一种复合材料桨叶疲劳试验件精加工定位装置及方法与流程

本发明属于复合材料桨叶疲劳试验件超声波辅助加工技术，涉及桨叶疲劳试验件精加工定位装置及方法。

背景技术：

随着纤维复合材料在航空领域广泛的应用和不断量产，传统的以手工铣磨为基础的加工技术已明显力不从心，不仅效率低、精度差，而且刀具耐用度低。对于制孔和平面加工，采用高速钻削和铣削，虽然能够提高加工效率，但是因加工切削力相对较大，当刀具趋于磨损后，仍然会出现分层损伤等质量问题，由此影响加工效率、增加生产成本。超声切割技术是近十几年内，在国际上发展起来的一项工艺技术，基本原理是利用一个电子超声发生器，先产生一定频率的超声波，然后通过置于超声切割头内的超声－机械转换器，将原本振幅和能量很小的超声振动转换成同频率的机械振动，再通过共振放大，得到足够大的、可以满足切割工件要求的振幅和能量(功率)，最终传导至超声切割头顶端的刀具上，对复合材料进行切割加工。最近的研究结果表明，在复合材料加工中引入超声波辅助振动加工，能够大幅降低切削力20-30％，降低刀具磨损，提高加工效率和表面质量。

然而，在桨叶制造技术领域中，复合材料桨叶由于桨叶的复合材料特性，以及桨叶自身气动形状、结构强度设计要求，特别是疲劳要求，对其加工工艺有特定要求。现有技术复合材料桨叶仍主要应用传统加工方法，尚未采用复合材料超声波加工技术，目前尚无合适的机床，也无针对复合材料在超声铣削装备上进行定位的装置，缺乏相应的加工工艺技术。

技术实现要素：

本发明的目的是：

提供一种基于超声铣削装备的、定位精度高、装夹方便可靠的复合材料桨叶疲劳试验件精加工定位装置及定位方法。

本发明的技术方案是：一种复合材料桨叶疲劳试验件精加工定位装置，其包括均设置在超声铣削装备平台上的平面加工定位组件和钻孔加工定位组件，其中，所述平面加工定位组件包括桨叶根部定位装置ι、第一截面定位夹紧装置、浮动夹紧装置ι、第二截面定位夹紧装置，所述桨叶根部定位装置ι和浮动夹紧装置ι均设置在超声铣削装备平台上，第一截面定位夹紧装置和第二截面定位夹紧装置分别设置在浮动夹紧装置ι上，夹持固定待加工复合材料桨叶；所述钻孔加工定位组件包括上夹板、下夹板、桨叶根部定位装置π、截面定位夹紧装置、浮动夹紧装置π、上夹板定位装置、下夹板定位装置，其中，所述桨叶根部定位装置π和浮动夹紧装置π设置在超声铣削装备平台上，上、下夹板设置在待加工复合材料桨叶两侧，并分别由上、下夹板定位装置安装固定。

所述桨叶根部定位装置ι包括第一定位件201、第一支座202、第一限位块203、第二限位块204、第三限位块205、第一连接件206，所述第一定位件201端部设置在第一支座202上，第三限位块205通过第一连接件206与第一支座连接，第一限位块203、第二限位块204分别设置在第一支座202的侧端，所述桨叶根部定位装置ι与超声铣削装备平台边缘贴合进行定位和固定，运用设置在第一定位件201上方的弯柄销207、滚花高头螺钉208及压块209对待加工复合材料桨叶根部平面及衬套孔进行定位。

所述第一截面定位夹紧装置ι包括第一上翼面卡板301、第一下翼面卡板302、第二连接件303、第四限位块304、第三连接件305、第五限位块306、第二支座307、第一支撑件308、压紧螺钉309、定位螺栓301、第一底板315，所述第一上翼面卡板301、第一下翼面卡板302上下相对设置，中间留有与桨叶外形相匹配的槽口，第一下翼面卡板302设置在第一底板315上；所述第四限位块304、第五限位块306分别通过第二连接件303、第三连接件305连接到第一底板315上，所述第一支撑件308设置在第二支座307上，并位于第一上翼面卡板301、第一下翼面卡板302端部；所述上翼面卡板301、下翼面卡板302、第一支撑件308运用定位螺栓连接，第一截面定位夹紧装置ι与超声铣削装备平台边缘贴合进行定位并固定，通过第一截面定位夹紧装置ι对待加工复合材料桨叶选取的第一截面进行辅助定位。

浮动夹紧装置ι包括第三支座401、支杆、第四连接件403、弯柄销、第二支撑件406、定位螺栓409、压紧螺钉410，所述支杆为若干根，两端通过定位螺栓409固定设置在第三支座401，使得相互平行，所述第三支座401底部安装在超声铣削装备平台上，所述第四连接件403运用弯柄销与第一截面定位夹紧装置ι进行定位连接，第二支撑件406与设置在第四连接件403上，通过穿过支杆并设置在第四连接件403表面的压紧螺钉实现调整压紧。

浮动夹紧装置π包括第七支座1001、支杆、压紧螺钉1003、t型槽用螺栓1004、螺母1005、定位螺栓1006，其中，所述第七支座1001与支杆之间运用定位螺栓1006连接，第七支座1001运用t型槽用螺栓1004与螺母1005安装在超声铣削装备平台上使得浮动夹紧装置π可在超声铣削装备平台上按需调整位置，压紧螺钉1003穿过支杆实现调整压紧。

所述上、下夹板定位装置包括第三定位件1101、第十二限位块1102、第十三限位块1103、第八连接件1104、弯柄销、t型槽用螺栓1106、螺母1107、弯柄短销1109；所述第十二限位块1102、第十三限位块1103分别设置在第三定位件1101侧边和中部；所述第三定位件1101并运用弯柄短销及螺钉配合第八连接件1104在超声铣削装备平台上进行定位安装，通过设置在第三定位件1101上方的弯柄销对上、下夹板进行定位。

所述截面定位夹紧装置、第二截面定位夹紧装置与第一截面定位夹紧装置结构类似，桨叶根部定位装置π与桨叶根部定位装置ι结构类似。

一种基于所述的复合材料桨叶疲劳试验件精加工定位装置的定位方法，其选取桨叶根部衬套孔以及桨叶某截面外型作为定位基准，利用平面加工定位组件对桨叶进行精确定位固定，以及利用钻孔加工定位组件对桨叶进行精确定位固定，进而运用超声铣削装备对桨叶疲劳试验件进行铣削和钻孔。

所述利用平面加工定位组件定位固定桨叶进行平面加工过程如下：

第一步：利用超声铣削装备平台的边缘作为安装定位基准，将平面加工定位组件安装固定在超声铣削装备的平台上；

第二步：将桨叶安装定位在平面加工定位组件上，利用根部定位装置ι对桨叶进行定位，同时利用第一截面定位夹紧装置与第二截面定位夹紧装置对桨叶进行定位夹紧；

第三步：将浮动夹紧装置拧紧，与桨叶上、下表面刚刚贴合为准，对桨叶进行夹紧固定；

第四步：启动机床，进行对刀，然后对桨叶进行铣平面加工；

第五步：铣削完毕后将桨叶取下，并将平面加工定位组件取下，清理超声铣削装备；

所述利用钻孔加工定位组件定位固定桨叶进行钻孔加工过程如下：

第一步：利用超声铣削装备平台的边缘作为安装定位基准，将钻孔加工定位组件安装固定在超声铣削装备的平台上；

第二步：利用根部定位装置π对桨叶进行定位，同时利用截面定位夹紧装置对桨叶外形进行定位夹紧；

第三步：利用上、下夹板定位装置对上、下夹板进行精确定位；

第四步：将浮动夹紧装置π拧紧，与桨叶上、下表面刚刚贴合为准，对桨叶进行夹紧固定；

第五步：启动机床，进行对刀，然后对桨叶进行钻孔加工；

第六步：加工完毕后将桨叶取下，并将钻孔加工定位组件取下，清理超声铣削装备。

本发明的优点是：本发明运用超声铣削装备对复合材料桨叶疲劳试验件进行精加工，需要在超声铣削装备平台上对桨叶进行精准定位，设计一组定位装置对桨叶进行定位，选取桨叶根部衬套孔以及桨叶某截面外型作为定位基准，将桨叶精确牢固的定位在超声铣削装备平台上，进而运用超声铣削装备对桨叶疲劳试验件进行铣削和钻孔。

本发明首次实现对复合材料桨叶疲劳试验件进行超声波辅助加工，可实现对复合材料桨叶疲劳试验件在超声铣削装备平台上的精准定位，操作方便快捷，可实现快速装夹、拆卸，相对于现有技术具有较大的实际应用价值。

附图说明

图1桨叶疲劳试验件铣削夹板安装面定位装置；

其中：1—超声铣削装备平台；2—根部定位装置ι；3—第一截面定位夹紧装置ι；4—浮动夹紧装置ι；5—第二截面定位夹紧装置ι；6—复合材料桨叶。

图2桨叶疲劳试验件与夹板连接孔定位装置；

其中：1—超声铣削装备平台；6—复合材料桨叶；7—上、下夹板；8—根部定位装置π；9—某截面定位夹紧装置π；10—浮动夹紧装置π；11—上、下夹板定位装置。

图3根部定位装置ι；

其中：201—第一定位件；202—第一支座；203—第一限位块；204—第二限位块；205—第三限位块；206—第一连接件；207—弯柄销；208—滚花高头螺钉；209—压块；210—t型槽用螺栓；211—螺母；212—圆柱销；213—螺钉。

图4第一截面定位夹紧装置ι；

其中：301—第一上翼面卡板；302—第一下翼面卡板；303—第二连接件；304—第四限位块1；305—第三连接件；306—第五限位块；307—第二支座；308—第一支撑件；309—压紧螺钉；310—定位螺栓；311—t型槽用螺栓；312—螺母；313—圆柱销；314—螺钉；315—第一底板。

图5浮动夹紧装置ι；

其中：401—第三支座；402—支杆；403—第四连接件；404—螺钉；405—弯柄销；406—第二支撑件；407—t型槽用螺栓；408—螺母；409—定位螺栓；410—压紧螺钉。

图6第二截面定位夹紧装置ι；

其中：501—第二上翼面卡板；502—第二下翼面卡板；503—第二底板；504—第五连接件；505—第六限位块；506—第四支座；507—第三支撑件；508—压紧螺钉；509—定位螺栓；510—t型槽用螺栓；511—螺母；512—圆柱销；513—螺钉。

图7根部定位装置π；

其中：801—第二定位件；802—第五支座；803—第七限位块；804—第八限位块；805—第九限位块；806—第六连接件；807—弯柄销；808—滚花高头螺钉；809—压块；810—t型槽用螺栓；811—螺母；812—圆柱销；813—螺钉。

图8某截面定位夹紧装置π；

其中：901—第三上翼面卡板；902—第三下翼面卡板；903—第七连接件；904—第十限位块；905—第八连接件；906—第十一限位块；907—第六支座；908—第四支撑件；909—压紧螺钉；910—定位螺栓；911—t型槽用螺栓；912—螺母；913—圆柱销；914—螺钉；915—第三底板。

图9浮动夹紧装置π；

其中：1001—第七支座；1002—支杆；1003—压紧螺钉；1004—t型槽用螺栓；1005—螺母；1006—定位螺栓。

图10上、下夹板定位装置；

其中：1101—第三定位件；1102—第十二限位块；1103—第十三限位块；1104—第八连接件；1105—弯柄销；1106—t型槽用螺栓；1107—螺母；1108—圆柱销；1109—弯柄销；1110—螺钉。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图及具体实施例，对本申请作进一步地详细说明。为简单起见，以下描述中省略了本领域技术人员公知的某些技术特征。

本发明复合材料桨叶疲劳试验件精加工定位装置包括均设置在超声铣削装备平台上的平面加工定位组件和钻孔加工定位组件。

请参阅图1，所述平面加工定位组件包括桨叶根部定位装置ι、第一截面定位夹紧装置、浮动夹紧装置ι、第二截面定位夹紧装置，所述桨叶根部定位装置ι、浮动夹紧装置ι、第一截面定位夹紧装置和第二截面定位夹紧装置均设置在超声铣削装备平台上，第一截面定位夹紧装置和第二截面定位夹紧装置分布在复合材料桨叶待加工区域两侧，夹持固定待加工复合材料桨叶。

请参阅图3，桨叶根部定位装置ι包括第一定位件201、第一支座202、第一限位块203、第二限位块204、第三限位块205、第一连接件206、弯柄销207、滚花高头螺钉208、压块209、t型槽用螺栓210、螺母211、圆柱销212、螺钉213。所述第一定位件201、第一支座202、第一连接件206、第一限位块203、第二限位块204、第三限位块205之间运用圆柱销212与螺钉213进行连接，其中，第一定位件201两端设置在第一支座202上，第三限位块205通过第一连接件206与第一支座连接，第一限位块203、第二限位块204分别设置在第一支座202的侧端。桨叶根部定位装置ι与超声铣削装备平台边缘贴合进行定位，运用t型槽用螺栓210与螺母211进行连接固定，运用设置在第一定位件201上方的弯柄销207、滚花高头螺钉208及压块209对待加工复合材料桨叶根部平面及衬套孔进行定位。

请参阅图4，第一截面定位夹紧装置ι包括第一上翼面卡板301、第一下翼面卡板302、第二连接件303、第四限位块304、第三连接件305、第五限位块306、第二支座307、第一支撑件308、压紧螺钉309、定位螺栓301、t型槽用螺栓311、螺母312、圆柱销313、螺钉314、第一底板315。所述第一上翼面卡板301、第一下翼面卡板302上下相对设置，中间留有与桨叶外形相匹配的槽口，第一下翼面卡板302设置在第一底板315上。所述第四限位块304、第五限位块306分别通过第二连接件303、第三连接件305连接到第一底板315上，所述第一支撑件308设置在第二支座307上，并位于第一上翼面卡板301、第一下翼面卡板302端部。所述第二支座307与第一底板315之间运用圆柱销与螺钉进行连接，所述上翼面卡板301、下翼面卡板302、第一支撑件308运用定位螺栓连接，第一截面定位夹紧装置ι与超声铣削装备平台边缘贴合进行定位，运用t型槽用螺栓与螺母进行连接固定，通过第一截面定位夹紧装置ι对待加工复合材料桨叶选取的第一截面进行辅助定位。

请参阅图5，浮动夹紧装置ι包括第三支座401、支杆402、第四连接件403、螺钉404、弯柄销405、第二支撑件406、t型槽用螺栓407、螺母408、定位螺栓409、压紧螺钉410。所述支杆402为若干根，两端通过定位螺栓409固定设置在第三支座401，使得相互平行。并运用t型槽用螺栓与螺母安装在超声铣削装备平台上，所述第四连接件403运用弯柄销405与螺钉404与第一截面定位夹紧装置ι进行定位连接，第二支撑件406与设置在第四连接件403上，通过穿过支杆402并设置在第四连接件403表面的压紧螺钉可实现调整压紧。

请参阅图6，第二截面定位夹紧装置ι与第一截面定位夹紧装置ι结构类似，其包括第二上翼面卡板501、第二下翼面卡板502、第二底板503、第五连接件504、第六限位块505、第四支座506、第三支撑件507、压紧螺钉508、定位螺栓509、t型槽用螺栓510、螺母511、圆柱销512、螺钉513。所述第二底板503、第五连接件504、第六限位块505、第四支座506之间运用圆柱销512与螺钉513进行连接，其中，所述第三支撑件507设置在第二上翼面卡板501、第二下翼面卡板502端部，运用定位螺栓连接。第一截面定位夹紧装置ι与超声铣削装备平台边缘贴合进行定位，所述第二底板503上开设有若干t型槽，通过t型槽用螺栓510、螺母511进行连接固定，并运用弯柄销与螺钉与浮动夹紧装置之间进行连接定位，通过第二截面定位夹紧装置ι对待加工复合材料桨叶选取的第二截面进行辅助定位。

请参阅图2，钻孔加工定位组件包括上夹板、下夹板、根部定位装置π、截面定位夹紧装置、浮动夹紧装置π、上夹板定位装置、下夹板定位装置，其中，所述根部定位装置π、浮动夹紧装置π设置在超声铣削装备平台上，上、下夹板设置在待加工复合材料桨叶两侧，并分别由上、下夹板定位装置安装固定。

请参阅图7，桨叶根部定位装置π与桨叶根部定位装置ι类似，包括第二定位件801、第五支座802、第七限位块803、第八限位块804、第九限位块805、第六连接件806、弯柄销807、滚花高头螺钉808、压块809、t型槽用螺栓810、螺母811、圆柱销812、螺钉813。所述第二定位件801、第五支座802、第六连接件806、第七限位块803、第八限位块804、第九限位块805之间运用圆柱销812与螺钉813进行连接，桨叶根部定位装置ι与超声铣削装备平台边缘贴合进行定位，运用t型槽用螺栓810与螺母811进行连接固定，运用弯柄销807、滚花高头螺钉808及压块809对待加工复合材料桨叶根部平面及衬套孔进行定位。

请参阅图8，某截面定位夹紧装置π与第二截面定位夹紧装置ι及第一截面定位夹紧装置ι类似，包括第三上翼面卡板901、第三下翼面卡板902、第七连接件903、第十限位块904、第八连接件905、第十一限位块906、第六支座907、第四支撑件908、压紧螺钉909、定位螺栓910、t型槽用螺栓911、螺母912、圆柱销913、螺钉914、第三底板915。所述第十限位块904通过第七连接件903、第十一限位块906通过第八连接件905分别运用圆柱销与螺钉连接设置在第三底板915上，且第六支座907、第三底板915之间运用圆柱销与螺钉进行连接。所述第四支撑件908设置在第三上翼面卡板901、第三下翼面卡板902的端部，并运用定位螺栓连接。该某截面定位夹紧装置π与超声铣削装备平台边缘贴合进行定位，运用t型槽用螺栓与螺母进行连接固定，通过某截面定位夹紧装置π对待加工复合材料桨叶选取的某截面进行辅助定位。

请参阅图9，浮动夹紧装置π包括第七支座1001、支杆1002、压紧螺钉1003、t型槽用螺栓1004、螺母1005、定位螺栓1006。其中，所述第七支座1001与支杆1002之间运用定位螺栓1006连接，并运用t型槽用螺栓1004与螺母1005安装在超声铣削装备平台上，浮动夹紧装置π可在超声铣削装备平台上按需调整位置，压紧螺钉1003穿过支杆1002可实现调整压紧。

请参阅图10，上、下夹板定位装置包括第三定位件1101、第十二限位块1102、第十三限位块1103、第八连接件1104、弯柄销1105、t型槽用螺栓1106、螺母1107、圆柱销1108、弯柄短销1109、螺钉1110。所述第十二限位块1102、第十三限位块1103分别设置在第三定位件1101侧边和中部，并运用圆柱销与螺钉连接。所述第三定位件1101并运用弯柄短销及螺钉配合第八连接件1104在超声铣削装备平台上进行定位安装，通过设置在第三定位件1101上方的弯柄销1105对上、下夹板进行定位。

基于所述复合材料桨叶疲劳试验件精加工定位装置，本发明方法利用平面加工定位组件定位固定桨叶进行平面加工，以及利用钻孔加工定位组件定位固定桨叶进行钻孔加工；

如图1所示，所述利用平面加工定位组件定位固定桨叶进行平面加工过程如下：

第一步：利用超声铣削装备平台的边缘作为安装定位基准，运用t型槽用螺栓将本组合装置安装固定在超声铣削装备的平台上。

第二步：将桨叶疲劳试验件安装定位在本套装置上，利用2-根部定位装置ι对桨叶疲劳试验件进行定位，同时利用3—第一截面定位夹紧装置ι与5—第二截面定位夹紧装置ι对桨叶疲劳试验件外形进行辅助定位夹紧。

第三步：将4-浮动夹紧装置ι慢慢拧紧，与桨叶疲劳试验件上、下表面刚刚贴合为准，对桨叶疲劳试验件进行夹紧固定。

第四步：启动机床，进行对刀，然后对桨叶疲劳试验件进行铣平面加工。

第五步：铣削完毕后将桨叶疲劳试验件取下，并将定位装置取下，清理超声铣削装备。

如图2所示，所述利用钻孔加工定位组件定位固定桨叶进行钻孔加工过程如下：

第一步：利用超声铣削装备平台的边缘作为安装定位基准，运用t型槽用螺栓将本组合装置安装固定在超声铣削装备的平台上。

第二步：利用根部定位装置π8对桨叶疲劳试验件进行定位，同时利用某截面定位夹紧装置π9对桨叶疲劳试验件外形进行辅助定位夹紧。

第三步：利用上、下夹板定位装置11对上、下夹板7进行精确定位。

第四步：将浮动夹紧装置ι10慢慢拧紧，与桨叶疲劳试验件上、下表面刚刚贴合为准，对桨叶疲劳试验件进行夹紧固定。

第五步：启动机床，进行对刀，然后对桨叶疲劳试验件进行钻孔加工。

第六步：加工完毕后将桨叶疲劳试验件取下，并将定位装置取下，清理超声铣削装备。

本发明复合材料桨叶疲劳试验件精加工定位装置通过用螺栓与装备平台的t型槽连接，可实现快速装夹、拆卸，可完成铣削复合材料桨叶疲劳试验件夹板安装面时桨叶的定位与钻制桨叶与夹板连接孔时桨叶的定位，另外，本发明装置可根据不同功能进行组合。

本发明所述的基于超声铣削装备的复合材料桨叶精加工定位装置，已在某型机的桨叶接头段试验件铣削平面及钻孔定位中得到了验证，为后续复合材料桨叶在超声铣削设备上的精确定位夹持提供了一个有效实用的方法，具有较大的实际应用价值。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。