一种航空发动机环形燃烧室加工装置及方法

技术领域

本发明涉及航空航天零部件加工技术领域，特别涉及一种航空发动机环形燃烧室加工装置及方法。

背景技术

燃气涡轮发动机的燃烧室由扩压器、燃烧室壳体、火焰筒、燃料喷嘴、点火装置构成；分为单管燃烧室、联管燃烧室、环形燃烧室，环形燃烧室空间类似于环管形燃烧室空间，是在气缸（机壳）内环绕主轴的一个空间。在环形燃烧室空间内有火焰筒，火焰筒也是环形结构，火焰筒周围加工有成千上万的气孔，用于实现了冷却以及空气与燃油的充分混合，气孔的方向与火焰筒的轴线方向垂直，目前气孔的加工一般采用激光或电子束进行加工，加工过程中需要对火焰筒进行装夹，然后进行加工，由于火焰筒的轮廓形状不是规则的形状，同时火焰筒具有典型的薄壁特征，这就给加工过程中火焰筒的装夹以及打孔位置的确定带来的较高的难度，工人的熟练程度决定了成品火焰筒的加工质量。

基于此，本发明公开了一种航空发动机环形燃烧室加工装置及方法，从火焰筒的安装固定以及打孔过程方面入手，提供一种能够对火焰筒实现高精度全自动气孔加工的装置和方法。

发明内容

针对上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种航空发动机环形燃烧室加工装置，包括支撑组件、驱动组件、打孔组件和安装组件，所述的支撑组件设置在驱动组件的上方，所述的驱动组件上滑动安装有打孔组件，所述的驱动组件包括转轴，所述的驱动组件驱动转轴和打孔组件同时运动，所述的转轴上设置有安装组件，所述的安装组件用于安装火焰筒，所述的打孔组件用于对安装组件上安装的火焰筒进行气孔加工，所述的支撑组件用于实现转轴的定位。

进一步的，所述的支撑组件包括机架，所述的机架安装在驱动组件上，所述的机架上方设置有两组滑轨，每个滑轨内部均滑动安装有一个滑动板，位于同一组中的两个滑动板的其中一个上固定安装有第一齿条，另一个通过立板固定安装有第一齿条，同一组的两个第一齿条同时与第一齿轮形成齿轮传动，所述的第一齿轮同轴固定安装在第一电机的输出轴上，所述的第一电机固定安装在第一转动座上，所述的第一转动座固定安装在机架上，同一组中的两个滑动板上相对的面上设置有弧形板，所述的弧形板用于对转轴进行定位。

进一步的，所述的驱动组件包括底座，所述的机架固定安装在底座上，所述的底座上设置有两组第二转动座，其中一组第二转动座之间转动安装有第一丝杠，所述的第一丝杠与第二电机的输出轴同轴固定连接，所述的转轴通过轴承转动安装在机架上，所述的第一丝杠上同轴固定安装有第一带轮，所述的转轴上同轴固定安装有第二带轮，所述的第二带轮通过皮带与第一带轮形成带传动。

进一步的，所述的打孔组件包括安装座，所述的底座上另一组第二转动座之间设置有第一导向杆，所述的安装座下方设置有两个滑座，其中一个滑座与第一丝杠形成螺纹配合，另一个滑座滑动安装在第一导向杆上，所述的安装座上转动安装有第二丝杆，所述的第二丝杆与第三电机的输出轴同轴固定连接，所述的第三电机固定安装在安装座上，所述的第二丝杆与第二齿条形成螺纹配合，所述的第二齿条滑动安装在安装座上，所述的安装座上通过第一连接板和第二连接板固定安装有固定环，所述的固定环上同轴转动安装有转动环，所述的第二丝杆上螺纹连接有第二齿条，第二齿条滑动安装在安装座上，所述的转动环外部同轴固定安装有齿圈，所述的齿圈与第二齿条形成齿轮齿条配合。

进一步的，所述转动环上圆周均匀设置有多个缺口，缺口对应的转动环上滑动安装有第一滑杆，所述的第一滑杆位于转动环内部的一端上固定安装有安装筒，所述的安装筒内部用于放置电子束发射器，所述的安装筒上转动安装有转动架，所述的转动架的端部转动安装有滚珠，所述的转动架上设置有销轴，所述的销轴上转动安装有第一升降板的第一端，所述的第一升降板滑动安装在限位板内部，所述的限位板的两端滑动安装在升降架上，所述的升降架滑动安装在转动环上，同一组的两个升降架分别固定安装在固定板的两端，所述的固定板上固定安装有连接板，所述的连接板与第一滑杆位于转动环外部的一端固定连接，所述的固定板与限位板之间设置有第一电缸，所述的转动环的外部设置有用于实现第一滑杆径向固定的定位组件。

进一步的，所述的定位组件包括设置在第一滑杆外侧的摩擦筒，所述的摩擦筒固定安装在转动环上，所述的摩擦筒上端设置有开口，所述的摩擦筒与连接板之间设置有与第一滑杆同轴的第一弹簧，位于第一滑杆的两侧的转动环上同轴设置有两个套环，两个套环上相对的两个面上设置有多个挤压凸起，所述的摩擦筒设置在两个挤压凸起之间，两个所述的套环上设置有多个固定框架，所述的套环内侧面上设置有支杆，所述的套环上设置有容纳支杆的弧形槽，两个所述的套环之间的转动环上通过第三导向杆设置有电机座，所述的电机座上固定安装有第四电机，所述的第四电机的输出轴与第三丝杆同轴固定连接，所述的第三丝杆转动安装在转动环上，所述的第三丝杆上螺纹连接有第二升降板，所述的第二升降板与第三导向杆滑动连接，所述的第二升降板的两侧分别通过第二铰接板与支杆连接，两个套环之间的转动环上固定安装有两个支架，两个支架之间设置有两个固定轴，每个固定轴上分别转动安装有两个侧板，位于同一个固定轴上的两个侧板之间设置有两个连接杆，位于下方的连接杆设置在固定框架内部，所述的第二升降板的两侧分别设置有推板，所述的推板用于驱动侧板转动。

进一步的，所述的转轴中部和远离轴承的端部均设置有轴套，所述的转轴转动安装在两个轴套上，两个所述的轴套上贯穿设置有第二导向杆，两个所述的轴套之间设置有螺纹结构，两个所述的轴套之间安装有安装组件。

所述的安装组件包括安装管，所述的安装管与转轴形成螺纹配合，所述的安装管滑动安装在第二导向杆上，所述的安装管上设置有两个安装圆盘，其中一个安装圆盘固定安装在安装管上，另一个安装圆盘滑动安装在安装管上，每个安装圆盘上滑动安装有多个第二滑杆，两个相互靠近的第二滑杆的端部上设置有挡板，两个挡板之间设置有第二电缸，所述的挡板与安装圆盘之间设置有与第二滑杆同轴的第二弹簧。

进一步的，所述的安装圆盘的外部同轴转动安装有两个滑动架，所述的两个滑动架之间通过第四电缸连接，所述的滑动架上滑动安装有多个伸缩架，所述的伸缩架的端部的两侧分别通过第三弹簧连接有固定球，所述的安装管上还同轴设置有两个安装环，所述的安装环与安装圆盘之间设置有第三电缸，所述的安装环通过第一铰接板与伸缩架铰接，所述的第一铰接板从安装圆盘上的镂空结构穿过。

一种航空发动机环形燃烧室加工方法，包括以下步骤：

步骤一：将火焰筒套设在安装组件的外侧，通过安装组件将火焰筒的两端固定；

步骤二：通过支撑组件将转轴的两端固定；

步骤三：启动第二转动座，首先调整打孔组件与火焰筒的轴向相对位置，然后将安装筒的径向位置固定，最后启动第三电机，对火焰筒一个圆周平面进行气孔加工，重复本步骤，直到气孔加工完成；

步骤四：转换支撑组件对转轴不同位置的夹持固定，将加工后的火焰筒从安装组件上取下，完成加工过程。

本发明与现有技术相比的有益效果是：（1）本发明设置的安装组件的尺寸能够进行调节以适应火焰筒的长度和两端直径的形状，夹持方式不会造成火焰筒形变，同时能够自动让位，保证一次装夹实现火焰筒的全方位加工；（2）本发明设置的驱动组件同时驱动打孔组件和安装组件向同一方向运动，利用打孔组件和安装组件运动速度差调节打孔组件和安装组件的相对位置，实现了高精度调节；（3）本发明设置的打孔组件通过滚珠与火焰筒接触精确控制打孔点位，同时打孔组件通过利用第二丝杆驱动第二齿条滑动进而实现驱动安装筒的高精度转动，保证气孔密集均匀地分布在火焰筒上；（4）本发明设置的支撑组件能保证转轴处于水平状态，便于火焰筒的装卸，以及保证了打孔组件和安装组件的同轴度。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图（第一视角）。

图2为本发明整体结构示意图（第二视角）。

图3为本发明支撑组件和驱动组件结构示意图。

图4为本发明驱动组件、打孔组件和安装组件结构示意图。

图5为本发明驱动组件和打孔组件结构示意图。

图6为本发明打孔组件结构示意图（第一视角）。

图7为本发明打孔组件部分结构示意图一。

图8为图7中A处的局部放大示意图。

图9为本发明打孔组件部分结构示意图二。

图10为图9中B处的局部放大示意图。

图11为本发明安装组件和驱动组件部分结构示意图。

图12为图11中C处的局部放大示意图。

图13为本发明安装组件部分结构示意图一。

图14为本发明安装组件部分结构示意图二。

附图标号：1-支撑组件；101-机架；102-滑轨；103-滑动板；104-第一齿轮；105-第一转动座；106-第一电机；107-立板；108-第一齿条；109-弧形板；2-驱动组件；201-第一导向杆；202-底座；203-第二转动座；204-第一丝杠；205-第一带轮；206-第二电机；207-皮带；208-第二带轮；209-轴承；210-转轴；211-第二导向杆；212-轴套；3-打孔组件；301-安装座；302-第二丝杆；303-第二齿条；304-第一连接板；305-第三电机；306-第二连接板；307-固定环；308-齿圈；309-第一滑杆；310-安装筒；311-转动架；312-销轴；313-滚珠；314-第一升降板；315-限位板；316-升降架；317-固定板；318-连接板；319-第一弹簧；320-转动环；321-第一电缸；4-安装组件；401-安装管；402-安装圆盘；403-第二滑杆；404-第二弹簧；405-挡板；406-第二电缸；407-第三电缸；408-安装环；409-第一铰接板；410-伸缩架；411-滑动架；412-第四电缸；413-第三弹簧；414-固定球；5-定位组件；501-摩擦筒；502-挤压凸起；503-套环；504-第四电机；505-电机座；506-第三导向杆；507-第三丝杆；508-第二升降板；509-推板；510-连接杆；511-侧板；512-固定轴；513-第二铰接板；514-支架；515-固定框架；516-支杆；6-火焰筒。

具体实施方式

下面结合附图对本发明具体实施方式做进一步说明。

实施例：参考图1-图14，一种航空发动机环形燃烧室加工装置，包括支撑组件1、驱动组件2、打孔组件3和安装组件4，支撑组件1设置在驱动组件2的上方，驱动组件2上滑动安装有打孔组件3，驱动组件2包括转轴210，驱动组件2驱动转轴210和打孔组件3同时运动，转轴210上设置有安装组件4，安装组件4用于安装火焰筒6，打孔组件3用于对安装组件4上安装的火焰筒6进行气孔加工，支撑组件1用于实现转轴210的定位。

如图1、图2、图3所示，支撑组件1包括机架101、滑轨102、滑动板103、第一齿轮104、第一转动座105、第一电机106、立板107、第一齿条108和弧形板109，机架101安装在驱动组件2上，机架101上方设置有两组滑轨102，每个滑轨102内部均滑动安装有一个滑动板103，位于同一组中的两个滑动板103的其中一个上固定安装有第一齿条108，另一个通过立板107固定安装有第一齿条108，同一组的两个第一齿条108同时与第一齿轮104形成齿轮传动，第一齿轮104同轴固定安装在第一电机106的输出轴上，第一电机106固定安装在第一转动座105上，第一转动座105固定安装在机架101上，同一组中的两个滑动板103上相对的面上设置有弧形板109，弧形板109用于对转轴210进行定位。

如图1、图2、图3所示，驱动组件2包括第一导向杆201、底座202、第二转动座203、第一丝杠204、第一带轮205、第二电机206、皮带207、第二带轮208、轴承209、转轴210、第二导向杆211和轴套212，机架101固定安装在底座202上，底座202上设置有两组第二转动座203，其中一组第二转动座203之间转动安装有第一丝杠204，第一丝杠204与第二电机206的输出轴同轴固定连接，转轴210通过轴承209转动安装在机架101上，第一丝杠204上同轴固定安装有第一带轮205，转轴210上同轴固定安装有第二带轮208，第二带轮208通过皮带207与第一带轮205形成带传动。

如图4、图5、图6、图7和图8所示，打孔组件3包括安装座301、第二丝杆302、第二齿条303、第一连接板304、第三电机305、第二连接板306、固定环307、齿圈308、第一滑杆309、安装筒310、转动架311、销轴312、滚珠313、第一升降板314、限位板315、升降架316、固定板317、连接板318、第一弹簧319、转动环320和第一电缸321，底座202上另一组第二转动座203之间设置有第一导向杆201，安装座301下方设置有两个滑座，其中一个滑座与第一丝杠204形成螺纹配合，另一个滑座滑动安装在第一导向杆201上，安装座301上转动安装有第二丝杆302，第二丝杆302与第三电机305的输出轴同轴固定连接，第三电机305固定安装在安装座301上，第二丝杆302与第二齿条303形成螺纹配合，第二齿条303滑动安装在安装座301上，安装座301上通过第一连接板304和第二连接板306固定安装有固定环307，第一连接板304固定安装在安装座301上，第二连接板306固定安装在固定环307上，第一连接板304与第二连接板306固定连接，固定环307上同轴转动安装有转动环320，第二丝杆302上螺纹连接有第二齿条303，第二齿条303滑动安装在安装座301上，转动环320外部同轴固定安装有齿圈308，齿圈308与第二齿条303形成齿轮齿条配合，转动环320上圆周均匀设置有多个缺口，缺口对应的转动环320上滑动安装有第一滑杆309，第一滑杆309位于转动环320内部的一端上固定安装有安装筒310，安装筒310内部用于放置电子束发射器，安装筒310上转动安装有转动架311，转动架311的端部转动安装有滚珠313，转动架311上设置有销轴312，销轴312上转动安装有第一升降板314的第一端，第一升降板314滑动安装在限位板315内部，限位板315的两端滑动安装在升降架316上，升降架316滑动安装在转动环320上，同一组的两个升降架316分别固定安装在固定板317的两端，固定板317上固定安装有连接板318，连接板318与第一滑杆309位于转动环320外部的一端固定连接，固定板317与限位板315之间设置有第一电缸321，转动环320的外部设置有用于实现第一滑杆309径向固定的定位组件5。

如图7、图8、图9、图10所示，定位组件5包括摩擦筒501、挤压凸起502、套环503、第四电机504、电机座505、第三导向杆506、第三丝杆507、第二升降板508、推板509、连接杆510、侧板511、固定轴512、第二铰接板513、支架514、固定框架515和支杆516，摩擦筒501设置在第一滑杆309外侧，摩擦筒501固定安装在转动环320上，摩擦筒501上端设置有开口，摩擦筒501与连接板318之间设置有与第一滑杆309同轴的第一弹簧319，位于第一滑杆309的两侧的转动环320上同轴设置有两个套环503，两个套环503上相对的两个面上设置有多个挤压凸起502，摩擦筒501设置在两个挤压凸起502之间，两个套环503上设置有多个固定框架515，套环503内侧面上设置有支杆516，套环503上设置有容纳支杆516的弧形槽，两个套环503之间的转动环320上通过第三导向杆506设置有电机座505，电机座505上固定安装有第四电机504，第四电机504的输出轴与第三丝杆507同轴固定连接，第三丝杆507转动安装在转动环320上，第三丝杆507上螺纹连接有第二升降板508，第二升降板508与第三导向杆506滑动连接，第二升降板508的两侧分别通过第二铰接板513与支杆516连接，两个套环503之间的转动环320上固定安装有两个支架514，两个支架514之间设置有两个固定轴512，每个固定轴512上分别转动安装有两个侧板511，位于同一个固定轴512上的两个侧板511之间设置有两个连接杆510，位于下方的连接杆510设置在固定框架515内部，第二升降板508的两侧分别设置有推板509，推板509用于驱动侧板511转动。

转轴210中部和远离轴承209的端部均设置有轴套212，转轴210转动安装在两个轴套212上，两个轴套212上贯穿设置有第二导向杆211，两个轴套212之间设置有螺纹结构，两个轴套212之间安装有安装组件4。

如图11、图12、图13和图14所示，安装组件4包括安装管401、安装圆盘402、第二滑杆403、第二弹簧404、挡板405、第二电缸406、第三电缸407、安装环408、第一铰接板409、伸缩架410、滑动架411、第四电缸412、第三弹簧413和固定球414，安装管401与转轴210形成螺纹配合，安装管401滑动安装在第二导向杆211上，安装管401上设置有两个安装圆盘402，其中一个安装圆盘402固定安装在安装管401上，另一个安装圆盘402滑动安装在安装管401上，每个安装圆盘402上滑动安装有多个第二滑杆403，两个相互靠近的第二滑杆403的端部上设置有挡板405，两个挡板405之间设置有第二电缸406，挡板405与安装圆盘402之间设置有与第二滑杆403同轴的第二弹簧404，安装圆盘402的外部同轴转动安装有两个滑动架411，两个滑动架411之间通过第四电缸412连接，滑动架411上滑动安装有多个伸缩架410，伸缩架410的端部的两侧分别通过第三弹簧413连接有固定球414，安装管401上还同轴设置有两个安装环408，安装环408与安装圆盘402之间设置有第三电缸407，安装环408通过第一铰接板409与伸缩架410铰接，第一铰接板409从安装圆盘402上的镂空结构穿过。

本发明公开的一种航空发动机环形燃烧室加工装置的工作原理为：加工前，打孔组件3与安装组件4不重叠，启动两个位于机架101上方的第一电机106，第一电机106通过第一齿轮104驱动与其连接的两个第一齿条108同时反向滑动，第一齿条108带动滑动板103相向或相背运动，其中一组滑动板103通过弧形板109将位于转轴210中部的轴套212夹持住，另一组滑动板103将位于转轴210端部的轴套212松开，操作人员将火焰筒6套设在安装组件4的外部，安装安装组件4时，首先启动安装组件4上靠近打孔组件3的一个第三电缸407，第三电缸407驱动安装环408在安装管401上滑动，安装环408通过第一铰接板409驱动多个伸缩架410在滑动架411上滑动，伸缩架410滑动将其上安装的两个固定球414调整到与火焰筒6的端部对应的位置上，将火焰筒6推入两个固定球414之间，实现火焰筒6一端的固定，接下来启动第二电缸406，第二电缸406的活塞伸出，使得两个安装圆盘402之间的距离变大，将另一个安装圆盘402推出火焰筒6内部后启动其上安装的第三电缸407，第三电缸407驱动安装环408滑动，进而驱动伸缩架410滑出，固定球414调整到对应火焰筒6另一端的位置上后，启动第二电缸406，第二电缸406驱动安装圆盘402收回，将火焰筒6另一端卡进两个固定球414之间，实现火焰筒6的固定，通过第四电缸412活动端的伸出和收回驱动两个滑动架411的相对转动，进而实现固定球414与火焰筒6上接触位置的变化，实现让位，调整支撑组件1将位于转轴210中部的轴套212松开，同时将位于转轴210端部的轴套212固定。

固定好火焰筒6后启动打孔组件3上的第一电缸321，第一电缸321推动限位板315在升降架316上滑动，随着限位板315的滑动，限位板315通过第一升降板314驱动转动架311在安装筒310上转动，使得滚珠313调整到位于安装筒310轴线上的位置上，安装筒310的轴线与转动环320的轴线平行，调整好后启动第二电机206，第二电机206通过第一带轮205、皮带207和第二带轮208驱动转轴210和第一丝杠204同时转动，第一丝杠204的螺距大于转轴210的螺距，第一丝杠204和转轴210的螺纹旋向相同，这样设置的目的是通过第一丝杠204和转轴210的速度差驱动打孔组件3和安装组件4相对运动，提高调整精度，随着打孔组件3运动到火焰筒6的外部，滚珠313与火焰筒6的外部接触，此时滚珠313与火焰筒6接触的位置即安装筒310内部射出的电子束打在火焰筒6上的位置，随着火焰筒6直径的变化，在第一滑杆309和转动架311的作用下，第一滑杆309在转动环320上滑动，第一弹簧319的作用是保证滚珠313与火焰筒6的接触，当运动到设定的加工平面时，启动第四电机504，第四电机504驱动第三丝杆507转动，第三丝杆507驱动第二升降板508在第三导向杆506上向上滑动，滑动的过程中通过第二铰接板513拉动两个套环503相对转动，套环503上设置的挤压凸起502将第一滑杆309外部的摩擦筒501抱紧，摩擦筒501通过摩擦力将第一滑杆309固定住，同时推板509与连接杆510接触，驱动侧板511转动，位于固定框架515内部的连接杆510驱动两个套环503向着相互靠近的方向移动，实现更好的固定效果，然后第一电缸321的活动端缩回，滚珠313向上抬起，让出电子束的发射路径，发射电子束进行气孔加工。

在加工的过程中启动第三电机305，第三电机305驱动第二齿条303在安装座301上滑动，第二齿条303驱动齿圈308进行精确转动，齿圈308带动转动环320转动，实现一个平面上的气孔加工。

一个平面加工完成后，滚珠313反向转动回到安装筒310轴线上，定位组件5解除对第一滑杆309的固定，打孔组件3运动到下一平面，重复上述操作完成整个火焰筒6上的气孔加工。

一种航空发动机环形燃烧室的加工方法，包括以下步骤：

步骤一：将火焰筒6套设在安装组件4的外侧，通过安装组件4将火焰筒6的两端固定；

步骤二：通过支撑组件1将转轴210的两端固定；

步骤三：启动第二转动座203，首先调整打孔组件3与火焰筒6的轴向相对位置，然后将安装筒310的径向位置固定，最后启动第三电机305，对火焰筒6一个圆周平面进行气孔加工，重复本步骤，直到气孔加工完成；

步骤四：转换支撑组件1对转轴210不同位置的夹持固定，将加工后的火焰筒6从安装组件4上取下，完成加工过程。