(3)、驱动横梁(3)移动的直线电机(7)、由横梁(3)上的导轨支撑在Y轴方向移动的拖板(2)、与拖板(2)通过导轨滑块连接并在Z轴方向移动的滑枕(5)、安装于滑枕底端能实现C轴旋转和A轴摆动的五轴头(8)和控制X、Y、Z、C、A五轴联动的控制系统，拖板(2)和滑枕(5)的移动都采用伺服电机经丝杆副驱动，五轴头包括C轴旋转轴、A轴摆动轴和安装于A轴摆动轴上用于驱动刀具运动的电主轴，C轴旋转轴伸入滑枕内腔由轴承支撑安装并由力矩电机驱动旋转，A轴摆动轴由安装在五轴头叉形壳体两侧的一组力矩电机驱动旋转，其特征在于:所述的加工设备还包括吸尘装置和设于床身中间的工件固持装置(6);工件固持装置包括底座(18)、磁性件、上表面作为工件支撑面的平台板(16)和装于铁粉容器内的铁粉，底座(18)上表面设置至少一个凹槽，平台板(16)主要由多块间隔设置的纯铁条(13)和铝条(14)紧密排列组成，纯铁条(13)横向厚度大于铝条(14)，平台板(16)盖装于底座上表面，纯铁条轴向与所述凹槽长度方向不平行，磁性件包括滑座(17)和多块间隔固定铺设于滑座上表面并与所述纯铁条和铝条对应的纯铁块(19)和磁钢块(20)，滑座两侧设置导向滑槽，磁性件主要由伺服电机和丝杆副组成的滑移驱动机构驱动在所述的凹槽中滑移，并由安装于所述凹槽两侧侧壁的滚轮(15)嵌入滑座两侧的导向滑槽支撑导向，所述铁粉容器底部设置开口和开关机构，铁粉容器置于所述平台板侧方；所述的吸尘装置包括吸尘器(4)、吸尘罩、下连接环(10)和上连接环(9)，吸尘罩安装于电主轴并设置开口朝向刀具环绕吸尘腔，上连接环(9)和下连接环(10)都设有一端开口的环形内腔，上连接环(9 )和下连接环(10 )的环形内腔腔壁开口端活动对配，使环形内腔连通，下连接环(10 )环绕固定于五轴头壳体，上连接环(9)固定于滑枕(5)，上连接环环形内腔腔壁上设置通孔通过管道与吸尘器(4)连通，下连接环环形内腔腔壁上设置通孔通过管道与所述的吸尘腔连通；所述的吸尘器(4)的动作和磁性件的滑移由所述的控制系统控制。
2.根据权利要求1所述的一种蜂窝芯材料构件加工设备，其特征在于:所述的专用机床还包括刀库，刀库设置于作为床身的高架墙内。
3.根据权利要求2所述的一种蜂窝芯材料构件加工设备，其特征在于:所述的专用机床所有传动采用油脂润滑。
4.根据权利要求3所述的一种蜂窝芯材料构件加工设备，其特征在于:所述的吸尘装置还包括安装于所述吸尘罩吸尘腔口部的毛刷圈(11)。
5.根据权利要求4所述的一种蜂窝芯材料构件加工设备，其特征在于:所述用于驱动刀具运动的电主轴为速度高于20000rpm的高速电主轴。
6.根据权利要求5所述的一种蜂窝芯材料构件加工设备，其特征在于:所述的滚轮(15)为轴承。
【文档编号】B08B15/04GK103624598SQ201310677141
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年12月12日 优先权日:2013年12月12日
【发明者】王本善, 陆平山, 张小雨, 黄其煜, 傅春峰, 汤海锋, 张锡军, 梁星鑫 申请人:浙江日发精密机械股份有限公司