一种细长薄壁陶瓷基复合材料管材内孔加工装置

本发明涉及陶瓷基复合材料加工，尤其涉及一种细长薄壁陶瓷基复合材料管材内孔加工装置。

背景技术：

1、陶瓷基复合材料具有良好的力学性能及耐热性，可以用来制造重型结构件，这类复合材料已经在航空航天、船舶、工程机械、汽车以及电子行业中被广泛应用，比如航空发动机的尾部喷管、火箭表层的热防护都使用了这种材料，而对于细长薄壁陶瓷基复合材料来说内孔质量是影响应用的重要因素。

2、薄壁细长管类零件由于长径比大，属于典型弱刚性零件，加工过程易变形和产生切削颤振，加工尺寸精度和直线度指标控制难度大；细长管内孔属于深长孔，加工空间受限，采用传统钻削方法冷却润滑、排屑断屑困难，热量容易聚集，故刀具磨损剧烈，而且高温导致零件发生热胀变形，影响加工尺寸精度。

3、中国专利cn201822229226.5公开了一种细长轴的内孔加工装置，包括底座、夹持装置、驱动机构、固定设置在底座一端的第一加工刀座，和固定设置在底座另一端的第二加工刀座；该发明的优点是采用将待加工轴的两端在一台加工设备上一次性加工完成，提高了机床的装夹定位精度以及其加工效率，此项专利适用于解决细长轴的小深孔，但是装置还是采用传统的镗或者铰加工且只适用于加工传统材料保证精度，对于细长薄壁陶瓷管内孔的加工并不适用。

4、本专利区别于传统的薄壁细长管件加工装置是使用柔性加工刀具进行内孔加工对细长薄壁陶瓷基复合材料内孔进行加工。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提出一种细长薄壁陶瓷基复合材料管材内孔加工装置，实现大长径比、薄壁陶瓷基复合材料的加工，且保证内孔的粗糙度，能够加工生产大长径比薄壁管材。

2、为实现上述目的，本发明的技术方案是：

3、一种细长薄壁陶瓷基复合材料管材内孔加工装置，包括特殊柔性刀具、夹紧执行系统、通料模块和进给运动系统；

4、特殊柔性刀具位于细长薄壁陶瓷基复合材料管内，其包括梯形微刃1、套2和软管3；软管3设有若干小孔，用于磨料溢出；软管3上胶接若干等距的梯形微刃1，梯形微刃1间安装带腰型孔的套筒2，每个套筒2均开腰型孔；软管3两端通过填充物密封；

5、夹紧执行系统包括轴承5、齿轮ⅰ6、齿轮ⅱ7、中空短轴8和短轴底架12；齿轮ⅰ6位于机床主轴上，齿轮ⅱ7与短轴8销接，齿轮ⅰ6与齿轮ⅱ7构成平行齿轮传动，将机床主轴的动力传递给短轴8；轴承5固定在短轴底架12上，短轴8通过与轴承5装配连接短轴底架12；短轴8一端设置带肩留孔，与三爪卡盘9相连接；

6、细长薄壁陶瓷基复合材料管装入中空短轴8内，其一端通过三爪卡盘9夹紧，另一端伸出中空短轴8；

7、进给运动系统位于整个夹紧执行系统的两侧，其包括收放管机10和收放管机软管；收放管机10位于机床两侧，其一端过收放管机软管，另一端直接连接软管3另一端，用于特殊柔性刀具与细长薄壁陶瓷基复合材料管的直线相对运动；

8、通料模块位于机床四周，其包括通料细管、双向快速接头4、磨料泵14和磨料箱；磨料泵14位于机床一侧，其一端连接磨料箱，另一端连接通料细管；通料细管和收放管机软管分别通过双向快速接头4连接软管3另一端；磨料箱设置两个，分别位于细长薄壁陶瓷基复合材料管的两端，用于接收加工时溢出的磨料以及供料；当磨料泵入细长薄壁陶瓷基复合材料管内部至磨料均匀流出后，启动机床至达到稳定转速，收放管机10位于机床两端，与三爪卡盘9高度相同，转动收放管机10将特殊柔性刀具反复进行收放拉动，完成对薄壁陶瓷基复合材料的内孔磨削。

9、所述软管3与梯形微刃1的最大直径之和小于细长薄壁陶瓷基复合材料管的内径。

10、所述梯形微刃的内孔直径根据软管3直径与细长薄壁陶瓷基复合材料管内孔直径而定，梯形微刃有坡度角；每两个梯形微刃之间的间隔相同

11、所述夹紧执行系统位于机床主轴上方，将原主轴箱的主轴边缘位置三爪卡盘改为齿轮作为齿轮ⅰ6，齿轮ⅰ6与齿轮ⅱ7构成平行齿轮传动。中空短轴8保证软管3能够伸出，轴承5与中空短轴8配合，轴承5与短轴底架12相连。通过此种结构实现柔性加工刀具左右移动且细长薄壁陶瓷基复合材料管材可以进行旋转的运动方式。

12、与现有技术相比，本发明的效果和益处是：

13、1、本发明采用了由开有小孔的软管，且软管外部增加有一定角度的梯形微刃和带有腰型孔的套筒组成的特殊柔性刀具，保证了内孔加工时的同轴度，避免了在传统钻、镗加工时出现划伤孔壁形成螺旋线波纹的现象，此特殊刀具避免了因传统加工刀具自身刚度不足导致的引偏现象，保证了所加工薄壁陶瓷基复合材料内孔的圆度。

14、2、本发明克服了现有加工装置无法直接实现大长径比材料内孔均匀加工的缺点，尤其是薄壁陶瓷基复合材料的内孔粗糙度、圆度、同轴度方面，利用动压磨削效应实现了薄壁陶瓷基复合材料的内孔精密加工，实现了传统内孔加工无法实现的薄壁复合材料内孔精密加工。

15、3、本发明运动稳定性好，各功能结构布局合理，便于整机集成安装和搬运，本发明自动化程度高，提高工作效率，减少工人技能要求和劳动强度。

16、4、本发明通过在车床工作平台上设置不同规格夹具，实现对多种材料类型细长薄壁管的内孔加工，具备较高扩展性。

技术特征：

1.一种细长薄壁陶瓷基复合材料管材内孔加工装置，其特征在于，该细长薄壁陶瓷基复合材料管材内孔的加工装置包括特殊柔性刀具、夹紧执行系统、通料模块和进给运动系统；

2.根据权利要求1所述的细长薄壁陶瓷基复合材料管材内孔的加工装置，其特征在于，所述软管(3)与圆台形微刃(1)的最大直径之和小于细长薄壁陶瓷基复合材料管的内径。

3.根据权利要求1或2所述的细长薄壁陶瓷基复合材料管材内孔的加工装置，其特征在于，所述圆台形微刃(1)的间隔相同。

技术总结
本发明属于陶瓷基复合材料加工技术领域，提出一种细长薄壁陶瓷基复合材料管材内孔加工装置，该加工装置包括特殊柔性刀具、夹紧执行系统、通料模块、进给运动系统，特殊柔性刀具由开有多个小孔的软管构成，通料模块包括磨料泵、通料细管、双向接头、磨料箱，进给系统包括电机和收放管机。磨料泵入至均匀流出后，启动机床至稳定转速，转动收放管机将特殊柔性刀具反复进行收放拉动，完成对薄壁陶瓷基复合材料的内孔磨削。本发明解决了传统加工方式加工细长薄壁陶瓷基复合材料零件内孔过程产生变形和切削颤振以及冷却润滑、排屑断屑困难，刀具磨损剧烈且管材定位夹紧变形的问题，适用于薄壁陶瓷基复合材料内孔加工高温导致零件发生热胀变形的问题。

技术研发人员：高航,王一奇,张瑞谦,毛亚宁,李鸣,李刚,石浩江,伍晓勇,王晓敏,姚力夫
受保护的技术使用者：大连理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15