CN101767303B

CN101767303B - 一种汽轮机叶片数控砂带磨床

Info

Publication number: CN101767303B
Application number: CN 200810242767
Authority: CN
Inventors: 王隆太; 项余建
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-12-30
Filing date: 2008-12-30
Publication date: 2013-01-30
Anticipated expiration: 2028-12-30
Also published as: CN101767303A

Abstract

一种汽轮机叶片数控砂带磨床。涉及磨削加工汽轮机叶片型面的数控加工设备。它能控制接触轮与叶片曲面型面间的相互运动关系，从而有效避免磨削时的欠切或过切现象。其特点是包括机床床身、工作台、头架、尾座、滑台、水平转台、立置转台和砂带磨头；构成的五根伺服控制轴可实现联动控制，其中三根为回转伺服控制轴、两根为直线移动伺服控制轴；X伺服轴控制叶片纵向进给磨削运动，Z伺服轴控制叶片横向进给磨削运动，A伺服轴作叶片回转磨削运动，B伺服轴使磨头绕垂直轴摆动，C伺服轴使磨头绕水平轴摆动；X轴与Z轴相互垂直，A轴回转轴线与C轴回转轴线等高。本发明具有磨削效率高、磨削精度好、结构简洁、成本低廉、操控简便的特点。

Description

一种汽轮机叶片数控砂带磨床

技术领域

本发明涉及磨削加工汽轮机叶片表面的数控加工设备，尤其涉及一种将叶片装夹于机床上用砂带完成叶片曲面型面磨削的数控砂带磨床。

背景技术

汽轮机叶片形状复杂、加工精度要求高，是汽轮发动机组中的重要零件，也是汽轮机中加工难度最大的零件之一。由国家知识产权局公告的专利号ZL200720033896.9，名称为“汽轮机叶片数控砂带磨床”专利技术，提供了一种用于叶片型面磨削的四轴联动数控机床设备，有两个回转轴、两个直线轴，能实现汽轮机直叶片或较小扭曲度的叶片磨削加工。

由于叶片曲面型面的砂带磨削加工，是通过接触轮相对于叶片对砂带施加一定作用力进行磨削的，而接触轮有一定的宽度，当接触轮作用于砂带磨削叶片型面上某一点时就要求刀轴矢量(即接触轮轴线)位于该磨削点的最小曲率方向，这将使接触轮与叶片的干涉量最小。因而，上述四轴数控砂带磨床对一般扭曲叶片进行磨削时，由于仅有两根回转伺服控制轴，难以满足使刀轴矢量位于所磨削点的最小曲率方向的要求，因而总会伴随较大的欠切或过切现象，而不能达到预期的叶片磨削质量要求。

此外，上述专利技术中，如图3所示，在砂带磨头装置上没有设置导向轮，砂带28与接触轮26的包角较小，磨削时存在砂带28和叶片的干涉现象；张紧轮25是通过偏心机构调整，调整量小，不能保证砂带28在恒张力条件下工作；同时，主动轮24需要通过皮带驱动，安装座27水平设置等，使得该专利技术的结构复杂、传动效率低、调整不便。

发明内容

本发明针对现有技术存在的问题，提供了一种拥有两根直线移动伺服控制轴和三根回转伺服控制轴，能最大限度地控制磨削作业时欠切或过切现象的汽轮机叶片数控砂带磨床。

本发明的技术方案是：包括机床的床身、用于装夹和旋转驱动被加工叶片的头架和尾座、砂带磨头，头架上设有驱动叶片做旋转运动的A轴伺服电机，砂带磨头包括接触轮，它还包括承载头架和尾座的工作台装置、砂带磨头运动装置和机床控制器；所述的工作台装置包括相对于床身做X向运动的工作台板、驱动工作台板做X向直线往复运动的X轴伺服电机；所述的砂带磨头运动装置包括承载砂带磨头并驱动其相对于床身做C轴向旋转运动的立置转台装置、承载立置转台装置并驱动其相对于床身做B轴向旋转运动的水平转台装置和承载水平转台装置并驱动其相对于床身做Z轴向直线往复运动的滑台装置；滑台装置包括设置在床身上的滑台和Z轴伺服电机；水平转台装置包括活动连接在滑台上的水平转台和B轴伺服电机；立置转台装置包括活动连接在水平转台装置上的立置转台和C轴伺服电机；所述的接触轮的中心点与C轴伺服电机的轴心线等高，C轴伺服电机的轴心线与A轴伺服电机的轴心线等高，B轴伺服电机的轴心线垂直于水平面，Z轴伺服电机的轴心线垂直于X轴伺服电机的轴心线；所述的X轴伺服电机、Z轴伺服电机、A轴伺服电机、B轴伺服电机和C轴伺服电机与机床控制器相联。

所述的砂带磨头还包括支座和张紧装置；所述的张紧装置包括恒张力装置和张紧轮，恒张力装置固定连接在支座上，其活动端连接张紧轮。

所述的砂带磨头还包括能增大砂带与接触轮包角的导向轮，所述的导向轮对应砂带工作路径设在支座上。

本发明根据汽轮机叶片曲面型面砂带磨削的特点和加工质量的要求，开发设计了由三根回转伺服控制轴和两根直线移动伺服控制轴组成的五轴联动汽轮机叶片数控砂带磨床。改变了现有技术中仅有两根回转伺服控制轴，难以适应复杂曲面加工的现状，可从三个回转方向对接触轮与叶片曲面型面间的相互磨削关系进行运动控制，从而能够有效地控制磨削过程中的欠切和过切现象，使叶片型面磨削质量得到了保证，具有磨削效率高、精度好、结构简洁、性价比高、操控方便的特点。

此外，针对现有技术中所存在的砂带与叶片磨削干涉现象以及张紧轮结构复杂缺陷，对床身设置以及砂带磨头的结构进行了改进，在所述的砂带磨头上设置了提供恒张力的张紧轮装置，并在砂带磨头支架上设置了两个能增大砂带与接触轮包角的导向轮。

附图说明

图1是本发明的结构示意图

图中1是床身，2是X轴伺服电机，3是工作台板，4是A轴伺服电机，5是头架，6是叶片，7是尾架，8是砂带磨头，9是立置转台，10是C轴伺服电机，11是B轴伺服电机，12是水平转台，13是Z轴伺服电机，14是滑台；

图2是本发明中砂带磨头的结构示意图

图中15是主动轮，16是支座，17是砂带，18是气弹簧，19是支杆，20是张紧轮，21是导向轮，22是磨头电机，23是接触轮；

图3是本发明现有技术中砂带磨头的结构示意图

图中24是主动轮，25是张紧轮，26是接触轮，27是安装座，28是砂带。

具体实施方式

如图1、2所示，本发明包括机床的床身1、用于装夹和旋转驱动被加工叶片6的头架5和尾座7、砂带磨头8，头架5上设有驱动叶片6做旋转运动的A轴伺服电机4，砂带磨头8包括接触轮23，它还包括承载头架5和尾座7的工作台装置、砂带磨头运动装置和控制器；所述的工作台装置包括相对于床身1做X向运动的工作台板3、驱动工作台板3做X向直线往复运动的X轴伺服电机2；所述的砂带磨头运动装置包括承载砂带磨头8并驱动其相对于床身1做C轴向旋转运动的立置转台装置、承载立置转台装置并驱动其相对于床身1做B轴向旋转运动的水平转台装置和承载水平转台装置并驱动其相对于床身1做Z轴向直线往复运动的滑台装置；滑台装置包括设置在床身1上的滑台14和Z轴伺服电机13；水平转台装置包括活动连接在滑台14上的水平转台12和B轴伺服电机11；立置转台装置包括活动连接在水平转台装置上的立置转台9和C轴伺服电机10；所述的接触轮23的中心点与C轴伺服电机10的轴心线等高，C轴伺服电机10的轴心线与A轴伺服电机4的轴心线等高，B轴伺服电机11的轴心线垂直于水平面，Z轴伺服电机13的轴心线垂直于X轴伺服电机2的轴心线；所述的X轴伺服电机2、Z轴伺服电机13、A轴伺服电机4、B轴伺服电机11和C轴伺服电机10与机床控制器相联。

砂带磨头8还包括支座16和张紧装置，张紧装置包括具有恒张力的气弹簧18、张紧轮20、支杆19。气弹簧18固定连接在支座16上，其活动端连接张紧轮20。张紧轮20可通过一支杆19与气弹簧18相连。

为保证砂带17的工作可靠性，增大砂带17与接触轮23的包角，本发明还提供了砂带17的导向装置，包括导向轮21，导向轮21对应砂带17工作路径设在支座16上。优选采用一对导向轮21，分别设置在接触轮22的两侧。从而增大了砂带17在接触轮23上的包角角度。

最后，本发明的一种汽轮机叶片数控砂带磨床，它采用开放式数控系统控制，该控制系统是以工控机和运动控制器为硬件平台；系统软件由实时控制功能模块、非实时管理功能模块和叶片数据处理模块三大软件模块组成；工控机与运动控制器通过PCI总线进行通信，运动控制器通过扁平电缆与系统转接板相连，由系统转接板上所提供的各驱动接口分别与各轴伺服驱动单元连接，以及所提供的I/O接口与机床控制面板和机床电器连接。

五轴联动汽轮机叶片数控砂带磨床的操作控制过程，是按以下步骤进行：

(1)首先要求用户在系统主工作界面选择“原始参数输入”菜单，通过键盘或控制面板输入所磨削叶片的几何参数、各截面离散点坐标以及磨削工艺参数，也可以调用相关参数文件进行叶片磨削原始参数的输入。

(2)选择“叶片几何模型建立”菜单，系统将根据用户所输入的叶片几何参数和离散点坐标，建立叶片磨削型面的三维实体模型，也可以调用现有的叶片三维实体模型文件。

(3)选择“叶片磨削程序生成器”菜单，系统将根据用户所输入的磨削工艺参数和叶片三维实体模型，生成叶片砂带磨削加工的数控程序。

(4)装夹被磨削叶片，启动机床数控系统，调用所生成的叶片磨削加工程序，进行叶片的实际磨削加工。

Claims

1.一种汽轮机叶片数控砂带磨床，包括机床的床身、用于装夹和旋转驱动被加工叶片的头架和尾座、砂带磨头，头架上设有驱动叶片做旋转运动的A轴伺服电机，砂带磨头包括接触轮，其特征在于，它还包括承载头架和尾座的工作台装置、砂带磨头运动装置和机床控制器；所述的工作台装置包括相对于床身做X向运动的工作台板、驱动工作台板做X向直线往复运动的X轴伺服电机；所述的砂带磨头运动装置包括承载砂带磨头并驱动其相对于床身做C轴向旋转运动的立置转台装置、承载立置转台装置并驱动其相对于床身做B轴向旋转运动的水平转台装置和承载水平转台装置并驱动其相对于床身做Z轴向直线往复运动的滑台装置；滑台装置包括设置在床身上的滑台和Z轴伺服电机；水平转台装置包括活动连接在滑台上的水平转台和B轴伺服电机；立置转台装置包括活动连接在水平转台装置上的立置转台和C轴伺服电机；所述的接触轮的中心点与C轴伺服电机的轴心线等高，C轴伺服电机的轴心线与A轴伺服电机的轴心线等高，B轴伺服电机的轴心线垂直于水平面，Z轴伺服电机的轴心线垂直于X轴伺服电机的轴心线；所述的X轴伺服电机、Z轴伺服电机、A轴伺服电机、B轴伺服电机和C轴伺服电机与机床控制器相联。

2.根据权利要求1所述的一种汽轮机叶片数控砂带磨床，其特征在于，所述的砂带磨头还包括支座和张紧装置；所述的张紧装置包括恒张力装置和张紧轮，恒张力装置固定连接在支座上，其活动端连接张紧轮。

3.根据权利要求1所述的一种汽轮机叶片数控砂带磨床，其特征在于，所述的砂带磨头还包括能增大砂带与接触轮包角的导向轮，所述的导向轮对应砂带工作路径设在支座上。