一种带误差补偿的拉削加工方法及设备 |
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| 申请号 | CN202211357146.2 | 申请日 | 2022-11-01 | 公开(公告)号 | CN115582577A | 公开(公告)日 | 2023-01-10 |
| 申请人 | 杭州电子科技大学; | 发明人 | 陈国金; 赵梓秋; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种带误差补偿的拉削加工方法及设备。该拉削设备包括拉削模 块 和 工作台 。工作台用于装夹 工件 。拉削模块包括安装座、拉床 导轨 、拉削驱动组件、主动夹持微调装置和从动夹持微调装置。主动夹持微调装置和从动夹持微调装置的结构相同，均包括溜板、拉刀夹持组件和拉刀双向微调组件。拉刀夹持组件通过拉刀双向微调组件安装在溜板上。拉刀双向微调组件用于带动拉刀夹持组件在垂直于拉床导轨轴线的平面内进行二 自由度 移动。本发明通过检测拉削得到的工件尺寸，获得拉刀的 位置 误差和垂直度误差的 精度 ，并利用拉刀两端的双向微调组件，动态调整拉刀的位置与 姿态 ，实现对拉刀磨损、拉床加工系统 变形 等误差的补偿。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种带误差补偿的拉削加工方法，其特征在于：采用的拉削设备包括拉削模块和工作台；工作台用于装夹工件；拉削模块包括安装座(3)、拉床导轨(2)、拉削驱动组件、主动夹持微调装置(1)和从动夹持微调装置(8)；拉床导轨(2)固定在安装座(3)上；所述的主动夹持微调装置(1)和从动夹持微调装置(8)的结构相同，均包括溜板(1‑1)、拉刀夹持组件和拉刀双向微调组件；溜板(1‑1)滑动连接在拉床导轨(2)上；主动夹持微调装置(1)的溜板(1‑ |
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| 说明书全文 | 一种带误差补偿的拉削加工方法及设备技术领域[0001] 本发明属于智能制造技术领域，具体涉及一种带误差补偿的拉削加工方法及设备。 背景技术[0002] 在现代制造业中需要大量的关键基础件，这些基础件往往采用车、铣、拉、磨等方法进行机加工。一般来说，拉削方法加工效率高，尤其对复杂表面的成型更是如此。但由于拉削行程长，容易变形，再加之拉刀磨损等原因，迫切需要对拉削过程中的误差进行在线补偿，这样才能取得更高的拉削精度。对航空发动机关键零件而言，特别是航空发动机涡轮盘榫槽，在高温、高压、高转速的恶劣环境下工作。这类零件材料大多采用高温合金、粉末高温合金、钛合金等难加工材料制造，零件形状复杂，尺寸精度要求高，技术条件严格，对零件表面质量、表面完整性要求高，其加工质量的高低直接影响到发动机的使用寿命和安全可靠性。同时由于航空发动机产品的需求大，产品开发周期缩短，对其生产效率要求越来越高。 [0003] 近年来，随着关键基础件、汽车工程、航空工程等领域的不断进步和发展，这些关键零部件的加工技术有了大幅度的提升，从传统的加工工艺和手段，转向闭环控制的拉削加工方法和数控拉削装备等自动化、集成化、精准化及高效化的方向推进和发展。对于形状复杂的航空发动机关键零件和量大面广的关键基础件加工，例如航空发动机涡轮盘榫槽加工，目前基本上采用传统的数控铣削或拉削加工方式和装备。由于形状复杂，加工工序多，普遍存在加工效率低、加工精度难以保证等主要问题。为此，本发明提出面向航空发动机关键零件和量大面广的关键基础件加工，针对拉床加工系统变形和拉刀磨损等误差进行实时补偿的闭环控制拉削加工方法和设备，大大提高了加工精度和效率。 发明内容[0004] 本发明的目的在于提供一种面向航空发动机关键零件和量大面广的关键基础件加工，针对拉床加工系统变形和拉刀磨损等误差进行补偿的闭环控制拉削加工方法及设备。 [0005] 一种带误差补偿的拉削加工方法，采用的拉削设备包括拉削模块和工作台。工作台用于装夹工件。拉削模块包括安装座、拉床导轨、拉削驱动组件、主动夹持微调装置和从动夹持微调装置。拉床导轨固定在安装座上；所述的主动夹持微调装置和从动夹持微调装置的结构相同，均包括溜板、拉刀夹持组件和拉刀双向微调组件。溜板滑动连接在拉床导轨上。主动夹持微调装置的溜板在拉削驱动组件驱动下沿拉床导轨滑动。所述的拉刀夹持组件通过拉刀双向微调组件安装在溜板上。拉刀夹持组件用于装夹拉刀；拉刀双向微调组件用于带动拉刀夹持组件在垂直于拉床导轨轴线的平面内进行二自由度移动。 [0006] 该带误差补偿的拉削加工方法，包括以下步骤： [0007] 步骤一、拉刀两端的刀柄分别装夹在主动夹持微调装置和从动夹持微调装置的拉刀夹持组件上。 [0008] 步骤二、拉削驱动组件驱动拉刀对工件进行拉削；对所得工件的被拉削部位进行尺寸检测，到达拉刀在拉削过程中的位置误差和垂直度误差。 [0009] 步骤三、根据位置误差，同步调整主动夹持微调装置、从动夹持微调装置上的拉刀双向微调组件，使得拉刀的两端同步移动，调节拉刀的位置，减小拉刀的位置误差，提高工件被拉削部位的尺寸精度。 [0010] 步骤四、根据垂直度误差，调整主动夹持微调装置和/或从动夹持微调装置上的拉刀双向微调组件，使得拉刀的其中一端移动，或两端沿相反方向移动，调节拉刀的姿态，减小拉刀的垂直度误差，提高工件被拉削部位的尺寸精度。 [0011] 作为优选，每隔预设的拉削时长或预设的拉削次数，检测最新拉削得到的工件的尺寸精度，并调整主动夹持微调装置、从动夹持微调装置的位置，消除拉刀持久拉削作业中产生的误差。 [0013] 作为优选，所述的拉床导轨和拉床丝杠均竖直设置；主动夹持微调装置位于从动夹持微调装置的正上方。 [0014] 作为优选，所述的拉刀双向微调组件包括Y向调节组件和X向调节组件。Y向调节组件安装在溜板上。X向调节组件安装在Y向调节组件的直线移动部上。拉刀夹持组件安装在X向调节组件的直线移动部上。X向调节组件和Y向调节组件分别能够驱动对应的直线移动部滑动，其滑动方向相互垂直。 [0015] 作为优选，所述的Y向调节组件包括Y向伺服电机、Y向丝杆、Y向轴承座、Y向拖架和Y向导轨。Y向导轨固定在溜板上。Y向拖架滑动连接在Y向导轨上。Y向丝杆通过Y向轴承座和轴承支承在溜板上。Y向拖架上的螺纹孔与Y向丝杆构成螺旋副。Y向伺服电机固定在溜板上，且输出轴与Y向丝杆的一端固定。Y向拖架为Y向调节组件的直线移动部。 [0016] 作为优选，X向调节组件包括X向伺服电机、X向丝杆、X向轴承座、X向拖架和X向导轨。相互平行的两根X向导轨固定在Y向拖架上；X向拖架滑动连接在两根X向导轨上。X向丝杆通过X向轴承座和轴承支承在Y向拖架上。X向拖架上的螺纹孔与X向丝杆构成螺旋副。X向伺服电机固定在Y向拖架上，且输出轴与X向丝杆的一端固定。X向拖架为X向调节组件的直线移动部。 [0017] 作为优选，所述的拉刀夹持组件包括固定V型块、移动V型块、电磁铁、导向杆和T型槽。固定V型块安装在拉刀双向微调组件上，且能够调节位置。固定V型块与移动V型块在拉刀双向微调组件上相互正对设置；固定V型块和移动V型块的相对侧面上均设置有V型夹持凹槽。所述固定V型块的两侧开设有导向安装孔。两根导向杆的一端与移动V型块的两侧分别固定。两根导向杆的另一端分别伸入固定V型块的两个导向安装孔内，并构成滑动副。两根导向杆伸入导向安装孔的端部设置有衔铁块；两个导向安装孔内部远离移动V型块的端部均固定有电磁铁。电磁铁与衔铁块对齐；电磁铁通电时能够吸引衔铁块，带动移动V型块向固定V型块滑动。 [0018] 作为优选，两根导向杆上均套置有回复弹簧。回复弹簧的两端分别抵住固定V型块和移动V型块的相对侧面。回复弹簧在电磁铁断电后带动移动V型块远离固定V型块，从而松开拉刀的刀柄。 [0019] 第二方面，本发明提供一种带误差补偿的拉削设备包括拉削模块和工作台。工作台用于装夹工件。拉削模块包括安装座、拉床导轨、拉削驱动组件、主动夹持微调装置、从动夹持微调装置和拉刀。拉床导轨固定在安装座上；所述的主动夹持微调装置和从动夹持微调装置的结构相同，均包括溜板、拉刀夹持组件和拉刀双向微调组件。溜板滑动连接在拉床导轨上。主动夹持微调装置的溜板在拉削驱动组件驱动下沿拉床导轨滑动。所述的拉刀夹持组件通过拉刀双向微调组件安装在溜板上。拉刀夹持组件用于装夹拉刀；拉刀双向微调组件用于带动拉刀夹持组件在垂直于拉床导轨轴线的平面内进行二自由度移动。工作过程中，主动夹持微调装置、从动夹持微调装置根据拉削出的工件尺寸精度，调节拉刀的位置误差和垂直度误差，提高拉削精度。 [0020] 本发明具有的有益效果是： [0021] 本发明通过检测拉削得到的工件尺寸，获得拉刀的位置误差和垂直度误差的精度，并利用拉刀两端的双向微调组件，动态调整拉刀的位置与姿态，实现对拉刀磨损、拉床加工系统变形等误差的动态补偿，提高拉刀在全生命周期内的拉削精度。附图说明 [0022] 图1为本发明中拉削模块的整体结构示意图； [0023] 图2为图1中A‑A截面的剖视图； [0024] 图3为图1中B‑B截面的剖视图； [0025] 图4为图1中C‑C截面的剖视图； [0026] 图5为图1中D‑D截面的剖视图。 具体实施方式[0027] 以下结合附图对本发明作进一步说明。 [0028] 一种带误差补偿的拉削设备，包括拉削模块和工作台。所述的工作台的具体结构可采用市场上现有的产品，在此不作赘述。 [0029] 如图1所示，拉削模块包括安装座3、拉床导轨2、拉床丝杠4、主动夹持微调装置1、从动夹持微调装置8和拉刀9。相互平行的两根拉床导轨2固定在安装座3上；拉床丝杠4的一端通过第一轴承座5和第一轴承6支承在安装座3上。拉削伺服电机7固定在安装座3上，且输出轴与拉床丝杠4的一端同轴固定；主动夹持微调装置1和从动夹持微调装置8均滑动连接在两根拉床导轨2上。固定在主动夹持微调装置1上的螺母与拉床丝杠4构成螺旋副。拉刀9的两端分别装夹在主动夹持微调装置1和从动夹持微调装置8上。拉床导轨2和拉床丝杠4均竖直设置；主动夹持微调装置1位于从动夹持微调装置8的正上方。拉削伺服电机7通过驱动丝杠螺母副，带动主动夹持微调装置1和从动夹持微调装置8在拉床导轨2作上下移动，从而带动拉刀9完成拉削和回程作业，对装夹在工作台上的工件进行拉削加工。 [0030] 如图2和3所示，主动夹持微调装置1和从动夹持微调装置8的结构相同，均包括溜板1‑1、拉刀夹持组件和拉刀双向微调组件。溜板1‑1滑动连接在两根拉床导轨2上。连接在拉床丝杠4上的螺母与主动夹持微调装置1上的溜板1‑1固定。拉刀夹持组件通过拉刀双向微调组件安装在溜板1‑1上。拉刀夹持组件用于装夹拉刀；拉刀双向微调组件用于带动拉刀夹持组件在垂直于拉床导轨2轴线的平面内进行二自由度移动，实现对拉削位置的精准调节。 [0031] 拉刀双向微调组件包括Y向调节组件和X向调节组件。Y向调节组件安装在溜板1‑1上。X向调节组件安装在Y向调节组件的直线移动部上。拉刀夹持组件安装在X向调节组件的直线移动部上。X向调节组件和Y向调节组件分别能够驱动对应的直线移动部滑动，其滑动方向相互垂直。 [0032] Y向调节组件包括Y向伺服电机1‑6、Y向丝杆1‑5、Y向轴承座1‑7、Y向拖架1‑3和Y向导轨1‑18。Y向导轨1‑18固定在溜板1‑1上。Y向拖架1‑3滑动连接在Y向导轨1‑18上。Y向丝杆1‑5通过Y向轴承座1‑7和轴承支承在溜板1‑1上。Y向拖架1‑3上的螺纹孔与Y向丝杆1‑5构成螺旋副。Y向伺服电机1‑6固定在溜板1‑1上，且输出轴与Y向丝杆1‑5的一端固定。Y向拖架1‑ 3为Y向调节组件的直线移动部。 [0033] X向调节组件包括X向伺服电机1‑10、X向丝杆1‑12、X向轴承座1‑11、X向拖架1‑8和X向导轨1‑17。相互平行的两根X向导轨1‑17固定在Y向拖架1‑3上；X向拖架1‑8滑动连接在两根X向导轨1‑17上。X向丝杆1‑12通过X向轴承座1‑11和轴承支承在Y向拖架1‑3上。X向拖架1‑8上的螺纹孔与X向丝杆1‑12构成螺旋副。X向伺服电机1‑10固定在Y向拖架1‑3上，且输出轴与X向丝杆1‑12的一端固定。X向拖架1‑8为X向调节组件的直线移动部。 [0034] 拉刀夹持组件包括固定V型块1‑14、移动V型块1‑4、电磁铁1‑2、回复弹簧1‑15、导向杆1‑13、固定螺栓1‑9和T型槽1‑16。X向拖架1‑8上设置有T型槽1‑16。固定V型块1‑14通过固定螺栓1‑9固定在T型槽1‑16中，且能够沿着T型槽1‑16调节位置。固定V型块1‑14与移动V型块1‑4在X向拖架1‑8上相互正对设置；固定V型块1‑14和移动V型块1‑4的相对侧面上均设置有V型夹持凹槽。 [0035] 固定V型块1‑14的两侧开设有导向安装孔。两根导向杆1‑13的一端与移动V型块1‑4的两侧分别固定。两根导向杆1‑13的另一端分别伸入固定V型块1‑14的两个导向安装孔内，并构成滑动副。两根导向杆1‑13伸入导向安装孔的端部设置有衔铁块；两个导向安装孔内部远离移动V型块1‑4的端部均固定有电磁铁1‑2。电磁铁1‑2与衔铁块对齐；电磁铁1‑2通电时能够吸引衔铁块，带动移动V型块1‑4向固定V型块1‑14滑动，将拉刀的刀柄夹持在两个V型夹持凹槽之间。 [0036] 两根导向杆1‑13上均套置有回复弹簧1‑15。回复弹簧1‑15的两端分别抵住固定V型块1‑14和移动V型块1‑4的相对侧面。回复弹簧1‑15在电磁铁1‑2断电后带动移动V型块1‑4远离固定V型块1‑14，从而松开拉刀的刀柄。 [0037] 工作过程中，X向伺服电机1‑10驱动X向丝杆1‑12旋转，带动X向拖架1‑8沿X向导轨1‑17移动，从而带动T型槽1‑16中固定的拉刀夹持组件，作X向微调。Y向伺服电机1‑6驱动Y向丝杆1‑5旋转，带动Y向拖架1‑3沿Y向导轨1‑18移动，从而带动T型槽1‑16中固定的拉刀夹持组件，作Y向微调。 [0038] 如图4所示，X向伺服电机1‑10驱动X向丝杆1‑12旋转，带动X向拖架1‑8沿X向导轨1‑17移动。 [0039] 如图5所示，Y向伺服电机1‑6驱动Y向丝杆1‑5旋转，带动Y向拖架1‑3沿Y向导轨1‑18移动。 [0040] 利用上述拉削设备进行带误差补偿的加工方法的过程具体如下： [0041] 步骤一、拉刀9装夹在主动夹持微调装置1和从动夹持微调装置8之间；主动夹持微调装置1和从动夹持微调装置8中，通过电磁铁1‑2得电，带动移动V型块1‑4沿导向杆1‑13移动，从而将拉刀9端部的刀柄定位并夹紧在固定V型块1‑14与移动V型块1‑4之间。 [0042] 步骤二、对工件进行拉削，拉削后采用市场上现有的尺寸检测装置对工件上的被拉削部位进行X和Y方向的尺寸检测；得出拉刀9在X和Y方向的位置误差以及垂直度误差。垂直度误差大小和方向根据工件的被拉削部位两端的偏差量确定。 [0043] 步骤三、根据X和Y方向的位置误差，同步调整主动夹持微调装置1、从动夹持微调装置8的X向调节组件，和/或同步调整主动夹持微调装置1、从动夹持微调装置8的Y向调节组件，从而带动刀柄的两端同步移动，补偿X和Y方向的位置误差。 [0044] 拉刀上下两端同步调整降低位置误差的具体方法是：两个X向伺服电机1‑10同步驱动X向丝杆1‑12旋转，带动X向拖架1‑8沿X向导轨1‑17移动，从而带动拉刀夹持组件作X向微调，实现拉刀9在X方向上的位置调节。两个Y向伺服电机1‑6同步驱动Y向丝杆1‑5旋转，带动Y向拖架1‑3沿Y向导轨1‑18移动，从而带动拉刀夹持组件作Y向微调，实现拉刀9在Y方向上的位置调节。 [0045] 步骤四、根据X和Y方向的垂直度误差，调整主动夹持微调装置1、从动夹持微调装置8的X向调节组件和Y向调节组件，使得拉刀的两端异步移动，改变拉刀的垂直度，使得拉刀的轴线与竖直轴线重合，提高拉刀的拉削精度。 [0046] 拉刀上下两端同步调整降低垂直度误差的具体方法是： [0047] 方法1：下端不变，调整上端。主动夹持微调装置1的X向伺服电机1‑10驱动X向丝杆1‑12旋转，带动X向拖架1‑8沿X向导轨1‑17移动，从而带动T型槽1‑16中固定的拉刀夹持组件，作X向微调，实现拉刀9在X方向上的位置调节；主动夹持微调装置1的Y向伺服电机1‑6驱动Y向丝杆1‑5旋转，带动Y向拖架1‑3沿Y向导轨1‑18移动，从而带动T型槽1‑16中固定的拉刀夹持组件，作Y向微调，实现拉刀9在Y方向上的位置调节。 [0048] 方法2：上端不变，调整下端。方法与上述类似。 [0049] 方法3：上下两端同时按比例调整。方法与上述类似，但上下两端调整的方向相反。 |
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