CN101559574B - 六轴联动数控砂带磨床及加工汽轮机叶片的方法 - Google Patents

Abstract

一种六轴联动数控砂带磨床及加工汽轮机叶片的方法，六轴联动数控砂带磨床的床身上滑动设置有立柱部件和工作台，立柱部件、工作台与床身之间的相对滑动分别形成X轴方向和Y轴方向的直线运动；工作台上方设置A轴部件，用以夹持工件绕其轴线旋转，以形成A轴的旋转运动；立柱部件上悬臂设置磨削座，磨削座通过一箱体与立柱部件滑动连接，以形成Z轴方向的直线运动；箱体上旋转设置一转盘，转盘与箱体之间的相对旋转形成B轴方向的旋转运动；磨削座内设置有砂带机，砂带机与磨削座之间的相对转动形成C轴方向的回转运动；该磨床通过数控系统来控制各轴线方向上的运动。本发明可以大幅度提高磨削效率，并能有效提高工件的打磨精度和表面质量。

Description

六轴联动数控砂带磨床及加工汽轮机叶片的方法

技术领域

本发明涉及一种磨削装置，特别涉及一种六轴联动数控砂带磨床，以适用于诸如汽轮机叶片类的曲面形状较复杂的工件的打磨抛光。 

背景技术

目前，常用的动力装置(如燃汽轮机、汽轮机、涡轮发动机)的叶片的结构形式很多，而叶片的型面是决定动力装置效率的一个重要因素，型面质量的高低影响其能耗水平。因此大量的开发研究工作被花在型面型线设计上，以期从流体动力学上提高动力装置的效率，用更小的体积来获得更大的输出功率。这导致叶片型面由直面发展到弧面进而发展到扭曲弧面。另一方面，由于型面曲线越来越复杂，叶片加工的工艺要求也就越来越高，对设备的要求也越来越高。 

早期的叶片加工全部是由手工完成的，工人用锉刀、砂轮、砂纸等磨料在铸造成锻造成型的毛坏上一点点修出叶片的型面。后来发展到用车、铣的方法去除大部分余量，再经手工修型完成。数控机床的出现改变了这一状况，使叶片型面加工走到了铣削的路上。但无论机加工型面余量再小，最终都要经过打磨抛光的工序才能完成一只成品叶片，否则叶片表面的刀纹会增大蒸汽流或燃汽流的流道阻力，降低动力装置的效率。时至今日，提高叶片表面光洁度的工序仍是整个叶片型面加工工艺过程中的关键环节，虽然有电解抛光、精密铸造、高速铣削无余量加工抛丸处理等工艺出现，但绝大多数叶片的最后加工工序仍是由手式打磨抛光来完成的。 

但是手工打磨、抛光还存在如下问题： 

1、手工难以控制去除量，所以只能每次去降少量余量，需反复与样板作透光检查、比对，过程繁琐，效率低； 

2、手工抛磨容易造成叶片余量不均余、叶片尺寸一致性差，有时甚至造成废品； 

3、手式抛磨力量全靠人工掌握，叶片表面质量一致性差； 

4、大型叶片不易搬动、翻转，不借助工装难以进行抛磨； 

5、劳动强度大； 

6、工作环境恶劣，粉尘对工人健康损伤极大。 

总之手工打磨、抛光尺寸精度低、表面质量低、劳动强度大、效率低，满足不了动力能源发展的要求。 

20世纪中期以后，随着多轴控制技术的发展，六轴砂带磨床也应运而生，如专利号为“ZL200720188043.2”，名称为“六轴砂带磨床”的中国实用新型专利，其公布的砂带磨床结合空间的六个自由度，可以实现复杂的叶片型面的磨削处理，且能有效提高工件的打磨精度和表面质量，但是其对于满足高效高精度叶片加工要求还有相当的差距，主要表现在： 

1、单纯的强力磨削，其加工效率较低，并且不能从根本上解决叶片抛磨的尺寸精度、型面精度问题； 

2、机床床身前高后低，立柱部件高度高，其对立柱部件的要求较高； 

3、为了沿C轴布置砂带机，C轴结构采用悬臂式结构，即砂带机一端以铰接形式连接C轴，另一端悬伸。不仅结构刚性差，而且由于砂带机的宽度限制了C轴角度，在扭曲较大的曲面磨削抛光时容易产生干涉； 

4、虽然接触轮采用悬浮结构，但是砂带机上的惰轮并非随接触轮的上下移动而同时移动，也就是说，当接触轮与工件的接触压力随工件曲面的变化而变化时，砂带不能迅速、准确地将变化回馈给接触轮，从而导致磨削误差，影像工件的加工品质。 

从上可以看出，现有的磨削方式及磨削设备仍然普遍存在加工效率低、加工精度低，型面质量难以保证的不足，从而导致加工出来的汽轮机叶片型面质量不能很好地满足精度的要求。 

发明内容

本发明的目的在于克服现有叶片类的曲面形状较复杂的工件的打磨抛光设备存在的不足，提供一种六轴联动数控砂带磨床，以有效提高工件的表面质量和精度。 

为达到上述目的，本发明提供的六轴联动数控砂带磨床，包括： 

床身，其上滑动设置有立柱部件和工作台，所述立柱部件、工作台与所述床身之间的相对滑动分别形成X轴方向和Y轴方向的直线运动； 

设置在所述工作台上方的A轴部件，用以夹持待加工的工件绕其轴线旋转，以形成A轴的旋转运动； 

悬臂设置于所述立柱部件上的磨削座，所述磨削座通过一箱体与所述立柱部件滑动连接，以形成Z轴方向的直线运动；所述箱体上还旋转设置一转盘，所述磨削座固定于所述转盘上随其转动，所述转盘与所述箱体之间的相对旋转形成B轴方向的旋转运动； 

设置在磨削座内与所述磨削座转动连接的砂带机，所述磨削座为中空结构，所述砂带机沿所述磨削座的中空轴线回转形成C轴方向的回转运动； 

数控系统，所述数控系统里配置有程序存储器和执行电路，以控制各轴线方向上的运动。 

上述的六轴联动数控砂带磨床，其中，所述砂带机包括底板、驱动电机、砂带和接触轮，所述驱动电机设置在一电机安装座上，所述电机安装座和底板与一C轴驱动系统连接，所述接触轮通过砂带与所述驱动电机输出轴上的主动轮连接。 

上述的六轴联动数控砂带磨床，其中，所述砂带机还包括一浮动装置，所述浮动装置包括与所述底板滑动连接的随动板和与所述随动板连接的浮动驱动件，所述随动板上安装有过轮、挤压轮和所述接触轮，所述驱动电机的输出动力通过砂带经由所述主动轮、过轮和挤压轮传递至所述接触轮。 

上述的六轴联动数控砂带磨床，其中，所述浮动驱动件为自动调节气缸。 

上述的六轴联动数控砂带磨床，其中，所述随动板通过一随动导轨与所述底板滑动连接，所述随动导轨上还滑动设置有一胀紧轮，所述砂带从所述胀紧轮上绕过，所述胀紧轮与一胀紧用气缸连接。 

上述的六轴联动数控砂带磨床，其中，所述床身具有第一床身部和第二床身部，所述第一床身部高于第二床身部，其中，所述第一床身部上设置至少两条X轴导轨，所述立柱部件通过所述X轴导轨与所述第一床身部滑动连接，所述第二床身部上设置有至少两条Y轴导轨，所述工作台通过所述Y轴导轨与所述第二床身部滑动连接。 

上述的六轴联动数控砂带磨床，其中，所述第二床身部垂直于Y轴的截 面成W形，其中， 

在左、右两个V形槽底设置有左、右螺旋排屑器； 

在倒V形的下方设置有所述至少两条Y轴导轨的其中之一部分和与所述A轴部件连接的拖链； 

在W形的左、右两侧设置有Y轴驱动系统和另一部分Y轴导轨。 

上述的六轴联动数控砂带磨床，其中，所述第一床身部平行于X轴的截面的中部具有人字形洞，在所述人字形洞的两侧具有与所述左、右两个V形槽对应地倒八字形洞。 

上述的六轴联动数控砂带磨床，其中，所述左、右螺旋排屑器的其中之一包括安装于第二床身部上的螺旋驱动装置和螺旋器，所述螺旋驱动装置包括与所述螺旋器平行设置的螺旋器驱动电机，所述螺旋器驱动电机通过一传动系统带动所述螺旋器。 

上述的六轴联动数控砂带磨床，其中，所述工作台上设置有平行于X轴的A轴部件导轨，所述A轴部件与所述A轴部件导轨滑动连接。 

上述的六轴联动数控砂带磨床，其中，所述工作台的两端耳上方分别设置U形槽。 

上述的六轴联动数控砂带磨床，其中，所述工作台的中部设置有纵向贯穿所述工作台的贯孔，以供与所述A轴部件连接的拖链的管线穿过。 

上述的六轴联动数控砂带磨床，其中，所述A轴部件的驱动系统为两个，其分别设置在所述A轴部件的两侧。 

上述的六轴联动数控砂带磨床，其中，所述转盘的驱动系统包括安装在所述立柱部件上的B轴驱动电机和与所述B轴驱动电机连接的涡轮蜗杆副，所述涡轮蜗杆副的输出端与所述转盘连接。 

为了更好地实现上述目的，本发明还提供一种汽轮机叶片的加工方法，该加工方法是采用上述的六轴联动数控砂带磨床进行汽轮机叶片的加工，该方法包括如下步骤： 

(1)在待加工的控制截面处测量并取得数据，将所得数据导入造型软件以生成模型从而形成轨迹文件，然后对轨迹文件进行后处理以形成数控程序； 

(2)将数控程序存入所述六轴联动数控砂带磨床的数控系统，并利用所述六轴联动数控砂带磨床进行汽轮机叶片加工。 

进一步地，本发明还提供一种汽轮机叶片，该汽轮机叶片通过上述的六轴联动数控砂带磨床加工所得。 

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果： 

(1)各轴线方向上的运动由数控系统控制，不仅提高了零件加工效率，而且由于数控系统能准确测量工件实际状态，从而叶片尺寸精度、表面质量一致性好，进一步地，加工中无需人为调整，使叶片自动化生产成为可能，一人多机甚至全自动生产线成为可能，改变了叶片加工的生产组织方式，大幅度提高了劳动生产率； 

(2)磨削座为中空结构，能把整个砂带机放置其中并绕其中空轴线旋转，克服了在扭曲较大的曲面磨削抛光时容易产生干涉的问题； 

(3)设置浮动装置，将强力磨削与浮动磨削结合，使一条不停运转的砂带中竟有一部分伴随着移动，磨削加工时，接触轮通过砂带与被加工件接触，当接触压力随加工件曲面的变化而变化时，数控系统自动根据这种变化状态，自动调节浮动驱动件的进出气状态，带动随动板及其上面安装各种带轮、砂带的上下随动，并能迅速、准确的回馈到接触轮； 

(4)机床床身的第一床身部高于第二床身部，减小了立柱部件的高度； 

(5)第二床身垂直于Y轴的截面成W形，方便左、右螺旋排屑器的设置； 

(6)螺旋排屑器的螺旋器平行于其驱动电机，减少了机床的占地空间。 

综上可以看出，采用本发明的六轴联动数控砂带磨床进行汽轮机叶片加工，不仅效率高、工人劳动强度低，还能保证叶片尺寸精度和表面质量，并且加工出来的汽轮机叶片能满足动力能源发展的要求。 

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。 

附图说明

图1为本发明的六轴联动数控砂带磨床的主视图； 

图2为图1的左视图； 

图3为X轴驱动系统的结构图； 

图4A为本发明的床身主视图； 

图4B为图4A的俯视图； 

图4C为图4A的侧视图； 

图4D为图4B中的A-A剖视图； 

图4E为图4B中的B-B剖视图； 

图5为本发明的螺旋排屑器结构图； 

图6A为本发明的工作台主视图； 

图6B为图6A的俯视图； 

图6C为图6A的侧视图； 

图7A为本发明的A轴部件结构图； 

图7B为图7A的侧视图； 

图8A为本发明的立柱部件结构图； 

图8B为图8A的侧视图； 

图9A为本发明的B轴部件结构图； 

图9B为图9A的C-C剖视图； 

图10为本发明的C轴部件结构图； 

图11A为本发明的砂带机结构图； 

图11B为图11A的侧视图； 

图11C为图11A的后视图。 

其中，附图标记 

10床身 

11X轴导轨          12Y轴导轨 

13第一床身部 

1301人字形洞       1302倒八字形洞 

1303倒八字形洞 

14第二床身部 

15左螺旋排屑器 

151电机            152联接板 

153轴承座          154电机座 

155小轴            156链轮 

157链条            158链轮 

159轴承座            1510安装板 

1511传动轴           1512螺旋器 

16右螺旋排屑器       17拖链 

180防护系统 

181人字形伸缩防护罩  182V形固定防护罩 

183V形固定防护罩     184左斜形伸缩防护罩 

185左固定防护罩      186左防护大罩 

187右斜形伸缩防护罩  188右固定防护罩 

189右防护大罩        1810左防护端板 

1811右防护端板 

191左防护导轨        192右防护导轨 

20工作台 

21A轴部件导轨        211倾斜固定件 

22端耳               23端耳 

24U形槽              25U形槽 

26贯孔               27贯孔 

28左皮腔             29右皮腔 

30立柱部件 

31立柱               32Z轴导轨 

33X向拖链            34Z向拖链 

40X轴驱动系统 

41电机               42联轴器 

43滚珠丝杠           44滚珠螺母 

45螺钉               46轴承座 

47电机座             48轴承 

49蝶形弹簧           410管接头 

50Y轴驱动系统 

51第一驱动系统       52第二驱动系统 

60Z轴驱动系统 

61第一驱动系统       62第二驱动系统 

70A轴部件 

71A坐标体            72电机防护罩 

73伺服电机           74电机座 

75联轴器             76轴承减速机 

77端盖               78转动盘 

79螺钉               710螺母 

80A轴驱动系统 

81第一电机           82第二电机 

90B轴部件 

91箱体               92转盘 

93支架               94弹簧 

100B轴驱动系统 

101B轴驱动电机 

102涡轮蜗杆副        1021主轴 

103交叉滚子轴承      104角接触轴承 

105角接触轴承        106角接触轴承 

110C轴部件 

111磨削座 

1111第一中空部       1112第二中空部 

120C轴驱动系统 

121电机              122传动齿轮 

123传动齿轮          124传动齿轮 

125轴承              126轴承 

127上轴承内圈端盖    128下轴承内圈端盖 

130砂带机 

131接触轮            132上连接件 

133下连接件          134挤压轮 

135挤压轮            136挤压轮 

137过轮              138过轮 

139主动轮            1310电机 

1312底板        1313砂带 

1314浮动装置 

13141随动板     13142浮动驱动件 

1315电机安装座 

1316随动导轨 

13161滑块       13162滑块 

13163滑块       13164滑块 

1317胀紧轮      1318胀紧用气缸 

1319盖体 

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案进行详细的描述，以更进一步了解本发明的目的、方案及功效，但并非作为对本发明所附权利要求保护范围的限制。 

请参阅图1及图2，如图所示，本发明的六轴联动数控砂带磨床，包括床身10、工作台20、立柱部件30、X轴驱动系统40、Y轴驱动系统50、Z轴驱动系统60、A轴部件70、A轴驱动系统80、B轴部件90、B轴驱动系统100、C轴部件110、C轴驱动系统120、砂带机130和数控系统，数控系统在图中未示出。 

其中，床身10上设置有相互垂直的X轴导轨11和Y轴导轨12，X轴导轨11支撑立柱部件30，X轴驱动系统40驱动立柱部件30沿X轴导轨11滑动，以形成X轴方向的直线运动，Y轴导轨12支撑工作台20，Y轴驱动系统50驱动工作台20沿Y轴导轨12滑动，以形成Y轴方向的直线运动；A轴部件70设置在工作台20上方，用以夹持待加工的工件1，A轴驱动系统80驱动工件绕平行于X轴的A轴旋转，以形成A轴的旋转运动；立柱部件30上设置有Z轴导轨32，B轴部件90通过Z轴导轨32与立柱部件30滑动连接，B轴部件90包括由Z轴导轨32支撑的箱体91，箱体91上安装有转盘92，B轴驱动系统100与转盘92连接，以使转盘92绕平行于Y轴的B轴旋转，以形成B轴方向的旋转运动；C轴部件110安装在转盘92上，砂带机130设置在C轴部件110上，且与C轴驱动系统120连接；在B轴驱动系统100的作 用下，B轴部件90及与其连接的C轴部件110沿Z轴导轨32上下滑动，以形成Z轴方向的直线运动；C轴部件110主要包括磨削座111，砂带机130设置在磨削座111内，且在C轴驱动系统120作用下，砂带机130在磨削座111内相对磨削座转动，以形成C轴方向的回转运动。 

上述的各驱动系统40、50、60、80、110、120通过各自的驱动器接口与数控系统连接，数控系统里配置有程序存储器和执行电路，以使各驱动系统动作以实现各轴线方向的运动。 

下面对本发明的六轴联动数控砂带磨床的主要部件进行详细介绍： 

请继续参阅3本发明的X轴驱动系统的结构图，X轴驱动系统40包括电机41、联轴器42、滚珠丝杠43、滚珠螺母44、螺钉45、轴承座46、电机座47、轴承48、碟形弹簧49和管接头410，电机座47安装在床身10上，电机41通过联轴器42与滚珠丝杆43连接，滚珠丝杆43通过轴承48支撑在对应的轴承座46上，滚珠丝杆43上套装有滚珠螺母44，滚珠螺母44通过螺钉45固定在立柱部件30的底部，这样，当电机41运转时，将带动滚珠丝杆43一起转动，套装在滚珠丝杆43上的滚珠螺母44带动立柱部件30在X轴导轨11上滑动，以便于对工件长度方向的不同部位进行磨削及抛光处理。进一步地，轴承座46上设置有管接头410，当轴承采用稀油自动润滑时，润滑油经管接头进入轴承内；另一方面，轴承座46内设置有碟形弹簧49，由于碟形弹簧49适应引起垫变形的温升范围较广，所以便于滚珠丝杆43的预拉伸。 

由于X轴驱动系统、Y轴驱动系统和Z轴驱动系统都为直线驱动，所以它们具有相同的结构，所不同的是：此处的Y轴驱动系统和Z轴驱动系统为双驱动，X轴驱动系统为单驱动。参见图1及图2，Y轴驱动系统50具有第一驱动系统51和第二驱动系统52，该第一驱动系统51和第二驱动系统52的结构与X轴驱动系统40完全一致，只是在安装时，滚珠螺母44通过螺钉45固定在工作台20的底部，这样，当电机41运转时，将带动滚珠丝杆43一起转动，套装在滚珠丝杆43上的滚珠螺母44带动工作台20在Y轴导轨12上滑动。Z轴驱动系统60具有第一驱动系统61和第二驱动系统62，该第一驱动系统61和第二驱动系统62的结构与X轴驱动系统40完全一致，只是在安装时，滚珠螺母44通过螺钉45固定在箱体91上，这样，当电机41运转时，将带动滚珠丝杆43一起转动，套装在滚珠丝杆43上的滚珠螺母44带动箱体91及其上安 装的B轴部件90及与B轴部件90连接的C轴部件110在Z轴导轨32上滑动。 

请继续参阅图4A至图4E，本发明的床身结构图，如图所示，床身10具有第一床身部13和第二床身部14，第一床身部13高于第二床身部14，其中，X轴导轨11和X轴驱动系统40设置在第一床身部13上，Y轴导轨12和Y轴驱动系统50设置在第二床身部14上，此处的X轴导轨较佳地为两根，Y轴导轨较佳地为4根。 

从图4A中可以看出，第二床身部14垂直于Y轴的截面成W形，在左、右两个V形槽底分别设置左螺旋排屑器15和右螺旋排屑器16；在倒V形的下方设置有两根Y轴导轨12和与A轴部件70连接的拖链17；Y轴驱动系统50的第一驱动系统51、第二驱动系统52和另外两根Y轴导轨12设置在W形的左、右两侧。 

从图4D可以看出，第一床身13部平行于X轴的截面的中部具有人字形洞1301，在人字形洞1301的两侧具有与左、右两个V形槽对应地倒八字形洞1302、1303。 

为了很好的保护床身10内的左螺旋排屑器15、右螺旋排屑器16及其它零件(诸如导轨12、拖链17及第一驱动系统51和第二驱动系统52等)，对应地还设置有动静结合的防护系统180，参见图4A，该防护系统180主要包括对应于人字形洞1301设置的人字形伸缩防护罩181，对应于左、右两个V形槽设置的V形固定防护罩182、183，对应于W形的左侧设置的左斜形伸缩防护罩184、左固定防护板185和左防护大罩186，对应于W形的右侧设置的右斜形伸缩防护罩187、右固定防护板188和右防护大罩189和对应床身10两侧设置的左防护端板1810、右防护端板1811。其中，人字形伸缩防护罩181、左斜形伸缩防护罩184、右斜形伸缩防护罩187与工作台20固连，为可动防护罩，其随工作台20运动，较佳地，在左斜形伸缩防护罩184、右斜形伸缩防护罩187下方分别滑动连接设置在床身10上的左防护导轨191、右防护导轨192；左防护端板1810、右防护端板1811分别与左防护大罩186和右防护大罩189插接，以方便手工搬出，从而利于Y轴的第一驱动系统51和第二驱动系统52的维修。 

参阅图5本发明的螺旋排屑器结构图，左螺旋排屑器15与右螺旋排屑器16具有相同的结构，以下就以左螺旋排屑器15为例进行介绍，轴承座153和 装有电机151的电机座154安装在联接板152上，联接板152的另一端装有螺杆轴承座159和安装板1510，安装板1510和联接板152固定在第二床身部14上。装在小轴155上的链轮156通过链条157带动装在传动轴1511上的链轮158，使螺旋器1512旋转排屑。调整电机座154和轴承座153在联接板152上的安装位置来调节两链轮156、158的间距，使链条157胀紧适当。较佳地，电机151与螺旋器1512平行设置，这样，比电机与螺旋器直联具有缩小尺寸链最后实现机床占地面积小的优点。 

参阅图6A至图6C，工作台20上设置有平行于X轴的A轴部件导轨21，以使A轴部件70与工作台20滑动连接，在该A轴部件导轨21的内侧设置有倾斜固定件211，以定位A轴部件70，较佳地，此处的A轴部件导轨21设置为两根，并且，为了便于A轴部件70的沿A轴运动，在工作台两端分别设置有左皮腔28和右皮腔29，在工作台的中间设置有双向伸缩导轨防护罩210，该双向伸缩导轨防护罩210中间固定在工作台20上，两端固定在A轴部件70上，这样，当A轴部件70移动时，双向伸缩导轨防护罩210随动。工作台20具有两个端耳22、23，Y轴驱动系统50的第一驱动系统51和第二驱动系统52分别设置于其下方，在工作台的两个端耳22、23上方分别设置U形槽24、25，以供左斜形伸缩防护罩184和右斜形伸缩防护罩187通过。在工作台20的中部设置有纵向贯穿工作台的贯孔26、27，以供与A轴部件70连接的拖链的管线穿过。 

参阅图7A至图7B，A轴部件70由左右两个结构完全相同，零件大小完全一样的独立单元组成，现以其中的一个独立单元为例进行介绍。A坐标体71与A轴部件导轨21滑动连接，伺服电机73安装在电机座74上，电机座74上还设置一电机防护罩72，以遮罩伺服电机73，电机座74与轴承减速机76的非旋转部分相联，轴承减速机76固定在A坐标体71上的内孔端壁上。伺服电机73的输出轴通过联轴器75与轴承减速机76的输入轴相联，轴承减速机76的输出端被转动盘78所固定，转动盘78与一端盖77连接。待加工的工件1两端通过专用夹具(图中未示)与转动盘78相联，并由转动盘78带着夹具和待加工的工件1一起实现A轴运动(结合参阅图1)。左、右A坐标体71可在A轴部件导轨21上任意移动，以满足不同规格工件的加工，并通过装入工作台两侧T型槽内的T型槽螺钉79与螺母710固定。从上可以看出，该 A轴部件70采用的是双驱动结构，左边的伺服电机73即图1中的A轴驱动系统80的第一电机81，右边的伺服电机73即图1中的A轴驱动系统80的第一电机82。 

参阅图8A至图8B，立柱部件30整体为框形结构，其包括立柱31，立柱31由两根X轴导轨11支撑，以实现立柱部件30与床身10之间的相对滑动形成X轴方向的直线运动，立柱31上设置Z轴导轨32和Z轴驱动系统60的第一驱动系统61和第二驱动系统62，Z轴导轨32连接B轴部件90，立柱31上设置X向拖链33和Z向拖链34，较佳地，X向拖链装于立柱31的顶后部，Z向拖链34装于立柱31的顶前部，以便于空中走线。 

参阅图9A至图9B，B轴部件90包括由Z轴导轨32支撑的箱体91，箱体91上安装有转盘92，B轴驱动系统100与转盘92连接，以使转盘92绕平行于Y轴的B轴旋转。B轴驱动系统包括安装在立柱部件30上的B轴驱动电机101和与B轴驱动电机101连接的涡轮蜗杆副102，涡轮蜗杆副102的主轴1021的输出端与转盘92连接，其中主轴1021从输出端至输入端分别安装了交叉滚子轴承103、成组角接触轴承104、105、106。箱体91上连接有支架93，支架93上端连接从Z向拖链34出来的管线，并连接有弹簧94，转盘92与C轴部件110的磨削座111固连，较佳地，磨削座111还同时与弹簧94连接。 

参阅图10，C轴部件110的磨削座111固定于转盘92上，随转盘92转动，该磨削座111为中空结构，其具有第一中空部1111和第二中空部1112，C轴驱动系统120包括电机121和传动齿轮122、123、124，电机121倒装于第一中空部1111内，电机121输出的动力经由传动齿轮122、123、124传至砂带机130。第二中空部1112的上、下部分别设置轴承125、126，其中，轴承125较佳地为滚子轴承，轴承126较佳地为深沟球轴承，滚子轴承125的内圈与传动齿轮124通过上轴承内圈端盖127连接在一起，深沟球轴承126与下轴承内圈端盖128相连，砂带机130的下部容置于第二中空部1112内，并将传动齿轮124和下轴承内圈端盖128相连，这样，在电机121的作用下，砂带机130能沿第二中空部1112的中空轴线(即C轴)回转。 

参阅图11A至图11C，砂带机130包括接触轮131、上连接件132、下连接件133，挤压轮134、135、136，过轮137、138、主动轮139、电机1310、 底板1312、砂带1313和浮动装置1314，结合参阅图10，上连接件132固定在传动齿轮124的上端面上，下连接件133固定在下轴承内圈端盖128上，上连接件132、下连接件133与底板1312相连，电机1310设置在电机安装座1315上，电机安装座1315也安装在传动齿轮124的上端面上，电机1310的输出轴上安装着主动轮139，过轮138安装在电机安装座1315上，电机1310的输出动力通过砂带1313经由主动轮139、过轮137、138和挤压轮134、135、136传递至接触轮131。由于砂带机通过上连接件132与传动齿轮124相连，所以整个砂带机130可在电机121的作用下，沿磨削座111的第二中空部1112的中空轴线(即C轴)回转。较佳地，在砂带机130的上方还设置有一盖体1319。 

浮动装置1314包括与底板1312滑动连接的随动板13141和与随动板13141连接的浮动驱动件13142，过轮137、挤压轮134、135、136和接触轮131安装在随动板13141上，随动板13141通过一随动导轨1316与底板1312连接，该随动导轨1316上设置有滑块13161、13162、13163和滑块13164，随动板13141通过滑块13161、13163、13164与随动导轨1316滑动连接，较佳地，浮动驱动件13142为两个自动调节气缸，两个自动调节气缸设置在电机安装座1315上。 

随动导轨1316上的滑块13162连接有胀紧轮1317，砂带1313从胀紧轮1317上绕过，胀紧轮1317与胀紧用气缸1318连接，胀紧用气缸1318设置在电机安装座1315上。这样，砂带1313安装、拆卸时，只需要通过调节胀紧用气缸1318的进出气状态，就能带动胀紧轮1317上下移动，从而实现砂带的松开与胀紧。 

这样，在两个自动调节气缸动作的情况下，一条不停运转的砂带中竟有一部分伴随着随动板移动。对回转运动的砂带轮而言有移动和不移动之分，只要固定在随动板13141上的挤压轮136与固定在电机安装座1315的过轮138之间、过轮137与胀紧轮1317之间、过轮137与挤压轮135之间的砂带运动轨迹两两平行，不论随动移动多少，整个砂带的长度不变。在磨削加工时，接触轮131通过砂带1313与被加工件接触，当接触压力随加工件曲面的变化而变化时，数控系统根据这种变化状态，自动调节气缸13142的进出气状态，带动随动板13141及其上面安装的各种带轮、砂带的上下随动，并能迅速、准确的回馈到接触轮131处，进行随动磨削。 

在利用本发明的六轴联动数控砂带磨床进行汽轮机叶片加工时，包括如下步骤： 

(1)在待加工的控制截面处测量并取得数据，将所得数据导入造型软件以生成模型从而形成轨迹文件，然后对轨迹文件进行后处理以形成数控程序； 

(2)将数控程序存入所述六轴联动数控砂带磨床的数控系统，并利用所述六轴联动数控砂带磨床进行汽轮机叶片加工。 

加工时，对汽轮机叶片曲面上的任何一个离散的待加工点，通过X、Y、Z直线运动，使砂带接触线中点准确到达该点，在直线运动同时，A轴、B轴旋转，使C轴轴线方向与该点法矢量方向重合，在上述五个轴运动同时，C轴转动至使砂带接触线与该点周边型面特征确定的不发生干涉的方向。上述六个轴的运动过程中，各轴的位置环和速度环都得到实时控制，六轴联动控制完成砂带接触轮对曲面待加工位置的准确加工。 

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。 

Claims (15)

1.一种六轴联动数控砂带磨床，其特征在于，包括：

床身，其上滑动设置有立柱部件和工作台，所述立柱部件、工作台与所述床身之间的相对滑动分别形成X轴方向和Y轴方向的直线运动；

设置在所述工作台上方的A轴部件，用以夹持待加工的工件绕其轴线旋转，以形成A轴的旋转运动；

悬臂设置于所述立柱部件上的磨削座，所述磨削座通过一箱体与所述立柱部件滑动连接，以形成Z轴方向的直线运动；所述箱体上还旋转设置一转盘，所述磨削座固定于所述转盘上随其转动，所述转盘与所述箱体之间的相对旋转形成B轴方向的旋转运动；

设置在磨削座内与所述磨削座转动连接的砂带机，所述磨削座为中空结构，所述砂带机沿所述磨削座的中空轴线回转形成C轴方向的回转运动；

数控系统，所述数控系统里配置有程序存储器和执行电路，以控制各轴线方向上的运动。

2.根据权利要求1所述的六轴联动数控砂带磨床，其特征在于，所述砂带机包括底板、驱动电机、砂带和接触轮，所述驱动电机设置在一电机安装座上，所述电机安装座和底板与一C轴驱动系统连接，所述接触轮通过砂带与所述驱动电机输出轴上的主动轮连接。

3.根据权利要求2所述的六轴联动数控砂带磨床，其特征在于，所述砂带机还包括一浮动装置，所述浮动装置包括与所述底板滑动连接的随动板和与所述随动板连接的浮动驱动件，所述随动板上安装有过轮、挤压轮和所述接触轮，所述驱动电机的输出动力通过砂带经由所述主动轮、过轮和挤压轮传递至所述接触轮。

4.根据权利要求3所述的六轴联动数控砂带磨床，其特征在于，所述浮动驱动件为自动调节气缸。

5.根据权利要求4所述的六轴联动数控砂带磨床，其特征在于，所述随动板通过一随动导轨与所述底板滑动连接，所述随动导轨上还滑动设置有一胀紧轮，所述砂带从所述胀紧轮上绕过，所述胀紧轮与一胀紧用气缸连接。

6.根据权利要求1所述的六轴联动数控砂带磨床，其特征在于，所述床 身具有第一床身部和第二床身部，所述第一床身部高于第二床身部，其中，所述第一床身部上设置至少两条X轴导轨，所述立柱部件通过所述X轴导轨与所述第一床身部滑动连接，所述第二床身部上设置有至少两条Y轴导轨，所述工作台通过所述Y轴导轨与所述第二床身部滑动连接。

7.根据权利要求6所述的六轴联动数控砂带磨床，其特征在于，所述第二床身部垂直于Y轴的截面成W形，其中，

在左、右两个V形槽底设置有左、右螺旋排屑器；

在倒V形的下方设置有所述至少两条Y轴导轨的其中之一部分和与所述A轴部件连接的拖链；

在W形的左、右两侧设置有Y轴驱动系统和另一部分Y轴导轨。

8.根据权利要求7所述的六轴联动数控砂带磨床，其特征在于，所述第一床身部平行于X轴的截面的中部具有人字形洞，在所述人字形洞的两侧具有与所述左、右两个V形槽对应地倒八字形洞。

9.根据权利要求7所述的六轴联动数控砂带磨床，其特征在于，所述左、右螺旋排屑器的其中之一包括安装于第二床身部上的螺旋驱动装置和螺旋器，所述螺旋驱动装置包括与所述螺旋器平行设置的螺旋器驱动电机，所述螺旋器驱动电机通过一传动系统带动所述螺旋器。

10.根据权利要求1所述的六轴联动数控砂带磨床，其特征在于，所述工作台上设置有平行于X轴的A轴部件导轨，所述A轴部件与所述A轴部件导轨滑动连接。

11.根据权利要求10所述的六轴联动数控砂带磨床，其特征在于，所述工作台的两端耳上方分别设置U形槽。

12.根据权利要求11所述的六轴联动数控砂带磨床，其特征在于，所述工作台的中部设置有纵向贯穿所述工作台的贯孔，以供与所述A轴部件连接的拖链的管线穿过。

13.根据权利要求1所述的六轴联动数控砂带磨床，其特征在于，所述A轴部件的驱动系统为两个，其分别设置在所述A轴部件的两侧。

14.根据权利要求1所述的六轴联动数控砂带磨床，其特征在于，所述转盘的驱动系统包括安装在所述立柱部件上的B轴驱动电机和与所述B轴驱动电机连接的涡轮蜗杆副，所述涡轮蜗杆副的输出端与所述转盘连接。 

15.一种采用上述权利要求1～14中任一项所述的六轴联动数控砂带磨床加工汽轮机叶片的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

(1)在待加工的控制截面处测量并取得数据，将所得数据导入造型软件以生成模型从而形成轨迹文件，然后对轨迹文件进行后处理以形成数控程序；

(2)将数控程序存入所述六轴联动数控砂带磨床的数控系统，并利用所述六轴联动数控砂带磨床进行汽轮机叶片加工。

Images