CN102303275B - 一种用于叶片型面砂带柔性抛光机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于叶片型面砂带柔性抛光机构，该砂带柔性抛光机构通过安装架固安在数控机床上；柔性机构驱使抛光轮沿其固定轴方向动作，控制抛光力度的大小；辊轮安装在基板上支撑砂带，张紧气缸使砂带在辊轮上产生预紧力，驱动轮带动砂带在辊轮上进行高速旋转；对柔性机构中的气缸进行控制，使得抛光轮可以进行轴向的位移动作，即抛光过程中的柔性让刀动作，避免了由于刚性冲击引起的叶片型面变形及损坏。抛光过程中产生的砂带跑偏现象通过纠偏机构进行调整。本发明结构简单，操作方便，实现了叶片型面自动化抛光工艺，不仅提高了叶片型面抛光质量，同时也提高了工作效率。

Description

一种用于叶片型面砂带柔性抛光机构

技术领域

本发明涉及一种柔性抛光机构，特别是一种用于叶片型面砂带柔性抛光机构。属于机械设计与制造技术领域，适用于航空发动机叶片复杂曲面的抛光加工工艺。

背景技术

叶片作为发动机的心脏，受到发动机大涵道比、高推重比及长寿命等要求的影响，叶片形状趋于复杂，几何尺寸渐进增大，对其关键制造技术提出了更高的要求。发动机叶片表面是典型的高自由度复杂曲面，表面质量、型面精度要求非常高，抛光加工工艺作为叶片成型的最终工艺，起着致关重要的关键性作用。

由于叶片形状复杂非常薄，扭曲度大、叶展长的特点，使得叶片在抛光过程中受力容易产生变形，尤其是对于型面尺寸精度要求很高的叶片进排气边，抛光力度导致其变形的情况时有发生，影响型面尺寸精度，甚至损坏叶片。同时，叶片铣削工艺产生的表面波纹使得抛光过程中容易产生刀具和叶片的双重振动，影响抛光质量。此外，目前普遍的抛光方法是操作人员手工夹持叶片进行表面抛光加工，其抛光工艺质量及工作效率较低都制约着航空发动机的批量生产和应用需求。

中国专利200820045975.6中公开了一种砂光机，是用于平面打磨、抛光的机械装置，它包括安装驱动砂带运动的砂带机构，砂带机构安装在可上下移动的立柱机构上，其特点在于安装砂布带的砂带机构、固定工件的工作台机构位置可根据需要进行调节，通过数控电路控制，全自动化操作，抛光效率较高。在专利200610155853.8中描述了一种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，特点是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。该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工艺操作中。专利02824300.5中提出了一种用于抛光燃气轮机叶片表面的方法和设备，它的特点是一金属的防腐层借助一干冰射流来抛光，由此避免了表面沾染杂质并获得成本方面的优点。

现有公开的文献“自由曲面六轴联动砂带磨削机床试验”(《重庆大学学报》2008，31(6)：598-602.)中介绍了一种用于自由曲面表面磨削用砂带机床，其中提出了一种双摆动砂带磨头，由磨头支撑板、主轴驱动电机、恒压浮动机构、砂带张紧机构、砂带驱动轮、过渡轮等组成，并经过磨削试验取得了较好的叶片表面质量。在公开的文献“Research on The Double-sided Grinding and Polishing Machine Tool System”(2010：1968-1971.)中提出一种双向的砂带抛光机构，可以对叶片两面进行同时抛光加工，极大的提高了叶片表面抛光效率。

但是，上述提及的专利和公开的文献中介绍的砂带抛光机构可以对叶片表面进行抛光，只是从叶片表面抛光的可行性方面进行了研究，实现了叶片抛光定型，还无法满足叶片表面定性要求，对于叶片表面形态及表面波纹等状况无法做到适应，抛光后叶片表面会由于波纹的影响产生颤纹等，抛光后叶片表面质量不能够完全满足要求。目前较为普遍的还是采用人工操作抛光方法进行叶片抛光加工，工作强度大，质量不稳定等都影响着叶片使用性能。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种用于叶片型面砂带柔性抛光机构，其目的在于使砂带抛光轮可以适应叶片表面曲率及铣削后表面波纹，避免刚性冲击产生的变形，同时以自动化数控抛光工艺代替手工抛光方法，提高了叶片表面抛光质量，同时也提高了抛光加工工作效率。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：该砂带柔性抛光机构包括基板、柔性机构、辊轮、纠偏机构、张紧气缸、驱动轮、安装架；柔性机构还包括导轨、移动体、抛光轮、气缸、活塞架、辊轮固定架；所述基板上分布设置有数个螺纹孔，用于安装砂带柔性机构的各部分；柔性机构驱使抛光轮沿其固定轴方向动作，控制抛光力度的大小，避免刚性冲击；辊轮安装在基板上支撑砂带，驱动轮带动砂带在辊轮上进行高速旋转，张紧气缸使砂带在辊轮上产生预紧力，避免打滑现象的发生，纠偏机构调整砂带运行过程中的跑偏现象；电机带动驱动轮为砂带高速旋转提供动力。

所述的基板为两面对称薄板，纵向截面为六边形，其前部分置有镂空的长方形槽孔，槽孔内壁分布有两个长度相同等直径的通孔，用于安装柔性机构；基板顶部置有一凹槽，用于安装纠偏机构，基板中心位置设有驱动轮定位孔，与槽孔同在基板的轴线上。

所述的导轨为圆柱形结构，其安装固定于基板之上槽孔内壁的两个通孔内，作为柔性机构的滑动轨道。

所述移动体由三个部分组成，分别为与圆柱形导轨配合做直线移动的长方体滑动基体、进行抛光轮固定和调节的固定体、辊轮固定架，其中滑动基体呈长方体结构，在其长度方向内部上下对称分布有两个通孔，与导轨之间轴孔配合；固定体为长方体，长度方向上分布有一个通孔，用于固定抛光轮；辊轮固定架为厚度均匀凸台结构，上分布有辊轮固定轴；抛光轮由轴承及轴承外套组成，外套为橡胶材料，减小抛光时的刚性接触；气缸使整个移动体沿着导轨方向上作直线移动，产生机构柔性动作。活塞架连接气缸与移动体，从而推动活塞架带动移动体动作。

所述的辊轮为圆柱形结构，通过轴孔配合，安装于基体上支撑砂带。

所述纠偏机构包括旋钮、摆动轴、支撑体；旋钮为两个直径不等的圆柱相连接，小直径圆柱的一端置有螺纹安装在支撑体上；摆动轴一端为圆柱形与辊轮配合，其上有一通孔插入轴构成摆动副，摆动副使辊轮上下微摆动调整砂带跑偏现象；支撑体为两个大小不同的长方体连接而成，底部为大表面长方体，其上有螺纹孔与旋钮连接，上部为小长方体，其上通孔通过轴与摆动轴上的通孔连接固定，安装于大长方体中心部位。

所述的张紧气缸为长方体结构，固定于基板上，用于为砂带提供预紧力。

所述的驱动轮为圆柱轮结构，通过电机带动其高速转动，为砂带转动提供动力。

所述安装架通过螺钉固定于基板上，另一端为有锥度的圆柱体与数控机床连接。

本发明一种用于叶片型面砂带柔性抛光机构，该砂带柔性抛光机构由安装架固安在数控机床上，通过数控编程，选用合适参数的砂带对叶片表面进行抛光。在砂带柔性抛光机构工作过程中，驱动轮带动砂带在辊轮上进行高速旋转，对柔性机构中的气缸进行控制，使得抛光轮可进行轴向的位移动作，即抛光过程中的柔性让刀动作，避免了由于刚性冲击引起的叶片型面变形及损坏。抛光过程中产生的砂带跑偏现象通过纠偏机构进行调整。本发明结构简单，操作方便，实现了叶片型面自动化抛光工艺，不仅提高了叶片型面抛光效率，同时也提高了叶片表面质量，降低其报废率。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明一种用于叶片型面砂带柔性抛光机构作进一步详细说明。

图1为本发明叶片型面砂带柔性抛光机构的示意图。

图2为本发明的基板示意图。

图3为本发明的柔性机构示意图。

图4为本发明的纠偏机构立体图。

图5为本发明叶片型面砂带柔性抛光机构抛光叶片时示意图。

图中：

1.基板  2.柔性机构  3.辊轮  4.纠偏机构  5.张紧气缸  6.驱动轮7.安装架  8.导轨  9.移动体  10.抛光轮  11.气缸  12.活塞架13.滑动基体  14.固定体  15.辊轮固定架  16.旋钮  17.摆动轴  18.支撑体19.数控转台  20.叶片夹具  21.叶片  22.砂带  23.砂带抛光机构

具体实施方式

本实施例是一种用于叶片型面砂带柔性抛光机构，包括由基板1、柔性机构2、辊轮3、纠偏机构4、张紧气缸5、驱动轮6、安装架7构成。

参见图1、图2，基板1为整个砂带柔性机构提供支撑，用于柔性机构2、辊轮3、纠偏机构4、张紧气缸5、驱动轮6、安装架7和柔性机构的各部分的安装固定；柔性机构2使得抛光轮10沿其固定轴方向动作，使抛光过程实现柔性，且控制抛光力度的大小，避免刚性冲击，柔性机构2通过导轨8安装在基板1之上；辊轮3为砂带提供支撑，其内部为轴承结构，绕其轴线进行转动，从而使砂带进行高速旋转；纠偏机构4实现了砂带运行过程中的纠偏功能；张紧气缸5使砂带在辊轮上产生预紧力；驱动轮6固定在基板1上，通过电机带动提供砂带旋转的动力；安装架7通过螺钉固定在基板1上，另一端设置有锥度的圆柱体与数控机床连接。

基板1为两面对称薄板，纵向截面为六边形，其前部分置有镂空的长方形槽孔，槽孔内壁上分布有两个长度相同等直径通孔，用于安装柔性机构2的导轨8；基板1上分布有数个螺纹孔，用于安装固定辊轮3、纠偏机构4、张紧气缸5、驱动轮6、安装架7，在基板1顶部的斜边处设置有一凹槽，，使纠偏机构4与基板1进行固定，基板中心位置设有驱动轮定位孔，与槽孔同在基板的轴线上。基板1在柔性砂带机构中起到支架基体作用。

通过基板1安装各零部件之间的连接配合，组成具有柔性功能的砂带抛光机构，安装于数控机床上，选用砂带抛光工具，便可对叶片型面进行自动抛光，抛光过程中，柔性机构使得抛光轮可进行适应叶片型面曲率，减小抛光加工产生的变形，实现自动化抛光。

如图3所示，柔性机构2包括：导轨8、移动体9、抛光轮10、气缸11、活塞架12、滑动基体13、固定体14、辊轮固定架15；导轨8为圆柱结构，安装在基板1上槽孔内壁的两个通孔内，并进行轴向固定，为柔性移动体移动起到滑轨作用；移动体9由三部分组成，分别为与导轨8配合做直线移动的滑动基体13、进行抛光轮10固定和调节的固定体14、辊轮固定架15，其中滑动基体13呈长方体结构，在其长度方向内部上下对称分布有两个通孔，用于与导轨8之间的配合，固定体14为长方体结构，长度方向上分布有一个通孔，用于固定抛光轮10，辊轮固定架15为凸台上下对称结构，分布有辊轮固定轴，两个辊轮随柔性机构2进行直线移动，可以很好的避免抛光过程由于砂带张紧力影响抛光力的情况，固定体14与辊轮固定架15通过螺钉连接安装于移动体9的正面；抛光轮10由轴承及轴承外套组成，外套为橡胶材料，减小抛光时的刚性接触，抛光轮10通过圆柱形支架与固定体14孔进行配合且轴向固定；气缸11推动整个移动体9沿着导轨8方向上作直线移动，产生机构柔性动作。活塞架12为气缸11与移动体9之间的连接提供支撑固定，活塞架12通过螺钉安装于移动体9的背面。

如图4所示，纠偏机构4包括旋钮16、摆动轴17、支撑体18；旋钮16为两个直径不等的圆柱相连接，小直径圆柱的一端置有螺纹安装在支撑体18上；摆动轴17由两个直径不等的圆柱构成，直径小的一端用来安装轴承与辊轮3进行配合，大直径圆柱上置有一个通孔，其上有一通孔插入轴构成摆动副，旋钮16转动带动摆动轴17进行上下摆动，使辊轮3进行上下微摆动，调整砂带跑偏现象；支撑体18为两个大小不同的长方体连接而成，底端为一个大表面长方体，其上有螺纹孔与旋钮16小径端行螺纹连接，上部为小长方体，其上分布有一个通孔通过轴与摆动轴17的通孔连接固定，安装于大长方体中心部位。

如图5所示，将砂带抛光机构23安装于数控机床上，通过驱动轮6带动砂带22在辊轮3上进行高速旋转，叶片21、叶片夹具20安装固定在数控转台19上，并且随着数控转台19进行转动，经过数控程序控制，实现砂带抛光机构23对叶片21表面进行自动抛光加工。

本发明砂带柔性抛光机构安装于数控机床上，对叶片表面进行抛光加工；在其工作过程中，砂带22通过抛光轮10对叶片21型面进行抛光，通过对柔性机构2中的气缸11进行控制，获得柔性抛光力，使得抛光轮10进行轴向的位移动作，即抛光过程中的柔性让刀动作，避免了刚性冲击引起叶片变形及损伤。在砂带旋转过程中，产生的砂带跑偏现象通过纠偏机构4进行调整。整个砂带柔性抛光机构为叶片复杂曲面零件提供了自动化抛光工具，既提高了叶片表面抛光质量，又提高了抛光加工工作效率。

Claims (4)

1.一种用于叶片型面砂带柔性抛光机构，包括基板、柔性机构、辊轮、纠偏机构、张紧气缸、驱动轮、安装架，其特征在于：柔性机构包括导轨、移动体、抛光轮、气缸、活塞架、辊轮固定架；所述导轨为圆柱形，安装在基板上槽孔内壁的两个通孔内；所述移动体由三个部分构成，其中滑动基体呈长方体状，在长度方向内部上下对称分布有两个通孔，与圆柱形导轨配合做直线移动，固定体在长度方向上一端置有通孔固定安装抛光轮，辊轮固定架为厚度均匀凸台结构，其上分布有辊轮固定轴；活塞架连接气缸与移动体，气缸使移动体沿导轨方向上作直线移动；所述基板上分布设置数个螺纹孔，用于安装砂带柔性机构的各部分；柔性机构驱使抛光轮沿其固定轴方向动作，控制抛光力度的大小；辊轮安装在基板上支撑砂带，张紧气缸使砂带在辊轮上产生预紧力，驱动轮带动砂带在辊轮上进行高速旋转，纠偏机构调整砂带运行过程中的跑偏现象，电机带动驱动轮为砂带高速旋转提供动力。

2.根据权利要求1所述的叶片型面砂带柔性抛光机构，其特征在于：所述的基板为两面对称薄板，纵向截面为六边形，其前部分置有镂空的长方形槽孔，槽孔内壁上分布有两个长度相同等直径通孔，基板顶部斜边处设置有一凹槽，基板中心位置设有驱动轮定位孔，与槽孔同在基板的轴线上。

3.根据权利要求1所述的叶片型面砂带柔性抛光机构，其特征在于：所述纠偏机构包括旋钮、摆动轴、支撑体；旋钮为两个直径不等的圆柱相连接，小直径圆柱的一端置有螺纹安装在支撑体上；摆动轴一端与辊轮配合，其上有一通孔插入轴构成摆动副，摆动副使辊轮上下微摆动调整砂带跑偏；支撑体为两个大小不同的长方体连接而成，底部为大表面长方体，有螺纹孔与旋钮连接，上部为小长方体，其上通孔通过轴与摆动轴上的通孔连接固定，安装于大长方体中心部位。

4.根据权利要求1所述的叶片型面砂带柔性抛光机构，其特征在于：所述安装架一端固定于基板上，另一端为有锥度的圆柱体与数控机床连接。

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