五轴叶片加工机床转台结构优化设计

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纵观全世界所有国家的国防战略,无一不把航空发动机定义为“工业之花,国防之基”,而军用大涵道比涡扇航空发动机更是象征着整个国家的科技创新能力和综合国力。航发叶片作为航空发动机的核心部件,其质量极大地影响甚至决定着航空发动机的综合性能。鉴于航空发动机叶片工作在航发工作条件最恶劣的燃烧室及涡轮内,所以要求航发叶片必须同时兼备准确的形状结构、极高的表面质量和在高温高压且强离心振颤的环境下保持优异的机械性能及精度稳定性三大特性;然而航发叶片一般由极难加工的高温合金或钛合金经过铣削、磨削、电加工及研磨等高精度加工方法复合加工而成。基于极高的航发叶片加工精度及质量要求和极难加工的高温合金或钛合金材料两大要素,也就对其加工的母机(高端五轴叶片加工机床)提出了前所未有的精度及稳定性要求,最终难免就对作为高端机床核心部件的转台提出了区别于传统转台的兼具高速、高精度及稳定性和大扭矩四大特点的技术要求。本文在针对传统三大传动结构转台及其改进型转台进行了详细对比的基础上,依托于团队对高端五轴机床整体结构和关键零部件的优化设计,创新性的设计了一种以开槽碟簧随动补偿误差机构和双斜齿轮消隙机构为核心,依托高精度角速度编码器为核心构成的检测闭环补偿系统为依托的高端五轴叶片加工机床专用转台。从而保证了转台同时兼具了高速、高精度及稳定、高重复定位精度和大扭矩四大特性,进而极好的配合高端五轴叶片加工机床提升航发叶片的加工效率和加工质量,最终完美的满足了航发叶片极高的加工要求。并重点针对新型转台的两大核心机构~非标开槽碟簧随动补偿齿轮磨损误差机构及双斜齿轮消除正反转切换误差机构,采用理论计算、有限元分析和实验验证相结合的组合优化设计方法进行技术攻关,以确认两大核心机构重要参数,最终推理出此类机构设计的理论计算体系以供后来设计人员参考。
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