CN101209536A - 五坐标自适应叶片抛光机 - Google Patents

Abstract

五坐标自适应叶片抛光机，被抛光叶片安装在所述抛光机中的叶片夹具上；同时，被抛光的叶片叶身在与其相吻合的软体模具中在一定压力夹持下并加入一定的抛修介质进行机械抛光作业；其特征在于：所述抛光机进行叶片自动机械抛光过程是：在空间直角坐标系中，被抛光的叶片在所述抛光机的控制下沿上下(Z轴)、前后(X轴)、左右(Y轴)运动，同时还能分别绕Z、X轴向旋转运动。本发明所述的五坐标自适应叶片抛光机可广泛应用于航空发动机、燃气轮机等透平机械叶片的自适应抛光加工操作中。相对于传统的类似技术，本发明设计简单、操作方便自动化程度高，控制精度高，能大大提高加工效率和设备的品质，具有巨大的经济价值。

Description

五坐标自适应叶片抛光机

技术领域：

本发明涉及机械科学，特别提供了一种五坐标自适应叶片抛光机。

背景技术：

现有技术中，叶片等类重要零件的加工设备及相应的加工工艺一直是人们渴望能够更好的进行解决的技术难题。在叶片叶身型面精加工处理工艺中常用叶身精抛光操作。为了保证规定的表面粗糙度和保持上道工序中达到的加工精度，通常在叶片腐蚀探伤后重新抛光，除去腐蚀层。这时，除去金属层通常要求不应超过0.02mm，可以采用砂带作为去除工具，通常为手工操作或借助于砂带振动接触半自动机床实现抛光操作。

在砂带振动接触半自动机床上实现抛光时，通常要求在下述条件：(1)被加工叶片作大频率往复运动，工具(砂带)不动；(2)叶片叶身与抛光工具同时以整个表面进行接触；(3)在较大单位压力和小速度下进行抛光；(4)对于每个叶片都要进入到砂带工作已完全磨损的新区域，此时磨料颗粒细化，使表面获得较小的粗糙度。

对比现有技术中的手工抛光工艺，如能在工艺上实现“叶片叶身抛光机械化，不仅可以大大降低劳动量和手工工作量，也可保证表面层质量的稳定性。”同时，在上述的传统机械抛光工艺中，其抛光质量、工作效率、设备可靠性等技术效果都有待于进一步提高。

在针对叶片加工后工序处理过程中，为避免人工横向抛光产生的横向抛光痕迹对产品疲劳寿命的降低，避免由此使叶片瞬间断裂的故障发生，进一步提高叶片经抛光后的表面完整性和叶片抛光过程的工作效率，人们一直渴望一种技术效果更好的新型叶片机械抛光机。

发明内容：

本发明提供了一种技术效果更好的五坐标自适应叶片抛光机，其目的是改变现有技术中依赖手工抛光操作或使用品质较低的抛光装置进行工作的不足，大大提高了加工质量和加工效率，明显增强了设备的可操作性和自动化程度，其具有重大的经济和社会价值。

在现有技术中，叶片加工后工序处理通常必须进行叶身型面抛光，为避免人工横向抛光产生的横向抛光痕迹对产品疲劳寿命的降低，以及叶片在高速运转过程中发生瞬间断裂的故障，减少安全隐患，进一步提高叶片经抛光后的表面完整性和叶片抛光过程的工作效率，我们特别研发了一种五坐标自适应叶片抛光机。

使用五坐标自适应叶片抛光机气动对叶片实现五坐标自适应机械抛光加工，是由该设备上的气动夹具将叶片榫头自动夹紧，被抛光的叶片叶身由与其相吻合的软体模具在一定压力夹持下并加入一定的抛修介质。

具体而言，在本发明所述五坐标自适应叶片抛光机中，被抛光叶片安装在所述抛光机中的叶片夹具上，所述抛光机上的气动夹具将叶片榫头自动夹紧，同时，被抛光的叶片叶身在与其相吻合的软体模具中一定压力夹持下并加入一定的抛修介质进行机械抛光作业；其特征在于：

所述抛光机进行叶片自动机械抛光过程(参见附图3)是：在空间直角坐标系中，被抛光的叶片在所述抛光机的控制下沿上下(Z轴)、前后(X轴)、左右(Y轴)运动，同时还能分别绕Z、X轴向旋转运动。

所述五坐标自适应叶片抛光机所实现的叶面抛光痕迹为无叠加的不规则的椭圆轨迹；被抛光的叶片在上下(Z轴)、前后(X轴)方向的运动是主动震动；同时，被抛光的叶片还能随叶片型面进行下述的三种自适应调节动作：沿Y轴方向运动、沿Z轴旋转、沿X轴旋转。

所述五坐标自适应叶片抛光机安装被抛光叶片后沿空间直角坐标系中Z轴振动的振幅可调最大范围是±10mm，振频可调范围是600～1000次/分；

其沿空间直角坐标系X轴振幅可调最大范围是±5mm，振频可调范围是500～900次/分。

本发明所述五坐标自适应叶片抛光机具体包含以下几大部分：

电源、电动机(Q1)(三相异步电动机)、设备机箱(Q2)、联轴器(Q3)、轴承座(Q4)、曲柄传动机构(Q5)、位移可调偏心轮(Q6)、关节轴承及运动导杆机构(Q7)、叶片夹具(Q8)(气动叶片夹具)、模具及运动机构(Q9)、气体压力表(Q10)、电气操作箱(Q11)；

所述电动机(Q1)通过连接着它的联轴器(Q3)、轴承座(Q4)传递给曲柄传动机构(Q5)，所述电动机(Q1)输出的圆周运动经过曲柄传动机构(Q5)转变为具有一定位移量的直线振动，作为叶片振动的动力来源；

通过关节轴承及运动导杆机构(Q7)中的关节轴承带动往复运动导杆机构，并经由直线导向机构将具有一定频率和振幅的振动能量传递给被叶片夹具(Q8)夹紧的叶片；

其它零部件都直接安装或间接连接在设备机箱(Q2)上，模具及运动机构(Q9)与叶片夹具(Q8)通过配合动作实现对被抛光叶片的抛光操作。

所述五坐标自适应叶片抛光机中的电机(Q1)为三相异步电动机，其连接安装有电机调速装置，其可以是变频调速、改变极对数调速或改变转差率调速等多种形式。

所述五坐标自适应叶片抛光机中设置有连接在叶片夹具(Q8)上的叶片位置自适应微调机构，其能够进行Y轴面、绕Z轴旋转面，绕X轴旋转面的自适应微调以实现叶片在被加紧抛光工作中的周向运动和倾斜。其可避免叶片在加工过程中由于型面的不规则多曲面构成而受力不均导致各位置加工量不一样，并自动按照模具型面控制位移路径。

所述五坐标自适应叶片抛光机中叶片夹具(Q8)设置为可拆卸式气动夹具结构，经更换夹具可对不同类型的叶片进行抛光加工，并有锁紧机构防止振动中叶片松脱。

所述五坐标自适应叶片抛光机中，模具及运动机构工作时，由气缸来完成对叶片模具的夹紧与松开，夹紧力通过对气缸气源压力的微调直到达到最佳抛光效果；

所述夹紧模具分为左右两块，为软性材料(丁氟胶或丁晴胶)按叶片单型面制作，双面模具夹紧后正好将叶片夹入其中，叶片面与模具面理论上正好吻合，在叶片与模具间夹入抛光介质，当叶片振动时与模具(抛光介质)产生各方向的相对运动(轨迹为随机的不规则的椭圆形)从而完成抛光光饰加工工艺。

本发明在工艺上实现叶片叶身抛光机械化，有效提高了叶片表面抛光的完整性，同时了保证表面层质量的稳定性，并显著提高产品生产的工作效率、降低生产成本。

所述的五坐标自适应叶片抛光机可广泛应用于航空发动机、燃气轮机等透平机械叶片的自适应抛光加工操作中。

所述五坐标自适应叶片抛光机的技术性能与技术条件如下：工作电压：AC380V；额定功耗：3.1kW；气路压力：≤0.45MPa；模具夹紧力：≤85kgf；设备外形尺寸：1350mm×610mm×1980mm；Z轴振幅可调±10mm，振频可调600～1000次/分；X轴振幅可调±5mm振频可调500～900次/分；Y轴随叶片型面作自适应调节运动；叶片沿Z轴旋转自适应调节运动；叶片沿X轴旋转自适应调节运动；叶片夹具为气动夹具，用压缩空气控制夹紧和松开叶片榫头；模具分别由左右两个气缸控制夹紧和松开运动，运动速度及夹紧力可通过调节气路参数进行调节。

本发明所述五坐标自适应叶片抛光机中还有电气控制系统以便配合机械系统和气动系统(用于控制气动夹具(Q8)的动作方式、速度、夹紧力等)的动作，更好的保证整机的质量。

目前，五坐标自适应叶片抛光机已制造、调试完成，已经投入生产。抛光加工单件产品约40～50秒，大大提高了工作效率，降低手工工作量，同时保证了叶片表面层加工质量的稳定性和完整性。该设备的研制成功为叶片的加工质量及合格率又提供了一层保障，同时该设备作为一种专用设备又具有通用性，其可应用于各类军用、民用发动机及燃气轮机等透平机械的叶片加工中。

本发明所述五坐标自适应叶片抛光机填补了一项国内空白，目前在国内尚无同类型产品。本发明为叶片叶身自动抛光专用型，其完全适用于航空发动机、燃气轮机的自适应叶片的抛光加工过程。因此，本发明具有极其巨大的经济和社会价值。

附图说明：

图1为五坐标自适应叶片抛光机结构组成示意简图；

图2为五坐标自适应叶片抛光机电气控制系统原理图；

图3为五坐标自适应叶片抛光机叶片抛光运动原理示意图；

图4为五坐标自适应叶片抛光机气动控制系统原理图；

图5为五坐标自适应叶片抛光机模具夹示意图；图5中各附图标记含义：底座N1、滑块N2、活塞杆接头座N3、活塞杆接头N4、活塞座N5、六角螺栓N6、弹簧垫圈N7、六角螺栓N8、弹簧垫圈N9、圆柱头螺钉N10、六角螺栓N11、前法兰气缸N12；

图6为五坐标自适应叶片抛光机结构示意图主视图；

图7为五坐标自适应叶片抛光机结构示意图侧视图；

图8为图7的局部视图。

具体实施方式：

实施例1(参见附图1～8)

附图6～8中的各幅图表及含义参见下表1：

表1

一种五坐标自适应叶片抛光机(如附图1所示)，具体而言，所述五坐标自适应叶片抛光机具体包含以下几大部分：

电源、电动机(Q1)(三相异步电动机)、设备机箱(Q2)、联轴器(Q3)、轴承座(Q4)、曲柄传动机构(Q5)、位移可调偏心轮(Q6)、关节轴承及运动导杆机构(Q7)、叶片夹具(Q8)(具体为气动叶片夹具)、模具及运动机构(Q9)、气体压力表(Q10)、电气操作箱(Q11)；

所述电动机(Q1)通过连接着它的联轴器(Q3)、轴承座(Q4)传递给曲柄传动机构(Q5)，所述电动机(Q1)输出的圆周运动经过曲柄传动机构(Q5)转变为具有一定位移量的直线振动，作为叶片振动的动力来源；

通过关节轴承及运动导杆机构(Q7)中的关节轴承带动往复运动导杆机构，并经由直线导向机构将具有一定频率和振幅的振动能量传递给被叶片夹具(Q8)夹紧的叶片；

其它零部件都直接安装或间接连接在设备机箱(Q2)上，模具及运动机构(Q9)与叶片夹具(Q8)通过配合动作实现对被抛光叶片的抛光操作。

所述五坐标自适应叶片抛光机中的电机(Q1)为三相异步电动机，其连接安装有电机调速装置，其可以是变频调速、改变极对数调速或改变转差率调速等多种形式。

所述五坐标自适应叶片抛光机中设置有连接在叶片夹具(Q8)上的叶片位置自适应微调机构，其能够进行Y轴面、绕Z轴旋转面，绕X轴旋转面的自适应微调以实现叶片在被加紧抛光工作中的周向运动和倾斜。其可避免叶片在加工过程中由于型面的不规则多曲面构成而受力不均导致各位置加工量不一样，并自动按照模具型面控制位移路径。

所述五坐标自适应叶片抛光机中叶片夹具(Q8)设置为可拆卸式气动夹具结构，经更换夹具可对不同类型的叶片进行抛光加工，并有锁紧机构防止振动中叶片松脱。

所述五坐标自适应叶片抛光机中，模具及运动机构工作时，由气缸来完成对叶片模具的夹紧与松开，夹紧力通过对气缸气源压力的微调直到达到最佳抛光效果；

所述夹紧模具分为左右两块，为软性材料(丁氟胶或丁晴胶)按叶片单型面制作，双面模具夹紧后正好将叶片夹入其中，叶片面与模具面理论上正好吻合，在叶片与模具间夹入抛光介质，当叶片振动时与模具(抛光介质)产生各方向的相对运动(轨迹为随机的不规则的椭圆形)从而完成抛光光饰加工工艺。

使用五坐标自适应叶片抛光机气动对叶片实现五坐标自适应机械抛光加工，是由该设备上的气动夹具将叶片榫头自动夹紧，被抛光的叶片叶身由与其相吻合的软体模具在一定压力夹持下并加入一定的抛修介质。由此实现的叶片自动机械抛光过程(参见附图3)是：沿上下(Z轴)、前后(X轴)、左右(Y轴)以及分别绕Z、X轴向旋转的运动。靠Z、X方向产生的运动幅度和运动频率，所实现的叶面抛光痕迹为无叠加的不规则的椭圆轨迹。因此，在工艺上实现叶片叶身抛光机械化，有效提高了叶片表面抛光的完整性，同时了保证表面层质量的稳定性，并显著提高产品生产的工作效率、降低生产成本。

所述的五坐标自适应叶片抛光机可广泛应用于航空发动机、燃气轮机等透平机械叶片的自适应抛光加工操作中。

所述五坐标自适应叶片抛光机的技术性能与技术条件如下：工作电压：AC380V；额定功耗：3.1kW；气路压力：≤0.45MPa；模具夹紧力：≤85kgf；设备外形尺寸：1350mm×610mm×1980mm；Z轴振幅可调±10mm，振频可调600～1000次/分；X轴振幅可调±5mm振频可调500～900次/分；Y轴随叶片型面作自适应调节运动；叶片沿Z轴旋转自适应调节运动；叶片沿X轴旋转自适应调节运动；叶片夹具为气动夹具，用压缩空气控制夹紧和松开叶片榫头；模具分别由左右两个气缸——气缸(M7)和气缸(M8)控制夹紧和松开运动，运动速度及夹紧力可通过调节气路参数进行调节。

本实施例还涉及上述的五坐标自适应叶片抛光机中叶片夹具的气动控制系统(参见附图4)，所述的气动控制系统控制着所述五坐标自适应叶片抛光机的气动叶片夹具的动作。所述五坐标自适应叶片抛光机气动控制系统主要由以下几部分构成：气源、气缸、换向装置；其中，气源通过换向装置连接着，来自气源的压缩气体经电控换向装置控制气缸的动作(方向)。

具体内容是：

所述五坐标自适应叶片抛光机气动控制系统中的换向装置为电控换向装置；所述气动控制系统中还有：单向节流阀或气缸节流阀或其组合，气量控制装置(M6)用于控制气缸进气量并借以调节气缸进给速度和模具夹紧力；所述气动控制系统通过换向阀连接着气缸(M7)和气缸(M8)，所述换向阀为三位五通换向阀(M4)与二位三通换向阀(M5)的组合；所述气动控制系统中，压缩空气通过减压调节器(M3)分别作用在三位五通换向阀(M4)和二位三通换向阀(M5)的进气端；

在气源和减压调压器(M3)之间，还连接有用于处理压缩空气的过滤减压油雾三联体(M2)；同时，所述气动控制系统中在如下的几个位置设置有压力表(M1)：在气源和过滤减压油雾三联体(M2)之间、在减压调压器(M3)和三位五通换向阀(M4)之间、在减压调压器(M3)和二位三通换向阀(M5)之间。

上述的五坐标自适应叶片抛光机中用于控制各零部件的电气控制系统(系统组成及关系参见附图2，所述附图2中各零部件明细表如下表1(表1中的备注栏表示的是元件购自何种市售产品)主要包含以下部分：电动机主控制器、电源、指示灯HL1～HL7、电磁换向控制器、模具气缸控制器；其中：电源分别为下述部件供电：电动机主控制器、操作箱、电磁换向控制器、模具气缸控制器；电动机主控制器为变频器U1和变频器U2；用于显示变频器工作状态的指示灯HL1～HL6连接在变频器U1或变频器U2。

本实施例五坐标自适应叶片抛光机中用于控制各零部件的电气控制系统的具体内容是：

作为电动机主控制器的变频器U1和变频器U2具体是有三相输入三相输出的VF015B43A；所述电磁换向控制器是二位选择开关SA2，所述二位选择开关SA2的其具体型号为ASW210；所述模具气缸控制器是三位选择开关SA3，所述三位选择开关SA3的具体型号是ASW320；

所述五坐标自适应叶片抛光机电气控制系统中，指示灯HL1～HL6分别显示对应变频器的工作状态；用于显示变频器工作状态的指示灯HL1、HL2、HL3连接在变频器U1上，它们分别用于显示如下的设备状态：纵向故障指示、纵向运行中、纵向设定频率；用于显示变频器工作状态的指示灯HL4、HL5、HL6连接在变频器U2上，它们分别用于显示如下的设备状态：横向故障指示、横向运行中、横向设定频率；

所述电源是三相电源AC380V；在电源和其他电气控制元件之间有作为总电源开关的断路器QF，当电源接通后电源指示灯HL7亮；

所述电源还包括直流电源U3(具体为DC24V)对相应负荷供电，其技术规格为～220V/+24V 1A。

SA1为操作箱电源开关，三相电源AC380V施加于变频器U1，U2的输入端R、S、T；SA4、SA5为U1、U2的电机控制正转-停止-反转功能控制端SB1、SB2为U1、U2异常复位端；SA2控制电磁阀的换向从而控制气动夹具的动作；SA3为三位选择开关控制模具气缸的前进-保持-后退；。对应电动机的输出为U、V、W端，变频器输出三相AC380V供给电动机；以上各开关、指示灯可以在操作箱控制面板上依次排列。

Claims (9)

1.五坐标自适应叶片抛光机，被抛光叶片安装在所述抛光机中的叶片夹具上；同时，被抛光的叶片叶身在与其相吻合的软体模具中在一定压力夹持下并加入一定的抛修介质进行机械抛光作业；其特征在于：

所述抛光机进行叶片自动机械抛光过程是：在空间直角坐标系中，被抛光的叶片在所述抛光机的控制下沿上下(Z轴)、前后(X轴)、左右(Y轴)运动，同时还能分别绕Z、X轴向旋转运动。

2.按照权利要求1所述五坐标自适应叶片抛光机，其特征在于：所述五坐标自适应叶片抛光机所实现的叶面抛光痕迹为无叠加的不规则的椭圆轨迹；被抛光的叶片在上下(Z轴)、前后(X轴)方向的运动是主动震动；

同时，被抛光的叶片还能随叶片型面进行下述的三种自适应调节动作：沿Y轴方向运动、沿Z轴旋转、沿X轴旋转。

3.按照权利要求1或2所述五坐标自适应叶片抛光机，其特征在于：

所述五坐标自适应叶片抛光机安装被抛光叶片后沿空间直角坐标系中Z轴振动的振幅可调最大范围是±10mm，振频可调范围是600～1000次/分；

其沿空间直角坐标系X轴振幅可调最大范围是±5mm，振频可调范围是500～900次/分。

4.按照权利要求1或2所述五坐标自适应叶片抛光机，其特征在于：

所述五坐标自适应叶片抛光机具体包含以下几大部分：

电源、电动机(Q1)(三相异步电动机)、设备机箱(Q2)、联轴器(Q3)、轴承座(Q4)、曲柄传动机构(Q5)、位移可调偏心轮(Q6)、关节轴承及运动导杆机构(Q7)、叶片夹具(Q8)(气动叶片夹具)、模具及运动机构(Q9)；

所述电动机(Q1)通过连接着它的联轴器(Q3)、轴承座(Q4)传递给曲柄传动机构(Q5)，所述电动机(Q1)输出的圆周运动经过曲柄传动机构(Q5)转变为具有一定位移量的直线振动，作为叶片振动的动力来源；

通过关节轴承及运动导杆机构(Q7)中的关节轴承带动往复运动导杆机构，并经由直线导向机构将具有一定频率和振幅的振动能量传递给被叶片夹具(Q8)夹紧的叶片；

其它零部件都直接安装或间接连接在设备机箱(Q2)上，模具及运动机构(Q9)与叶片夹具(Q8)通过配合动作实现对被抛光叶片的抛光操作。

5.按照权利要求4所述五坐标自适应叶片抛光机，其特征在于：

所述五坐标自适应叶片抛光机中的电机(Q1)为三相异步电动机，其连接安装有变频电机调速装置。

6.按照权利要求4所述五坐标自适应叶片抛光机，其特征在于：

所述五坐标自适应叶片抛光机中设置有连接在叶片夹具(Q8)上的叶片位置自适应微调机构，其能够进行Y轴面、绕Z轴旋转面，绕X轴旋转面的自适应微调以实现叶片在被加紧抛光工作中的周向运动和倾斜。

7.按照权利要求4所述五坐标自适应叶片抛光机，其特征在于：

所述五坐标自适应叶片抛光机中叶片夹具(Q8)设置为可拆卸式气动夹具结构，经更换夹具可对不同类型的叶片进行抛光加工，并有锁紧机构防止振动中叶片松脱。

8.按照权利要求4所述五坐标自适应叶片抛光机，其特征在于：

所述五坐标自适应叶片抛光机中，模具及运动机构工作时，由气缸来完成对叶片模具的夹紧与松开，夹紧力通过对气缸气源压力的微调直到达到最佳抛光效果；

所述夹紧模具分为左右两块，为软性材料(丁氟胶或丁晴胶)按叶片单型面制作，双面模具夹紧后正好将叶片夹入其中，叶片面与模具面理论上正好吻合，在叶片与模具间夹入抛光介质，当叶片振动时与模具(抛光介质)产生各方向的相对运动(轨迹为随机的不规则的椭圆形)从而完成抛光光饰加工工艺。

9.按照权利要求8所述五坐标自适应叶片抛光机，其特征在于：所述按叶片单型面制作的夹紧模具中的软性材料为丁氟胶或丁晴胶。

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