一种多连体涡轮切割装置及切割方法与流程

本发明涉及涡轮制造技术领域，具体涉及一种多连体涡轮切割装置及切割方法。

背景技术：

中小型涡轮的制造常采用多连体失蜡浇注的方法铸造成型，其铸造后多个毛坯涡轮共同连接在一根原作为浇注坩埚的中间轴上；涡轮在中间轴的外圆上沿轴向一直线排列并间隔布置，且一根中间轴的外圆上设置有若干排的涡轮组，形成多连体涡轮。中间轴的一端带有球头，另一端为平口，具体结构如图2中的多连体涡轮10。

多连体涡轮在铸造完成后需要将各单体涡轮从中间轴上切割下来。现有技术中多连体涡轮的切割方法如下：首先将多连体涡轮通过专用的定位工装进行定位，并用压板进行压紧固定，然后手持砂轮机将多连体涡轮逐一切割下来，期间需要多次将多连体涡轮在专用工装上松开后翻身转位，然后重新用压板压紧，再进行切割，其带来的弊端是：操作较为麻烦、切割精度差、切割效率低、安全性差。

针对上述问题，有必要改进现有的多连体涡轮切割技术以克服上述弊端。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提出一种多连体涡轮切割装置，旨在实现多连体涡轮的高效自动化切割，并改善切割的精度和质量，提高切割操作的安全性。具体的技术方案如下：

一种多连体涡轮切割装置，包括工件定位固定工装和砂轮移动切割工装，所述工件定位固定工装包括基板和设置在所述基板上的左基座和右基座，所述左基座上安装有朝向所述右基座方向的分度盘，所述分度盘上安装有三爪自定心卡盘，所述右基座上安装有指向所述左基座方向的伸缩套筒，所述伸缩套筒的前端安装有旋转顶针，所述旋转顶针为改制型旋转顶针，所述改制型旋转顶针的前端被削平并在所述旋转顶针的前端外圆位置安装有三个浮动支撑缸，所述浮动支撑缸的前端顶头指向所述左基座方向；所述分度盘的回转轴线与所述旋转顶针的旋转轴线同轴；装夹时所述多连体涡轮的中间轴的平头端外圆通过所述三爪自定心卡盘定位夹紧，所述多连体涡轮的中间轴的球头端毛坯面通过所述三个浮动支撑缸实现三点式浮动顶住并锁紧；所述砂轮移动切割工装包括移动设置在所述多连体涡轮旁的砂轮机。

优选的，所述三个浮动支撑缸在所述旋转顶针的前端外圆位置沿圆周方向均匀布置。

作为本发明的进一步改进，所述旋转顶针的前端外圆位置还设置有三个向着所述左基座方向延伸的支撑腿，三个所述支撑腿的前端共同连接有一预定位圈，所述预定位圈的内孔设置有环形槽，所述环形槽内安装有一环形空心气圈，所述环形空心气圈通过压缩空气管路和设置在所述压缩空气管路上的电磁阀连接压缩空气源。

本发明中，所述砂轮移动切割工装还包括固定设置在所述基板上且靠所述多连体涡轮一侧的直线导轨、移动设置在所述直线导轨上的砂轮机安装座，所述砂轮机安装座通过连接所述砂轮机安装座的丝杆和连接所述丝杆的减速伺服电机的带动实现切割时所述砂轮机沿所述直线导轨方向的移动。

作为本发明的更进一步改进，在所述丝杆上与所述减速伺服电机的输出轴连接部串接有一拉压力传感器，所述减速伺服电机、拉压力传感器分别连接控制系统；切割时，所述控制系统根据所述拉压力传感器检测到的丝杆推进力动态调整进给速度，使得丝杆推进力保持恒定或不超过预先设定的值，从而实现切削力受控的变速切割。

优选的，在所述丝杆上与所述减速伺服电机的输出轴连接部串接有弹性缓冲垫。

上述弹性缓冲垫可以在砂轮机的砂轮片刚与工件接触时起到缓冲作用，从而保护和提高砂轮片的使用寿命，并提高切割的安全性。

优选的，所述旋转顶针的外圆上设置有三个过半圆的缺圆定位孔，所述浮动支撑缸安装定位于所述缺圆定位孔内；所述三个浮动支撑缸连接液压站。

上述缺圆定位孔的设置一方面满足了浮动支撑缸的安装，另一方面方便了浮动支撑缸上油路的外接。

本发明中，所述伸缩套筒采用卧式车床的尾座套筒结构；所述分度盘为数控分度盘；所述三爪自定心卡盘的卡爪夹紧面上焊接有一段贴紧并凸起在所述卡爪夹紧面上的弧形弯曲钢丝，所述弧形弯曲钢丝的所在平面垂直于所述分度盘的回转中心轴线。

优选的，所述基板的下端支承在机架上，所述基板的上端设置有组合移动式透明护罩，所述组合移动式透明护罩移动至所述多连体涡轮外围时同时罩住所述砂轮机；所述直线导轨上设置有风琴式导轨罩。

优选的，所述基板的下端连接有一吸尘罩，所述基板上开设有若干数量连通所述吸尘罩的吸尘孔，所述吸尘罩通过吸尘管路连接吸尘器；所述压缩空气源为气泵，所述压缩空气管路上设置有电动放气阀以用于在卸载工件时将所述环形空心气圈内的压缩空气释放掉。

一种多连体涡轮切割装置的切割方法，包括如下步骤：

(1)工件安装：打开组合移动式透明护罩，进行工件的装夹；装夹时，先进行所述多连体涡轮的中间轴的球头端外圆的定位、再通过三爪自定心卡盘夹紧所述多连体涡轮的中间轴的平头端外圆、最后通过所述三个浮动支撑缸对所述多连体涡轮的中间轴的球头端毛坯面实现三点式浮动顶住并锁紧；其中，装夹所述多连体涡轮的中间轴的球头端外圆时，所述多连体涡轮的中间轴的球头端外圆插入所述环形空心气圈的内孔中，并通过在环形空心气圈中充入压缩空气使得所述环形空心气圈内孔均匀收缩以实现所述多连体涡轮的中间轴的球头端外圆的预定位；装夹完成后，关闭组合移动式透明护罩；

(2)工件切割：控制系统开启吸尘器，同时开启砂轮机旋转、开启连接所述丝杆的减速伺服电机带动砂轮机沿直线导轨方向移动，移动过程中由砂轮机的砂轮片将位于中间轴同一侧的多个涡轮切割下来；

(3)换位切割：控制系统驱动数控分度盘旋转一角度，将中间轴上未切割的一侧涡轮旋转至切割位置再由砂轮机进行切割；

(4)工件取出：重复步骤(3)进行切割，直至中间轴上所有角度位置的涡轮切割完成，关闭砂轮机，打开组合移动式透明护罩，将涡轮和中间轴取出。

本发明的有益效果是：

第一，本发明的一种多连体涡轮切割装置及切割方法，采用了特殊设计的改制型旋转顶针，其对多连体涡轮中间轴的球头端毛坯面的装夹适应性好，且与常规的顶针装夹相比，可以减少一道加工中心孔工序，由此提高了工效。

第二，本发明的一种多连体涡轮切割装置及切割方法，设置有环形空心气圈，能够对多连体涡轮的毛坯外圆进行均匀预定位，由此提高了定位的精度。

第三，本发明的一种多连体涡轮切割装置及切割方法，采用数控分度盘一端的三爪自定心卡盘与另一端的改制型旋转顶针的三点式浮动顶住并锁紧的联合装夹方式，其装夹刚性好，且能够实现一次装夹下多连体涡轮的全部涡轮的切割，其自动化程度好，切割效率高。

第四，本发明的一种多连体涡轮切割装置及切割方法，驱动砂轮机进给作切削进给的减速伺服电机与丝杆的连接部位串接有一拉压力传感器，使得控制系统能够根据所述拉压力传感器检测到的丝杆推进力动态调整进给速度，确保丝杆推进力保持恒定或不超过预先设定的值，从而实现了切削力受控的变速切割，从而使得切割作业稳定可靠，且安全性好。

附图说明

图1是本发明的一种多连体涡轮切割装置的结构示意图；

图2是图1的俯视图；

图3和图4是图2的局部放大视图。

图中：1、基板，2、左基座，3、右基座，4、分度盘，5、三爪自定心卡盘，6、伸缩套筒，7、旋转顶针，8、浮动支撑缸，9、多连体涡轮，10、中间轴，11、中间轴的球头端，12、砂轮机，13、支撑腿，14、预定位圈，15、环形空心气圈，16、直线导轨，17、砂轮机安装座，18、丝杆，19、减速伺服电机，20、拉压力传感器，21、弹性缓冲垫，22、缺圆定位孔，23、弧形弯曲钢丝，24、机架，25、组合移动式透明护罩，26、吸尘罩，27、吸尘孔，28、吸尘器，29、涡轮。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例1：

如图1至4所示为本发明的一种多连体涡轮切割装置的实施例，包括工件定位固定工装和砂轮移动切割工装，所述工件定位固定工装包括基板1和设置在所述基板1上的左基座2和右基座3，所述左基座2上安装有朝向所述右基座3方向的分度盘4，所述分度盘4上安装有三爪自定心卡盘5，所述右基座3上安装有指向所述左基座2方向的伸缩套筒6，所述伸缩套筒6的前端安装有旋转顶针7，所述旋转顶针7为改制型旋转顶针，所述改制型旋转顶针的前端被削平并在所述旋转顶针7的前端外圆位置安装有三个浮动支撑缸8，所述浮动支撑缸8的前端顶头指向所述左基座2方向；所述分度盘4的回转轴线与所述旋转顶针7的旋转轴线同轴；装夹时所述多连体涡轮9的中间轴的平头端外圆通过所述三爪自定心卡盘5定位夹紧，所述多连体涡轮9的中间轴的球头端11毛坯面通过所述三个浮动支撑缸8实现三点式浮动顶住并锁紧；所述砂轮移动切割工装包括移动设置在所述多连体涡轮9旁的砂轮机12。

优选的，所述三个浮动支撑缸8在所述旋转顶针7的前端外圆位置沿圆周方向均匀布置。

作为本发明的进一步改进，所述旋转顶针7的前端外圆位置还设置有三个向着所述左基座2方向延伸的支撑腿13，三个所述支撑腿13的前端共同连接有一预定位圈14，所述预定位圈14的内孔设置有环形槽，所述环形槽内安装有一环形空心气圈15，所述环形空心气圈15通过压缩空气管路和设置在所述压缩空气管路上的电磁阀连接压缩空气源。

本发明中，所述砂轮移动切割工装还包括固定设置在所述基板1上且靠所述多连体涡轮9一侧的直线导轨16、移动设置在所述直线导轨16上的砂轮机安装座17，所述砂轮机安装座17通过连接所述砂轮机安装座17的丝杆18和连接所述丝杆18的减速伺服电机19的带动实现切割时所述砂轮机12沿所述直线导轨16方向的移动。

作为本发明的更进一步改进，在所述丝杆18上与所述减速伺服电机19的输出轴连接部串接有一拉压力传感器20，所述减速伺服电机19、拉压力传感器20分别连接控制系统；切割时，所述控制系统根据所述拉压力传感器20检测到的丝杆18推进力动态调整进给速度，使得丝杆18推进力保持恒定或不超过预先设定的值，从而实现切削力受控的变速切割。

优选的，在所述丝杆18上与所述减速伺服电机19的输出轴连接部串接有弹性缓冲垫21。

上述弹性缓冲垫21可以在砂轮机12的砂轮片刚与工件接触时起到缓冲作用，从而保护和提高砂轮片的使用寿命，并提高切割的安全性。

优选的，所述旋转顶针7的外圆上设置有三个过半圆的缺圆定位孔22，所述浮动支撑缸8安装定位于所述缺圆定位孔22内；所述三个浮动支撑缸8连接液压站。

上述缺圆定位孔22的设置一方面满足了浮动支撑缸8的安装，另一方面方便了浮动支撑缸8上油路的外接。

本发明中，所述伸缩套筒6采用卧式车床的尾座套筒结构；所述分度盘4为数控分度盘；所述三爪自定心卡盘5的卡爪夹紧面上焊接有一段贴紧并凸起在所述卡爪夹紧面上的弧形弯曲钢丝23，所述弧形弯曲钢丝23的所在平面垂直于所述分度盘4的回转中心轴线。

优选的，所述基板1的下端支承在机架24上，所述基板1的上端设置有组合移动式透明护罩25，所述组合移动式透明护罩25移动至所述多连体涡轮9外围时同时罩住所述砂轮机12；所述直线导轨16上设置有风琴式导轨罩。

优选的，所述基板1的下端连接有一吸尘罩26，所述基板1上开设有若干数量连通所述吸尘罩26的吸尘孔27，所述吸尘罩26通过吸尘管路连接吸尘器28；所述压缩空气源为气泵，所述压缩空气管路上设置有电动放气阀以用于在卸载工件时将所述环形空心气圈15内的压缩空气释放掉。

实施例2：

一种采用实施例1的多连体涡轮切割装置的切割方法，包括如下步骤：

(1)工件安装：打开组合移动式透明护罩25，进行工件的装夹；装夹时，先进行所述多连体涡轮9的中间轴的球头端11外圆的定位、再通过三爪自定心卡盘5夹紧所述多连体涡轮9的中间轴的平头端外圆、最后通过所述三个浮动支撑缸8对所述多连体涡轮9的中间轴的球头端11毛坯面实现三点式浮动顶住并锁紧；其中，装夹所述多连体涡轮9的中间轴的球头端11外圆时，所述多连体涡轮9的中间轴的球头端11外圆插入所述环形空心气圈15的内孔中，并通过在环形空心气圈15中充入压缩空气使得所述环形空心气圈15内孔均匀收缩以实现所述多连体涡轮9的中间轴的球头端11外圆的预定位；装夹完成后，关闭组合移动式透明护罩25；

(2)工件切割：控制系统开启吸尘器28，同时开启砂轮机12旋转、开启连接所述丝杆18的减速伺服电机19带动砂轮机12沿直线导轨16方向移动，移动过程中由砂轮机12的砂轮片将位于中间轴10同一侧的多个涡轮切割下来；

(3)换位切割：控制系统驱动数控分度盘4旋转一角度，将中间轴10上未切割的一侧涡轮旋转至切割位置再由砂轮机12进行切割；

(4)工件取出：重复步骤(3)进行切割，直至中间轴10上所有角度位置的涡轮切割完成，关闭砂轮机12，打开组合移动式透明护罩25，将涡轮29和中间轴10取出。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。