CN107350808A - 一种激光螺旋铣磨制孔复合装置及制孔方法 - Google Patents
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Abstract
一种激光螺旋铣磨制孔复合装置及制孔方法，制孔复合装置包括分别安装在调整轴两个偏心孔内的激光发生器和高速电主轴；调整轴通过设置在其两端的滚针轴承和角接触轴承支撑安装在公转主轴的偏心孔内；公转主轴安装在主轴套筒内，并通过带轮连接公转电机，主轴套筒带动整个主轴系统在进给滑套内完成轴向进给，进给滑套安装在进给基座中；调整轴与公转主轴端部设置有电磁抱闸以及力矩电机。电磁抱闸先将调整轴和公转主轴锁死，公转电机通过带轮驱动公转主轴公转，高速电主轴带动磨头高速旋转对孔壁进行磨削加工，进给电机通过丝杠驱动主轴套筒轴向进给，完成已加工孔的螺旋铣磨修正。本发明制孔精度高，能够提高制孔效率，降低加工成本。
Description
技术领域
本发明属于复合材料加工领域，具体涉及一种激光螺旋铣磨制孔复合装置及制孔方法。
背景技术
为满足我国航空、航天事业的实际需求，目前大量的新型复合材料在航空、航天器中所占的比例越来越高，典型的有碳纤维复合材料、玻璃纤维增强复合材料、石英陶瓷基增强型复合材料。以上材料的优点是硬度高、耐腐蚀、耐高温、强度高、质量小，但与此同时带来的是问题是使用以上材料的装备可加工性差。尤其是在难加工材料的制孔过程中极易出现分层、毛刺、分解和纤维拔出等问题，采用传统的钻孔技术难以解决以上问题。
各种飞行器在装配过程中需要加工各种不同规格的高质量装配孔，装配孔加工质量的高低，直接影响航空、航天器的使用寿命。目前激光制孔和螺旋铣磨制孔是针对难加工材料提出的新型制孔工艺，通过可调整半径的激光切割可以实现不同孔径的加工，但是加工的孔易出现锥孔、孔壁灼伤等缺陷，但是复合材料孔的进口、出口位置的毛刺控制效果好，螺旋铣磨制孔的精度高，但是出口、入口易形成毛刺，中间易出现纤维断层。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种激光螺旋铣磨制孔复合装置及制孔方法，结合激光制孔和螺旋铣磨制孔的优点，避开两者的缺点，利用高速旋转的磨头对激光切割后的孔壁进行进一步的修正和切割，共同完成难加工复合材料孔的加工。
为了实现上述目的，本发明的激光螺旋铣磨制孔复合装置包括分别安装在调整轴两个偏心孔内的激光发生器和高速电主轴；所述的调整轴通过设置在其两端的滚针轴承和角接触轴承支撑安装在公转主轴的偏心孔内；所述的公转主轴安装在主轴套筒内，并通过带轮连接公转电机，主轴套筒带动整个主轴系统在进给滑套内完成轴向进给，进给滑套安装在进给基座中；所述的调整轴与公转主轴端部设置有能够锁定二者相对位置的电磁抱闸以及用于调整高速电主轴与公转主轴之间轴线间距的力矩电机；所述的电磁抱闸先将调整轴和公转主轴锁死，公转电机通过带轮驱动公转主轴公转，所述的高速电主轴带动磨头高速旋转对孔壁进行磨削加工，并与公转主轴一起进行偏心转动，保证制孔的圆度，所述进给电机通过丝杠驱动主轴套筒进行轴向进给，通过三个电机的复合运动，完成已加工孔的螺旋铣磨修正。
激光发生器和高速电主轴对称安装，高速电主轴轴线与调整轴轴线的偏心距为e；激光发生器轴线与公转主轴轴线重合，且与调整轴轴线的偏心距为e。
所述的磨头通过夹套固定的可拆卸式刀柄安装在高速电主轴的端部。
力矩电机与调整轴的中心线重合位置安装角度编码器，公转主轴端部设有编码器读数头。
所述的激光发生器、高速电主轴、力矩电机及角度编码器的线缆全部通过导电滑环转换为滑环引出线，所述的导电滑环通过滑环固定套与主轴连接盖连接。
所述进给电机通过减速机连接丝杠，进给基座上安装有导向杆与直线轴承。
所述的进给基座通过固定螺钉可拆卸式安装在固定基座上，所述的固定基座包括固定底板、真空排屑孔以及能够贴紧工件表面的压盖。
本发明激光螺旋铣磨制孔复合装置的制孔方法，包括以下步骤：
a.将电磁抱闸断电松开，力矩电机驱动调整轴转动，使激光发生器轴线与公转主轴轴线偏离，激光发生器轴线的偏移量与制孔半径相同；
b.电磁抱闸将调整轴和公转主轴锁死，公转电机通过带轮驱动公转主轴公转，激光发生器随公转主轴同时转动，完成孔的切割加工；
所述力矩电机对激光切割孔的孔径大小进行调整，一次批量完成多种孔的加工；
c.将磨头安装在高速电主轴的轴端，对激光切割孔进行螺旋铣磨修正；
d.进给电机通过丝杠驱动主轴套筒进行轴向进给，依次完成激光发生器以及磨头对不同规格孔的切割加工与修正加工。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：采用激光快速切割与螺旋铣磨修正，结合了两者在制孔方面的优点，极大提高制孔精度；本发明通过激光的旋转切割替代插补切割，极大地提高了激光制孔的效率；本发明通过激光切割和螺旋铣磨能完成不同规格孔的加工，并且该装置能够便携使用，尤其在飞机天线罩内的孔加工位置单独使用，不受空间限制。本发明复合制孔的方法能够替代传统使用金刚石定制钻头的孔加工过程，大大降低了成本。
附图说明
图1本发明制孔装置的整体结构示意图；
图2本发明制孔装置的右视图；
图3本发明制孔装置的进给示意图；
图4本发明可拆卸固定基座的示意图；
附图中：1-进给基座；2-进给滑套；3-主轴套筒；4-调整轴端盖；5-公转主轴；6-滚针轴承；7-调整轴端盖；8-激光发生器和高速电主轴固定端盖；9-激光发生器；10-高速电主轴；11-可拆卸式刀柄；12-磨头；13-调整轴；14-主轴轴承；15-主轴轴承外套筒；16-主轴轴承内套筒；17-润滑装置；18-公转电机；19-公转电机固定板；20-公转电机调整套筒；21-涨紧轮；22-第一公转小带轮；23-调整轴支撑轴承；24-第二公转小带轮；25-主轴连接盖；26-力矩电机安装座；27-锁紧螺母；28-电磁抱闸；29-力矩电机；30-角度编码器；31-编码器安装座；32-高速电主轴导线；33-激光发生器导线；34-力矩电机导线；35-电磁抱闸和编码器导线；36-导电滑环；37-滑环固定套；38-编码器读数头；39-进给带轮预紧轮；40-进给电机带轮；41-进给丝杠带轮；42-导向杆固定盖；43-直线轴承；44-导向杆；45-进给电机；46-减速机；47-丝杠螺母；48-丝杠轴承；49-进给带轮涨紧轮；50-固定压盖；51-真空排屑孔；52-固定底板；53-固定螺钉。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。
参见图1-4，本发明激光螺旋铣磨制孔复合装置包括分别安装在调整轴13两个偏心孔内的激光发生器9和高速电主轴10。调整轴13通过设置在其两端的滚针轴承6和角接触轴承23支撑安装在公转主轴5的偏心孔内，公转主轴5安装在主轴套筒3内，并通过带轮连接公转电机18，主轴套筒3带动整个主轴系统在进给滑套2内完成轴向进给，进给滑套2安装在进给基座1中。调整轴13与公转主轴5端部设置有能够锁定二者相对位置的电磁抱闸28以及用于调整高速电主轴10与公转主轴5之间轴线间距的力矩电机29；电磁抱闸28先将调整轴13和公转主轴5锁死，公转电机18通过带轮驱动公转主轴5公转，高速电主轴10带动磨头12高速旋转对孔壁进行磨削加工，并与公转主轴5一起进行偏心转动，保证制孔的圆度，磨头12通过夹套固定的可拆卸式刀柄11安装在高速电主轴10的端部。进给电机45通过丝杠驱动主轴套筒3进行轴向进给，通过三个电机的复合运动，完成已加工孔的螺旋铣磨修正。
激光发生器9和高速电主轴10对称安装，高速电主轴轴线O1与调整轴轴线O2的偏心距为e；激光发生器轴线O3与公转主轴轴线O4重合，且与调整轴轴线O2的偏心距为e。
力矩电机29与调整轴13的中心线重合位置安装角度编码器，公转主轴5端部设有编码器读数头38，力矩电机29依据角度指令和闭环角度编码器30控制调整轴13转动设定的角度。激光发生器9、高速电主轴10、力矩电机29及角度编码器的线缆全部通过导电滑环36转换为滑环引出线，所述的导电滑环36通过滑环固定套37与主轴连接盖25连接。
进给电机45通过减速机46连接丝杠，进给基座1上安装有导向杆44与直线轴承43，公转主轴5、主轴连接盖25、滑环固定套37通过螺钉连接，通过公转电机固定板19连接的公转电机18驱动带轮使公转主轴系统低速转动进给。
进给电机45、减速机46和公转电机18全部固定于主轴的轴承端盖上，丝杠螺母47、导向杆44、直线轴承43安装在进给基座1上，进给基座1通过固定螺钉53可拆卸式安装在固定基座上，固定基座包括固定底板52、真空排屑孔51以及能够贴紧工件表面的压盖50。
固定压盖50安装在固定底板52上，真空排屑气管插入固定压盖50的排气孔内，此固定部件属于可拆卸零件，在用激光制孔工艺过程中拆除，螺旋铣磨制孔工艺中安装使用。
本发明激光螺旋铣磨制孔复合装置进行激光螺旋铣磨制孔的加工方法，包括如下步骤：
1.制孔过程前，拆除该装置装有磨头的可拆卸刀柄11。
2.将电磁抱闸28断电松开，力矩电机29根据角度指令和角度编码器30的反馈信息，驱动调整轴3转动一定的角度，实现激光发生器轴线O3与公转主轴轴线的O4偏离，激光发生器轴线O3的偏移量与制孔半径相同；
3.电磁抱闸28将调整轴13和公转主轴5锁死，公转电机18通过第一公转小带轮22、第二公转小带轮24驱动公转主轴5进行公转，激光发生器9在公转主轴5的偏心孔内随公转主轴5同时转动，完成复合材料孔的切割加工；
4.力矩电机29可在一定范围内对激光切割孔的孔径大小进行调整，进而一次性批量完成不同规格孔的加工；
5.激光发生器9所切割的孔具有一定缺陷，需要通过螺旋铣磨对加工孔进行进一步修正，将带有磨头12的可拆卸式刀柄11安装在高速电主轴10的轴端。
6.固定部件通过固定螺钉53与进给基座1相连，固定压盖50贴紧在工件表面，真空排屑孔51开启，插入真空排屑气管并固定。
7.将电磁抱闸28松开，力矩电机29根据角度指令和角度编码器30的反馈，驱动调整轴3转动某角度，实现高速电主轴轴线O1与公转主轴轴线O4的偏离，满足加工孔的孔径要求；
8.电磁抱闸28将调整轴13和公转主轴5进行锁死，公转电机18通过带轮驱动公转主轴5公转，高速电主轴10带动磨头12高速旋转对孔壁进行磨削加工，且和公转主轴3一起偏心转动，保证制孔的圆度，进给电机45通过丝杠驱动公转系统进行轴向进给，通过三者的复合运动，完成对已加工孔的螺旋铣磨修正。
9.力矩电机29根据激光发生器9所切割孔的孔径大小调整调整轴13的转动角度，依次完成对激光发生器9所切割不同规格孔的修正加工。
Claims (8)
1.一种激光螺旋铣磨制孔复合装置，其特征在于：包括分别安装在调整轴(13)两个偏心孔内的激光发生器(9)和高速电主轴(10)；所述的调整轴(13)通过设置在其两端的滚针轴承(6)和角接触轴承(23)支撑安装在公转主轴(5)的偏心孔内；所述的公转主轴(5)安装在主轴套筒(3)内，并通过带轮连接公转电机(18)，主轴套筒(3)带动整个主轴系统在进给滑套(2)内完成轴向进给，进给滑套(2)安装在进给基座(1)中；
所述的调整轴(13)与公转主轴(5)端部设置有能够锁定二者相对位置的电磁抱闸(28)以及用于调整高速电主轴(10)与公转主轴(5)之间轴线间距的力矩电机(29)；所述的电磁抱闸(28)先将调整轴(13)和公转主轴(5)锁死，公转电机(18)通过带轮驱动公转主轴(5)公转，所述的高速电主轴(10)带动磨头(12)高速旋转对孔壁进行磨削加工，并与公转主轴(5)一起进行偏心转动，保证制孔的圆度，所述进给电机(45)通过丝杠驱动主轴套筒(3)进行轴向进给，通过三个电机的复合运动，完成已加工孔的螺旋铣磨修正。
2.根据权利要求1所述的激光螺旋铣磨制孔复合装置，其特征在于：激光发生器(9)和高速电主轴(10)对称安装，高速电主轴轴线(O1)与调整轴轴线(O2)的偏心距为e；激光发生器轴线(O3)与公转主轴轴线(O4)重合，且与调整轴轴线(O2)的偏心距为e。
3.根据权利要求1所述的激光螺旋铣磨制孔复合装置，其特征在于：所述的磨头(12)通过夹套固定的可拆卸式刀柄(11)安装在高速电主轴(10)的端部。
4.根据权利要求1所述的激光螺旋铣磨制孔复合装置，其特征在于：力矩电机(29)与调整轴(13)的中心线重合位置安装角度编码器，公转主轴(5)端部设有编码器读数头(38)。
5.根据权利要求4所述的激光螺旋铣磨制孔复合装置，其特征在于：激光发生器(9)、高速电主轴(10)、力矩电机(29)及角度编码器的线缆全部通过导电滑环(36)转换为滑环引出线，所述的导电滑环(36)通过滑环固定套(37)与主轴连接盖(25)连接。
6.根据权利要求1所述的激光螺旋铣磨制孔复合装置，其特征在于：所述进给电机(45)通过减速机(46)连接丝杠，进给基座(1)上安装有导向杆(44)与直线轴承(43)。
7.根据权利要求1或6所述的激光螺旋铣磨制孔复合装置，其特征在于：所述的进给基座(1)通过固定螺钉(53)可拆卸式安装在固定基座上，所述的固定基座包括固定底板(52)、真空排屑孔(51)以及能够贴紧工件表面的压盖(50)。
8.一种采用权利要求1所述激光螺旋铣磨制孔复合装置的制孔方法，其特征在于：
a.将电磁抱闸(28)断电松开，力矩电机(29)驱动调整轴(13)转动，使激光发生器轴线(O3)与公转主轴轴线(O4)偏离，激光发生器轴线(O3)的偏移量与制孔半径相同；
b.电磁抱闸(28)将调整轴(13)和公转主轴(5)锁死，公转电机(18)通过带轮驱动公转主轴(5)公转，激光发生器(9)随公转主轴(5)同时转动，完成孔的切割加工；
所述力矩电机(29)对激光切割孔的孔径大小进行调整，一次批量完成多种孔的加工；
c.将磨头(12)安装在高速电主轴(10)的轴端，对激光切割孔进行螺旋铣磨修正；
d.进给电机(45)通过丝杠驱动主轴套筒(3)进行轴向进给，依次完成激光发生器(9)以及磨头(12)对不同规格孔的切割加工与修正加工。
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| GR01 | Patent grant | ||
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Granted publication date: 20190412 Termination date: 20210814 |
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