一种航空发动机叶片随型铣加工夹具

技术领域

本发明属于航空发动机零件加工制造技术领域，具体涉及一种航空发动机叶片随型铣加工夹具。

背景技术

飞机发动机工作时，主要靠叶片来旋转，叶片的主要作用是把进入发动机的空气进行初步压缩，压缩后的气体分两路，一路进入内涵道进行继续压缩，一路流进外涵道直接高速排除，产生巨大的推力。

飞机发动机的叶片大小不同、形状各异。从形状上看，带阻尼台结构的叶片更复杂，叶片长度更长，并且叶片设计大都比较薄，因此带阻尼台转子叶片加工则更易变形。对于带阻尼台的转子叶片，加工制造多采用数控加工机床加工，采用传统原有的铣削方法存在装卡次数多，加工效率低，加工过程中易出现让刀和啃刀现象，加工后叶片变形大，叶片截面形状与设计有较大误差。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种航空发动机叶片随型铣加工夹具，其目的在于解决加工效率低，加工过程中易出现让刀和啃刀现象，加工后叶片变形大，叶片截面形状与设计有较大误差的问题。

为了解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种航空发动机叶片随型铣加工夹具，包括正对设置的两个第一轴承座，两个所述第一轴承座上分别装配有一个第一轴承，两个所述第一轴承座之间连接有直线滑轨，所述直线滑轨上滑动设置有第二轴承座，所述第二轴承座上装配有一个第二轴承，所述第二轴承与两个所述第一轴承的轴线重合且平行于所述直线滑轨；两个所述第一轴承的内圈分别固定有一个连接板，两个所述连接板的相对面上分别设置有榫头定位件和叶尖定位座；所述第二轴承的内圈端面上固定有夹紧件安装座，所述夹紧件安装座上正对所述第二轴承的内圈孔位置贯通开设有用于叶片穿过的通孔，所述夹紧件安装座上背离所述第二轴承座的一侧设置有能够夹紧叶身任意部位的自适应夹紧装置。

进一步地，所述自适应夹紧装置包括设置在所述夹紧件安装座上的夹紧驱动组件，所述夹紧驱动组件上连接有一对夹臂，所述夹紧驱动组件能够驱动一对所述夹臂相互靠近或者远离，一对所述夹臂的夹紧端铰接有一对夹紧块，一对所述夹紧块用于对叶身进行夹紧。

进一步地，所述夹紧驱动组件包括差速器、驱动电机以及位于同一直线上的两根第一丝杠，所述差速器固定在所述夹紧件安装座上，所述驱动电机的动力输出端与所述差速器的动力输入端连接，两根所述第一丝杠相互背离的一端转动连接在所述夹紧件安装座上，两根所述第一丝杠相互靠近的一端分别连接在所述差速器的第一动力输出端和第二动力输出端，一对所述夹臂分别与两根所述第一丝杠连接形成丝杠传动机构。

进一步地，所述夹紧件安装座上背离所述第二轴承座的一侧还设置有供电滑环，所述供电滑环的轴线与所述第二轴承座的轴线重合，所述供电滑环用于向所述驱动电机供电。

进一步地，所述夹紧件安装座上背离所述第二轴承座的一侧设置有两个所述自适应夹紧装置。

进一步地，所述直线滑轨上滑动套设有直线轴承，所述第二轴承座固定在所述直线轴承上。

进一步地，还包括连接在两个所述第一轴承座之间的第二丝杠，所述第二丝杠与所述直线滑轨平行，所述第二丝杠套设有电机滑块，所述电机滑块与所述第二丝杠形成丝杠传动机构，所述第二轴承座固定在所述电机滑块上。

进一步地，两个所述连接板的相背面上均设置有用于与数控机床配合连接的转接轴。

进一步地，所述榫头定位件包括榫头安装座和Y向限位销，所述榫头安装座和所述Y向限位销配合用于限制叶片沿-X向、Y向、Z向、a轴向和c轴向的自由度；所述X向和a轴向为平行于所述直线滑轨的方向，所述Z向和c轴向为竖直向上的方向。

进一步地，所述叶尖定位件包括叶尖夹块和顶尖，所述叶尖夹块和所述顶尖配合用于限制叶片沿+X向和b轴向的自由度。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明提供的一种航空发动机叶片随型铣加工夹具，将该夹具装设于数控机床上，使两个连接板分别与数控机床的转轴连接，由数控机床工作台提供旋转动力。将叶片的榫头和叶尖分别与榫头定位件和叶尖定位座配合安装，利用自适应夹紧装置对叶片的叶身部位进行夹紧，叶片完全限位并夹紧，数控机床的旋转轴转动驱动两个连接板带动第一轴承转动，随之带动叶片、自适应夹紧装置、夹紧件安装座以及第二轴承一起旋转，加工过程中叶片随数控机床工作台绕叶片积叠轴旋转，并在此过程中自适应夹紧装置始终支承叶身，随着铣叶身过程进行，自适应夹紧装置支承叶身的位置需调整，此时松开自适应夹紧装置对叶身的夹紧之后，控制第二轴承座沿直线滑轨移动，移动至合适的位置后，再利用自适应夹紧装置对叶身进行夹紧，继续进行叶片铣加工。本发明的夹具使其配合数控机床可以设计出合理的走刀路径，减化加工工序；同时，在叶片加工制造过程中，能够持续提供良好的支撑作用，并能适应叶片复杂型面的变化需求，减少叶片加工过程的让刀、啃刀、变形现象，提高叶片表面的光洁度以及叶片的加工质量和效率。

由此，便实现了加工叶身时夹具随动夹持叶片叶身并随设备轴旋转等工艺方案要求。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式中的技术方案，下面将对具体实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一种航空发动机叶片随型铣加工夹具的轴测图；

图2为本发明实施例一种航空发动机叶片随型铣加工夹具中叶片定位示意图，其中，(a)为正视剖面图，(b)为俯视图；

图3为本发明实施例一种航空发动机叶片随型铣加工夹具中自适应夹紧装置正视图；

图4为本发明实施例一种航空发动机叶片随型铣加工夹具中自适应夹紧装置侧视图；

图5为本发明实施例一种航空发动机叶片随型铣加工夹具中直线滑轨俯视图。

图中：1-第一轴承座；2-第一轴承；3-直线滑轨；4-第二轴承座；5-第二轴承；6-连接板；7-榫头定位件；70-榫头安装座；71-Y向限位销；8-叶尖定位件；80-叶尖夹块；81-顶尖；9-夹紧件安装座；10-通孔；11-自适应夹紧装置；110-夹臂；111-夹紧块；112-差速器；113-驱动电机；114-第一丝杠；12-直线轴承；13-第二丝杠；14-电机滑块；15-转接轴；16-供电滑环；17-叶片。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

结合图1至图5所示，本发明实施例一种航空发动机叶片随型铣加工夹具，包括正对设置的两个第一轴承座1，两个第一轴承座1上分别装配有一个第一轴承2，两个第一轴承座1之间连接有直线滑轨3，直线滑轨3上滑动设置有第二轴承座4，第二轴承座4上装配有一个第二轴承5，第二轴承5与两个第一轴承2的轴线重合且平行于直线滑轨3。两个第一轴承2的内圈分别固定有一个连接板6，两个连接板6的相对面上分别设置有榫头定位件7和叶尖定位座8；第二轴承5的内圈端面上固定有夹紧件安装座9，夹紧件安装座9上正对第二轴承5的内圈孔位置贯通开设有用于叶片穿过的通孔10，夹紧件安装座9上背离第二轴承座4的一侧设置有能够夹紧叶身任意部位的自适应夹紧装置11。

具体地说，在使用时，将该夹具装设于数控机床上，使两个连接板6分别与数控机床的转轴连接，由数控机床工作台提供旋转动力。将叶片17的榫头和叶尖分别与榫头定位件7和叶尖定位座8配合安装，利用自适应夹紧装置11对叶片17的叶身部位进行夹紧，叶片17完全限位并夹紧，数控机床的旋转轴转动驱动两个连接板6带动第一轴承2转动，随之带动叶片17、自适应夹紧装置11、夹紧件安装座9以及第二轴承5一起旋转，加工过程中叶片17随数控机床工作台绕叶片积叠轴(亦即工作台中心)旋转，并在此过程中自适应夹紧装置11始终支承叶身，随着铣叶身过程进行，自适应夹紧装置11支承叶身的位置需调整，此时松开自适应夹紧装置11对叶身的夹紧之后，控制第二轴承座4沿直线滑轨3移动(调整的范围及频次根据工艺需求而定)，移动至合适的位置后，再利用自适应夹紧装置11对叶身进行夹紧，继续进行叶片铣加工。由此，便实现了加工叶身时夹具随动夹持叶片叶身并随设备轴旋转等工艺方案要求。

优选的，结合图2所示，榫头定位件7包括榫头安装座70和Y向限位销71，榫头安装座70和Y向限位销71配合用于限制叶片沿-X向、Y向、Z向、a轴向和c轴向的自由度；X向和a轴向为平行于直线滑轨3的方向，Z向和c轴向为竖直向上的方向。叶尖定位件8包括叶尖夹块80和顶尖81，叶尖夹块80和顶尖81配合用于限制叶片沿+X向和b轴向的自由度。

示例性的，由于本工序中涉及的工件叶片往往较大，如本次项目试制的叶片长度为870mm，而叶片的被定位面榫头斜面面积小，夹具定位面制造误差传递至叶尖后产生的扰度放大程度过大，因此本夹具采用联合基准法，如图2所示，榫头定位限制叶片-X向、Y向、Z向、a轴向、c轴向自由度(叶片可绕Φ28中心旋转)，叶尖处顶尖限制叶片+X向、b轴向自由度，叶片便完全定位，再通过其他辅件夹紧。

在一实施例中，结合图1、图3和图4所示，自适应夹紧装置11包括设置在夹紧件安装座9上的夹紧驱动组件，夹紧驱动组件上连接有一对夹臂110，夹紧驱动组件能够驱动一对夹臂110相互靠近或者远离，一对夹臂110的夹紧端铰接有一对夹紧块111，一对夹紧块111用于对叶身进行夹紧。具体地说，因为一对夹紧块111铰接在一对夹臂110上，当夹紧驱动组件驱动一对夹臂110相互靠近时，一对夹紧块111配合并自适应于叶身形状(浮动夹持)，实现对叶片叶身进行夹紧；当夹紧驱动组件驱动一对夹臂110相互远离时，带动一对夹紧块111也相互远离，进而解除对叶身的夹紧。

较佳的，结合图1和图3所示，夹紧驱动组件包括差速器112、驱动电机113以及位于同一直线上的两根第一丝杠114，差速器112固定在夹紧件安装座9上，驱动电机113的动力输出端与差速器112的动力输入端连接，两根第一丝杠114相互背离的一端转动连接在夹紧件安装座9上，两根第一丝杠114相互靠近的一端分别连接在差速器112的第一动力输出端和第二动力输出端，一对夹臂110分别与两根第一丝杠114连接形成丝杠传动机构。具体地说，驱动电机113转动将动力传递给差速器112，差速器112将动力传递至第一丝杠114，第一丝杠114转动使得其上连接的夹臂110沿着丝杠运动，任意一个夹臂110上的夹紧块111到达叶片叶身以后产生阻力，通过差速器112使得另外一个夹臂110继续沿着对应的丝杠运动，直到两个夹紧块111将叶片叶身夹紧。

换言之，实现了随型夹持支承叶身，由于叶身型面曲率变化多样，需要采用一套自动随型的夹持方式来支承叶身，且操作简单高效。本夹具使用差速器与丝杠配合的办法实现此功能，如图3，驱动电机113提供动力，差速器112将动力分配至2处丝杠，再驱动夹臂110带动夹紧块111夹紧叶片叶身，丝杠提供自锁，通过差速器分配的动力自适应叶身型面，直至1对夹紧块111均接触叶身表面并夹紧，此对夹紧力大小相等，并取决于驱动电机113驱动力及丝杠组件结构产生的力放大作用。

通过随动夹持叶身(即自适应夹紧装置11随叶片积叠轴自由旋转，同时抑制叶身法向的位移和振动)，抑制加工过程中叶身变形或振动，以防止进给量不足、啃刀等引起的产品不合格情况。本夹具采用滚动轴承实现这一功能，如图4所示，轴承中心线与叶片积叠轴(或设备工作台中心线)重合，可实现直线滑轨3与自适应夹紧装置11绕轴相对旋转。

更加优选的，如图1所示，在夹紧件安装座9上背离第二轴承座4的一侧还设置有供电滑环16，供电滑环16的轴线与第二轴承座4的轴线重合，供电滑环16用于向驱动电机113供电，具体地说，供电滑环16提供驱动电机113旋转的正极电源。自适应夹紧装置11旋转的同时须持续为提供夹持动力的驱动电机113供电，因此采用电源负极搭铁、正极用滑环供电的方式。

结合图1所示，本实施例中，夹紧件安装座9上背离第二轴承座4的一侧设置有两个自适应夹紧装置11，两个自适应夹紧装置11的具体结构均相同，能够更加可靠的对叶片叶身进行夹紧。

在一实施例中，结合图1和图5所示，在直线滑轨3上滑动套设有直线轴承12，第二轴承座4固定在直线轴承12上。示例性的，两个第一轴承座1之间连接有两个直线滑轨3，每个直线滑轨3均套设有直线轴承12。

在上述实施例的基础上，结合图1和图5所示，航空发动机叶片随型铣加工夹具还包括连接在两个第一轴承座1之间的第二丝杠13，第二丝杠13与直线滑轨3平行，第二丝杠13套设有电机滑块14，电机滑块14与第二丝杠1形成丝杠传动机构，第二轴承座4固定在电机滑块14上。具体地说，由电机滑块14及第二丝杠13配合提供平移动力，即利用电机滑块14与第二丝杠1形成丝杠传动机构，实现对第二轴承座4在直线滑轨3上往复移动的控制。

换言之，第二轴承座4沿直线滑轨3(即X轴)平移，变截面夹持叶身。由于工序要求铣叶身全部，自适应夹紧装置11须在合适时间内在X轴方向调整位置，其过程为夹臂110、夹紧块111先执行松开动作，然后电机滑块14及第二丝杠13控制第二轴承座4带动自适应夹紧装置11沿直线滑轨3平移，后夹臂110、夹紧块111在驱动电机113带动下重新夹紧叶身。应当理解的是，此过程中设备铣叶身动作应为暂停状态。

在一实施例中，结合图1和图2所示，在两个连接板6的相背面上均设置有用于与数控机床配合连接的转接轴15，在使用时，利用转接轴15可方便快速的实现与数控机床的连接。

示例性的，本夹具用于五坐标加工中心上，使其配合数控机床可以设计出合理的走刀路径，减化加工工序；另外，在叶片加工制造过程中，能够持续提供良好的支撑作用，并能适应叶片复杂型面的变化需求，减少叶片加工过程的让刀、啃刀、变形等现象，提高叶片表面的光洁度，以及叶片的加工质量和效率。

本夹具用于定位、夹持大型叶片执行铣叶身工序，在加工过程中辅助支承叶身以防止其震颤造成的让刀、啃刀现象，从而极大提高本工序产品合格率。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。