一种长轴类零件外壁积碳去除装置和方法与流程

本发明涉及航空发动机涡轮轴维修技术领域，尤其涉及一种长轴类零件外壁积碳去除装置和方法。

背景技术：

航空发动机是飞机的核心部件之一，发动机的质量和可靠性直接决定着飞行器的飞行安全。航空发动机涡轮轴是航空发动机低涡轴的重要组成零件，其是影响发动机质量和性能的重要零件。航空发动机涡轮轴工作一定时间后，流经涡轮轴外表面的燃油在其外表面生成积碳层，造成航空发动机性能下降，同时积碳颗粒物可能参杂在燃油内并导致后续的流道堵塞，对飞行器的安全飞行存在严重影响。因此，需要定期对航空发动机涡轮轴进行拆洗，去除外壁表面积碳和其他杂质。

针对该类航空发动机涡轮轴类零件外壁积碳去除，目前所使用的工艺方法为热强碱性溶液浸泡去除法，但实际生产过程中存在较多问题。由于涡轮轴类零件外壁上需要装配蜗轮叶盘等零部件，因此其外壁存在较多的安装面即结构较复杂，在与其它零部件安装的结合面处没有积碳层，在使用传统的积碳去除工艺方法时，将整个涡轮轴放入热强碱性溶液中浸泡，会对工件的安装面的尺寸精度和表面组织结构造成破坏，导致航空发动机的装配质量下降，从而降低了航空发动机的使用性能和寿命；由于涡轮轴类零件外壁不同部位存在直径变化或存在大法兰结构，在法兰端面和工件圆周面结合处(即法兰根部)的积碳，使用传统工艺方法无法实现对该部位积碳的完全清除；在工件外壁上同时存在斜孔结构，斜孔结构中积碳层较厚，在相同的浸泡时间下，无法保证斜孔部积碳层的完全清除。因此，现有热强碱性溶液浸泡去除法已无法满足航空发动机涡轮轴类零件外壁积碳去除的高质、高效、低损伤的实际生产需求。为此急需发明或开发一种新的长轴类零件外壁积碳去除装置。

技术实现要素：

本发明针对以上提出的加工效率低、易对涡轮轴外壁安装面的尺寸精度和表面组织结构造成破坏、法兰根部和斜孔等部位积碳清除不完全等问题，研究发明了一种长轴类零件外壁积碳去除装置和方法。为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种长轴类零件外壁积碳去除装置，包括：床身和设置在床身上的床头箱z向进给组件、床头箱组件、中心架、研磨抛光进给组件和外壁研磨抛光组件，

所述床头箱z向进给组件，用于将固定在其上的床头箱组件在第一动力源的作用下，完成床头箱组件的z向进给，

所述床头箱组件，用于将工件的一端固定，同时在第二动力源的作用下驱动工件旋转，

所述中心架，用于限制工件在研磨/抛光时与床身位置恒定，

所述研磨抛光进给组件，包括外壁研磨抛光z轴进给组件、外壁研磨抛光x轴进给组件和中空转台，所述外壁研磨抛光z轴进给组件用于在第三动力源的作用下，完成外壁研磨抛光装置的z向进给，所述外壁研磨抛光x轴进给组件用于在第四动力源的作用下，完成外壁研磨抛光装置的x向进给，所述中空转台通过第一转接板固定在外壁研磨抛光z轴进给组件的滑台上，所述外壁研磨抛光x轴进给组件通过第二转接板固定在中空转台上；

所述外壁研磨抛光装置包括通过第三转接板固定在外壁研磨抛光x轴进给组件上的数控刀架以及安装在数控刀架上的磨料刷抛光头、磁力研磨头和斜孔抛光头。

进一步地，所述床头箱z向进给组件包括安装在床身上的z2直线模组和固定在z2直线模组滑台上的床头箱安装座，所述床头箱安装座上安装所述床头箱，所述第一动力源包括交流异步电机，其通过蜗轮蜗杆减速器与z2直线模组的丝杠相连；

所述床头箱组件包括固定在床头箱z向进给组件上的主轴座、穿过主轴座的工件主轴及安装在工件主轴前端的三爪卡盘，所述第二动力源包括主轴电机，所述工件主轴由主轴电机通过同步带驱动，所述主轴电机安装在电机支架上，所述电机支架固定在主轴座后端；

所述外壁研磨抛光z轴进给组件包括固定在床身上的z1直线模组，所述第三动力源为第一伺服电机，所述z1直线模组由第一伺服电机通过第一联轴器驱动；

所述外壁研磨抛光x轴进给组件包括通过第二转接板固定在中空转台上的x1直线模组，所述第四动力源为第二伺服电机，所述x1直线模组由第二伺服电机通过第二联轴器驱动；

进一步地，所述x1直线模组通过其滑台固定在第二转接板上，所述第二转接板固定在中空转台的旋转平台上。

进一步地，所述中心架包括c型液压中心架。

进一步地，所述磨料刷抛光头包括第一气动马达安装柄、第一气动马达和第一磨料刷，所述磁力研磨头包括磁极架、固定在磁极架上的n极和s极，所述斜孔抛光头包括第二气动马达安装柄、第二气动马达和第二磨料刷。

进一步地，抛光去除外壁法兰跟部的积碳，第一气动马达轴线与工件轴线的锐夹角为40°～50°。

进一步地，磁力研磨去除外壁圆周面的积碳，磁极与工件外壁的径向间距为2～5mm。

本发明还公开上述装置的轴斜孔积碳抛光方法，包括如下步骤：

s1、床头箱z向进给组件驱动床头箱组件移动至合适位置，将工件的一端固定，所述外壁研磨抛光机装置选用第二磨料刷和第二气动马达，将第二磨料刷安装在第二气动马达的输出轴上；

s2、控制外壁研磨抛光x轴进给组件驱动外壁研磨抛光装置运动x向安全位，及控制外壁研磨抛光z轴进给组件驱动外壁研磨抛光装置运动至z向安全位；

s3、启动主轴电机驱动工件以转速n1旋转至其斜孔的轴线平行于床身平面，然后停止转动；

s4、控制数控刀架将斜孔抛光头切换至对应该斜孔的工位，控制中空转台旋转相应角度，开始具体的轴斜孔积碳抛光步骤，即控制外壁研磨抛光z轴进给组件行进，然后控制外壁研磨抛光x轴进给组件驱动斜孔抛光头以速度v1进给至斜孔中，进行斜孔部位积碳去除加工，直至该斜孔积碳去除完成；

s5、控制外壁研磨抛光x轴进给组件驱动外壁研磨抛光装置退回至x向安全位；控制主轴电机驱动工件旋转一定角度，下一待加工孔的轴线平行于床身平面，然后停止转动，重复所述具体的轴斜孔积碳抛光步骤，直至完成所有斜孔部位积碳的去除加工，取下工件，机床复位。

本发明还公开上述装置的轴外壁法兰根部积碳去除方法，包括如下步骤：

s1、床头箱z向进给组件驱动床头箱组件移动至合适位置，将工件的一端固定，所述外壁研磨抛光装置选用第三磨料刷和第一气动马达，将第三磨料刷安装在第一气动马达的输出轴上；

s2、控制外壁研磨抛光x轴进给组件驱动外壁研磨抛光装置运动x向安全位，及控制外壁研磨抛光z轴进给组件驱动外壁研磨抛光装置运动至z向安全位；

s3、启动第一气动马达驱动第三磨料刷旋转，启动主轴电机驱动第一工件以转速n1旋转，

s4、控制数控刀架将磨料刷抛光头切换至对应法兰根部的工位，开始具体的轴外壁法兰根部积碳去除步骤，即控制外壁研磨抛光z轴进给组件驱动x直线模组行进，然后控制中空转台逆时针旋转40°～50°，最后控制外壁研磨抛光x轴进给组件驱动第三磨料刷行进至法兰根部，进行法兰根部积碳去除加工，直至法兰根部积碳完全去除。

本发明还公开上述装置的轴外壁积碳磁力研磨去除方法，包括如下步骤：

s1、床头箱z向进给组件驱动床头箱组件移动至合适位置，将工件的一端固定；

s2、控制外壁研磨抛光x轴进给组件驱动外壁研磨抛光装置运动x向安全位，及控制外壁研磨抛光z轴进给组件驱动外壁研磨抛光装置运动至z向安全位；

s3、所述外壁研磨抛光装置选用磁力研磨头，向固定在磁极架上的n极和s极上添加磁性磨料，启动主轴电机驱动工件以转速n1旋转；

s4、控制数控刀架将磁力研磨头切换至磁力研磨工位，控制外壁研磨抛光z轴进给组件驱动磁极架运动至靠近三爪卡盘的位置，控制外壁研磨抛光x轴进给组件驱动n极、s极运动至于工件外壁径向间距为2～3mm的位置，然后控制外壁研磨抛光z轴进给组件驱动n极和s极以速度v2沿机床z向移动，同时根据工件外径的变化，控制外壁研磨抛光x轴进给组件驱动n极和s极以速度v3沿机床x向往复移动，直至工件外壁积碳磁力研磨去除完成。

本发明具有以下优点：

1、本发明的一种长轴类零件外壁积碳去除装置，采用床头箱z向进给组件、中心架和研磨抛光进给组件的配合可实现对涡轮轴类零件外壁全长的积碳去除。研磨抛光进给组件可以实现磨料刷抛光和磁力研磨两种方式进行外壁积碳的去除加工，同时根据外壁积碳的沉积情况，针对不同部位设置不同的加工工艺参数，从而避免了传统积碳去除工艺方法中，由于工件外壁不同部位积碳层厚度不同而在相同的浸泡时间下造成的工件外壁安装面的尺寸精度和表面组织结构破坏，从而保证了涡轮轴类零件与其它零部件装配质量，进而保证了航空发动机的使用性能和寿命。

2、本发明的一种长轴类零件外壁积碳去除装置，其外壁研磨抛光装置包括数控刀架和固定在数控刀架上的磨料刷抛光头和斜孔抛光头，在外壁研磨抛光z轴进给组件、外壁研磨抛光x轴进给组件和中空转台的驱动下，可以实现对工件法兰根部和斜孔处的积碳完全清除，从而保证涡轮轴类零件外壁积碳的高质、高效、损伤去除，同时大大降低了工人的劳动强度，并改善了工人的劳动环境。

基于上述理由本发明可在航空发动机涡轮轴维修技术领域广泛推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的航空发动机长轴类零件外壁积碳去除装置结构示意图。

图2为本发明实施例的航空发动机长轴类零件外壁积碳去除装置剖视示意图。

图3为本发明实施例的外壁研磨抛光装置结构示意图。

图4为本发明实施例的斜孔积碳抛光去除示意图。

图5为本发明实施例的法兰根部积碳抛光去除示意图。

图6为本发明实施例的外壁积碳磁力研磨去除示意图。

图7为图6的加工区域局部示意图。

图中：1、床身；2、外壁研磨抛光z轴进给组件；3、中空转台；4、外壁研磨抛光x轴进给组件；5、外壁研磨抛光装置；6、床头箱z向进给组件；7、z2直线模组滑台；8、z2直线模组；9、床头箱安装座；10、蜗轮蜗杆减速器；11、交流异步电机；12、床头箱组件；13、从动同步带轮；14、电机支架；15、同步带；16、主动同步带轮；17、主轴电机；18、主轴座；19、工件主轴；20、三爪卡盘；21、第一工件；22、磨料刷抛光头；23、斜孔抛光头；24、数控刀架；25、磁力研磨头；26、基座；27、中心架安装板；28、中心架；29、z1直线模组滑台；30、第一转接板；31、第二转接板；32、第二滑台；33、丝杠固定座；34、轨道基座；35、第二联轴器；36、电机安装板；37、第二伺服电机；38、滚珠丝杠；39、滑块；40、丝杠螺母；41、丝杠支撑座；42、第三转接板；43、第二气动马达安装柄；44、第二气动马达；45、第二磨料刷；46、第一磨料刷；47、第一气动马达；48、第一气动马达安装柄；49、磁极架；50、n极；51、s极；52、z1直线模组；53、第一联轴器；54、第一伺服电机；55、第三磨料刷；56、第二工件；57、磁性磨料。

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，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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。

如图1～3所示，本发明实施例公开了一种长轴类零件外壁积碳去除装置，包括床身1和设置在床身1上的床头箱z向进给组件6、床头箱组件12、中心架28、研磨抛光进给组件和外壁研磨抛光装置5，

所述床头箱z向进给组件6，用于将固定在其上的床头箱组件12在第一动力源的作用下，完成床头箱组件12的z向进给，

所述床头箱组件12，用于将工件的一端固定，同时在第二动力源的作用下驱动工件旋转，

所述中心架，用于限制工件在研磨/抛光时与床身1位置恒定，

所述研磨抛光进给组件，包括外壁研磨抛光z轴进给组件2、外壁研磨抛光x轴进给组件4和中空转台3，所述外壁研磨抛光z轴进给组件2用于在第三动力源的作用下，完成外壁研磨抛光装置5的z向进给，所述外壁研磨抛光x轴进给组件4用于在第四动力源的作用下，完成外壁研磨抛光装置5的x向进给，所述中空转台3通过第一转接板30固定在外壁研磨抛光z轴进给组件2的滑台上，所述外壁研磨抛光x轴进给组件4通过第二转接板31固定在中空转台3上；

所述外壁研磨抛光装置5包括通过第三转接板42固定在x1直线模组轨道基座26上的数控刀架24以及安装在数控刀架24上的磨料刷抛光头22、磁力研磨头25和斜孔抛光头23。

所述床头箱z向进给组件6包括安装在床身1上的z2直线模组8和固定在z2直线模组滑台7上的床头箱安装座9，所述床头箱安装座9上安装所述床头箱，所述第一动力源包括交流异步电机11，其通过蜗轮蜗杆减速器10与z2直线模组的丝杠相连；

所述床头箱组件12包括固定在床头箱z向进给组件6上的主轴座18、穿过主轴座18的工件主轴19及安装在工件主轴19前端的三爪卡盘20，所述第二动力源包括主轴电机17，所述工件主轴19由主轴电机17通过同步带15驱动，所述主轴电机17安装在电机支架14上，所述电机支架14固定在主轴座18后端，主动同步带轮16安装在主轴电机17的输出轴上，从动同步带轮13安装在工件主轴19左端；

所述外壁研磨抛光z轴进给组件2包括固定在床身1上的z1直线模组52，所述第三动力源为第一伺服电机54，所述z1直线模组由第一伺服电机54通过第一联轴器53驱动；所述中空转台3通过第一转接板30固定在z1直线模组的滑台29上，所述中空转台3驱动外壁研磨抛光装置5转动；

所述外壁研磨抛光x轴进给组件4包括通过第二转接板31固定在中空转台3上的x1直线模组，所述第四动力源为第二伺服电机37，所述x1直线模组由第二伺服电机37通过第二联轴器35驱动，所述第二伺服电机37通过电机安装板36固定在x1直线模组的左端，所述x1直线模组包括导轨基座34，安装在直线导轨上的滑块39，固定在滑块39上的第二滑台32，固定在第二滑台32上的丝杠螺母40，固定在轨道基座34上的丝杠固定座33和丝杠支撑座41，滚珠丝杠38穿过丝杠螺母40座固定在丝杠固定座33上，所述x轴进给组件通过第二滑台32倒装在第二转接板31与中空转台3连接；；

所述外壁研磨抛光装置5包括通过第三转接板42固定在x1直线模组轨道基座26上的数控刀架24以及安装在数控刀架24上的磨料刷抛光头22、磁力研磨头25和斜孔抛光头23。

所述中心架28包括c型液压中心架，固定在中心架安装板27上，所述中心架安装板27通过基座26固定在床身1上。

所述磨料刷抛光头22包括固定在数控刀架24上的第一气动马达安装柄48、固定在第一气动马达安装柄48上的第一气动马达47和安装在第一气动马达输出轴上的第一磨料刷46，所述第一磨料刷46用于进行外壁圆周面抛光加工，第三磨料刷55用于针对法兰端面的抛光，二者均为便于随时更换的可拆卸式。

所述斜孔抛光头23包括安装在数控刀架24上的第二气动马达安装柄43、固定在第二气动马达安装柄43上的第二气动马达44和安装在第二气动马达输出轴上的第二磨料刷45，所述磁力研磨头25包括固定在数控刀架24上的磁极架49、及固定在磁极架49上的n极51和s极52。

抛光去除外壁法兰跟部的积碳，第一气动马达轴线与工件轴线的锐夹角为40°～50°。

磁力研磨去除外壁圆周面的积碳，磁极(n极51、s极52)与工件外壁的径向间距为2～5mm。

实施例1

上述装置的涡轮轴斜孔积碳抛光去除工作过程如下：

s1、开启机床，控制主轴箱z向进给组件6驱动主轴箱组件12移动至合适位置，进行第一工件21装夹，将第二磨料刷45安装在第二气动马达44的输出轴上，检查确认机床各部分工作状态正常；

s2、控制外壁研磨抛光x轴进给组件4驱动外壁研磨抛光装置5运动x向安全位，然后控制外壁研磨抛光z轴进给组件2驱动外壁研磨抛光装置5运动至z向安全位；

s3、启动第二气动马达44驱动第二磨料刷45旋转；

s4、启动主轴电机17驱动第一工件21以转速n1旋转至其斜孔的轴线平行于床身1平面，然后停止转动；

s5、控制数控刀架24将斜孔抛光头23切换至图4所示工位，然后控制中空转台3顺时针旋转40°；

s6、控制外壁研磨抛光z轴进给组件2驱动x1直线模组运动至图4所示的z坐标；

s7、控制外壁研磨抛光x轴进给组件4驱动斜孔抛光头23以速度v1进给，进行斜孔部位积碳去除加工；

s8、控制外壁研磨抛光x轴进给组件4驱动第二磨料刷45退出斜孔；

s9、检查斜孔中积碳是否完全去除，是，执行步骤s10，否，执行步骤s7；

s10、控制主轴电机17驱动第一工件21以转速n1旋转120°，停止转动，第一工件21大口端周向均布三个斜孔；

s11、重复步骤s7～s10，直至完成所有斜孔部位积碳的去除加工；

s12、控制外壁研磨抛光x轴进给组件4驱动外壁研磨抛光装置5运动x向安全位，然后控制外壁研磨抛光z轴进给组件2驱动外壁研磨抛光装置5运动至z向安全位；

s13、取下工件21，完成斜孔部位积碳去除加工。

实施例2

上述装置的涡轮轴外壁法兰根部积碳去除工作过程如下：

s1、开启机床，控制主轴箱z向进给组件6驱动主轴箱组件12移动至合适位置，进行第一工件21装夹，将第三磨料刷55安装在第一气动马达47的输出轴上，检查确认机床各部分工作状态正常；

s2、控制外壁研磨抛光x轴进给组件4驱动外壁研磨抛光装置5运动x向安全位，然后控制外壁抛光z轴进给组件2驱动外壁研磨抛光装置5运动至z向安全位；

s3、启动第一气动马达47驱动第三磨料刷55旋转；

s4、启动主轴电机17驱动第一工件21以转速n1旋转；

s5、控制数控刀架24将磨料刷抛光头22切换至图5所示工位；

s6、控制外壁研磨抛光z轴进给组件2驱动x直线模组运动至图5所示z坐标，然后控制中空转台3逆时针旋转45°；

s7、控制外壁研磨抛光x轴进给组件4驱动第三磨料刷55移动至图4所示位置，进行法兰根部积碳去除加工；

s8、控制外壁研磨抛光x轴进给组件4驱动第三磨料刷55退出加工区域，检查第一工件21法兰根部积碳是否完全去除，是，执行步骤s9，否，执行步骤s7；

s9、控制外壁研磨抛光x轴进给组件4驱动外壁研磨抛光装置5运动x向安全位，然后控制外壁研磨抛光z轴进给组件2驱动外壁研磨抛光装置5运动至z向安全位；

s10、取下第一工件21，完成法兰根部积碳去除加工。

实施例3

如图6、7所示，上述装置的涡轮轴外壁积碳磁力研磨去除工作过程：

s1、开启机床，控制主轴箱z向进给组件6驱动主轴箱组件12移动至合适位置，进行第二工件56装夹，检查确认机床各部分工作状态正常；

s2、控制外壁研磨抛光x轴进给组件4驱动外壁研磨抛光装置5运动x向安全位，然后控制外壁抛光z轴进给组件2驱动外壁研磨抛光装置5运动至z向安全位；

s3、向固定在磁极架49上的n极50和s极51上添加磁性磨料57，启动主轴电机17驱动第二工件56以转速n1旋转；

s4、控制数控刀架24将磁力研磨头25切换至图6所示工位；

s5、控制外壁研磨抛光z轴进给组件2驱动x直线模组运动至图6所示z坐标；

s6、控制外壁研磨抛光x轴进给组件4驱动n极50和s极51运动至图6所示x坐标，n极、s极与第二工件56外壁径向间距为3mm；

s7、控制外壁研磨抛光z轴进给组件2驱动n极50和s极51以速度v2沿机床z向移动，同时根据第二工件56外径的变化，控制外壁研磨抛光x轴进给组件4驱动n极50和s极51以速度v3沿机床x向往复移动，保证n极50、s极51与第二工件56外壁的径向间距为3mm，进行第二工件56外壁积碳磁力研磨去除加工；

s8、控制外壁研磨抛光x轴进给组件4驱动外壁研磨抛光装置5运动x向安全位，然后控制外壁研磨抛光z轴进给组件2驱动外壁研磨抛光装置5运动至z向安全位；

s9、取下第二工件56，完成加工。

实施例4

与实施例3不同的是，也可选用第一磨料刷46代替磁力研磨头25进行外壁积碳磨料刷抛光，具体包括：

s1、开启机床，控制主轴箱z向进给组件驱动主轴箱组件移动至合适位置，进行第一工件21装夹，将第一磨料刷46安装在第一气动马达的输出轴上，检查确认机床各部分工作状态正常；

s2、控制外壁研磨抛光x轴进给组件4驱动外壁研磨抛光装置5运动x向安全位，然后控制外壁抛光z轴进给组件驱动外壁研磨抛光装置5运动至z向安全位；

s3、启动第一气动马达驱动第一磨料刷46旋转；

s4、控制数控刀架24将第一磨料刷46切换至相应工位；

s5、控制外壁研磨抛光z轴进给组件2驱动x直线模组运动至同实施例3图6类似的z坐标；

s6、控制外壁研磨抛光x轴进给组件4驱动第一磨料刷46与第一工件21接触；

s7、控制外壁研磨抛光z轴进给组件2驱动第一磨料刷46以速度v2沿机床z向移动，同时根据第一工件21外径的变化，控制外壁研磨抛光x轴进给组件4驱动第一磨料刷46以速度v3沿机床x向往复移动，保证外壁积碳抛光加工正常进行，往复多次后完成第一工件21外壁圆周面抛光加工；

s8、控制外壁研磨抛光x轴进给组件4驱动外壁研磨抛光装置5运动x向安全位，然后控制外壁研磨抛光z轴进给组件2驱动外壁研磨抛光装置5运动至z向安全位；

s9、取下第一工件21，完成加工。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。