CN103522151A - 一种用于叶片磨抛的压力可控砂带工具系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于叶片磨抛的压力可控砂带工具系统，属于叶片磨抛的工具。驱动轮、惰轮、张紧机构、磨抛压力控制机构安装在工具板上，伺服电机通过电机支座与工具板连接，驱动轮与伺服电机连接，接触轮采用金属轮毂主体表面粘贴橡胶材料的结构，砂带与驱动轮、惰轮和接触轮外部绕接，张紧机构与砂带张紧连接。优点是结构新颖，解决了磨抛过程中磨抛压力和法向压入量耦合的问题，实现了磨抛过程中的力位解耦，为叶片型面自动磨抛作业提供了力位解耦的工具系统，可以有效控制砂带磨抛叶片时的磨抛压力，使叶片曲面磨抛更均匀、加工质量更高。

Description

一种用于叶片磨抛的压力可控砂带工具系统

技术领域

本发明属于机械制造领域，具体涉及一种用于叶片磨抛的工具。

背景技术

叶片是汽轮机、水轮机、航空发动机等透平机械设备中典型关键零件，少者上千个、多者可达数万个。叶片长期工作在高温、高压、强腐蚀性的环境，承受交变载荷作用，要求其具有很好的力学性能、抗热变形和抗腐蚀能力，任何设计和制造中的缺陷都可能导致工作效率降低，甚至破坏整体机组，带来重大的经济损失。叶片类零件形状复杂、质量要求高、加工难度大。

目前我国叶片磨抛加工主要还是通过手工完成，劳动强度大、效率低、工作条件恶劣。磨抛后叶片形位精度和表面质量受工人技术影响较大，即使是同一个工人磨抛的叶片，一致性也难以得到有效保证；限制了我国叶片制造水平向高效率、高质量方向发展。因此，目前急需开发叶片自动化磨抛装置，代替手工作业，提高叶片磨抛加工质量和效率。

发明内容

本发明提供一种用于叶片磨抛的压力可控砂带工具系统，以解决目前叶片磨抛劳动强度大、效率低、叶片曲面磨抛不均匀、表面质量差的问题。

本发明采用的技术方案是：驱动轮、惰轮、张紧机构、磨抛压力控制机构安装在工具板上，伺服电机通过电机支座与工具板连接，驱动轮与伺服电机连接，接触轮采用金属轮毂主体表面粘贴橡胶材料的结构，砂带与驱动轮、惰轮和接触轮外部绕接，张紧机构与砂带张紧连接；

所述的张紧机构的结构是，张紧臂轴通过轴承安装在工具板上，张紧臂与张紧臂轴固定连接，弹簧通过销安装在工具板上，张紧臂以张紧臂轴为支点，一端安装张紧轮，另一端安装弹簧；

所述的磨抛压力控制机构的结构是：角度传感器机构安装在工具板上，位移传感器支座安装在工具板上，位移传感器安装在位移传感器支座上，滑块支座安装在工具板上，滑块安装在滑块支座上，气缸支座安装在工具板上，低摩擦气缸安装在气缸支座上，连接轴通过滑块中的直线轴承可以在滑块中移动，连接轴一端与接触轮支座连接，另一端与S型压力传感器连接，同时通过连接板与位移传感器的轴连接，接触轮安装在接触轮支座上，S型压力传感器的另一端与低摩擦气缸的轴连接。

所述的角度传感器机构的结构是：角度传感器支座安装在工具板上，角度传感器安装在角度传感器支座上，角度传感器的轴通过联轴器与张紧臂轴连接在一起。

本发明的优点是结构新颖，解决了磨抛过程中磨抛压力和法向压入量耦合的问题，实现了磨抛过程中的力位解耦，为叶片型面自动磨抛作业提供了力位解耦的工具系统，可以有效控制砂带磨抛叶片时的磨抛压力，使叶片曲面磨抛更均匀、加工质量更高。

附图说明

图1是本发明结构示意图；

图2是图1的后视图；

图3是本发明张紧机构结构示意图；

图4是本发明磨抛压力控制机构结构示意图；

图5是本发明角度传感器机构结构示意图；

图6是本发明磨抛叶片示意图。

具体实施方式

驱动轮1、惰轮4、张紧机构5、磨抛压力控制机构6安装在工具板2上，伺服电机9通过电机支座8与工具板2连接，驱动轮1与伺服电机9连接，接触轮7采用金属轮毂主体表面粘贴橡胶材料的结构，砂带3与驱动轮1、惰轮4和接触轮7外部绕接，张紧机构5与砂带3张紧连接；

所述的张紧机构的结构是，张紧臂轴501通过轴承安装在工具板2上，张紧臂505与张紧臂轴501固定连接，弹簧503通过销504安装在工具板2上，张紧臂505以张紧臂轴501为支点，一端安装张紧轮502，另一端安装弹簧503，利用杠杆原理，弹簧503通过张紧臂505使张紧轮502为砂带3提供张紧力。

所述的磨抛压力控制机构的结构是：角度传感器机构601安装在工具板2上，位移传感器支座609安装在工具板2上，位移传感器602安装在位移传感器支座609上，滑块支座603安装在工具板2上，滑块606安装在滑块支座603上，气缸支座610安装在工具板2上，低摩擦气缸611安装在气缸支座610上，连接轴605通过滑块606中的直线轴承可以在滑块606中移动，连接轴605一端与接触轮支座604连接，另一端与S型压力传感器608连接，同时通过连接板607与位移传感器602的轴连接，接触轮7安装在接触轮支座604上，S型压力传感器608的另一端与低摩擦气缸611的轴连接。

所述的角度传感器机构的结构是：角度传感器支座6013安装在工具板2上，角度传感器6011安装在角度传感器支座6013上，角度传感器6011的轴通过联轴器6012与张紧臂轴501连接在一起。

如图6所示是利用本发明的压力可控砂带工具系统磨抛叶片的示意图。驱动轮1、张紧轮502、惰轮4、接触轮7在空间具有一定的几何关系，利用S型压力传感器608、位移传感器602和角度传感器6011采集的压力、位移和角度值，通过力位解耦算法获得实际磨抛接触区域的压力值，与要求的压力值进行比较，通过低摩擦气缸611的运动实现磨抛压力控制。

本发明实施例工作方式是：本发明通过工具板2安装到数控机床Z轴上。砂带3缠绕过主动轮1、惰轮4、张紧轮502和接触轮7。利用杠杆原理，张紧机构5的弹簧503通过张紧臂505使张紧轮502压紧砂带3，为砂带3提供张紧力。装在工具板2上的伺服电机9带动主动轮1转动，主动轮1带动砂带3运动，数控机床Z轴带动工具系统接近叶片工件，使接触轮7压向叶片表面。根据叶片砂带磨抛压力要求，在工具板2上安装的位移传感器602，S型压力传感器608和角度传感器6011分别采集位移、压力和角度值，通过力位解耦算法获得实际磨抛接触区域的压力值，与要求的磨抛压力值进行比较。当实际磨抛压力大于（或小于）要求磨抛压力时，控制系统通过电气比例阀控制低摩擦气缸（611）的运动，使输出压力减小（或增大），实现叶片磨抛压力的控制。

磨抛压力F_n的力位解耦计算方法：

$F_n=\frac{F_a.\mathrm{\ϵ}.(e^{\mathrm{f\α}}-1)}{e^{\mathrm{f\α}}\cos \left({\tan }^{-1}\right|\frac{{y_2}^{\text{'}}-{y_1}^{\text{'}}}{{x_2}^{\text{'}}-{x_1}^{\text{'}}}|-{\sin }^{-1}|\frac{R_1+R_2}{{O_1}^{\text{'}}{O_2}^{\text{'}}}\left|\right)+\cos \left({\tan }^{-1}\right|\frac{y_4-{y_1}^{\text{'}}}{x_4-{x_1}^{\text{'}}}|+{\sin }^{-1}|\frac{R_4-R_1}{O_4{O_1}^{\text{'}}}\left|\right)}$

式中：

①α是砂带与驱动轮的包角：

ε是法向力与切向力的比值，常取ε=2；

f是砂带与主动轮的摩擦系数，常取f=0.35；

②各轮半径分别为：接触轮直径R₁=23mm

张紧轮R₂=35mm

主动轮R₃=55mm

惰轮R₄=35mm

③初始状态确定为气缸伸长量为0的时刻。此时，各个轮的圆心坐标分别为：

接触轮圆心O₁（x₁,y₁）=（378，100）

张紧轮圆心O₂（x₂,y₂）=（191，255）

主动轮圆心O₃（x₃,y₃）=（91，355）

惰轮圆心O₄（x₄,y₄）=（91，35）

当气缸伸长量变化ΔX时，各个轮的圆心坐标变化为：

接触轮圆心O₁′（x₁′,y₁′）=（378+ΔX，100）

张紧轮圆心O₂′（x₂′,y₂′）=（191+R₂sinΔβ，255+R₂（1-cosΔβ））

主动轮圆心O₃′（x₃′,y₃′）=（91，355）

惰轮圆心O₄′（x₄′,y₄′）=（91，35）

④气缸输出压力F_a通过压力传感器测得，气缸伸长量ΔX通过位移传感器测得，角度Δβ通过角度传感器测得。

磨抛压力要求值为F₀，当F_n<F₀时，增加气缸输出压力F_a，使F_n接近F₀；当F_n>F₀时，减小气缸输出压力F_a，使F_n接近F₀。

Claims (4)

1.一种用于叶片磨抛的压力可控砂带工具系统，其特征在于：驱动轮、惰轮、张紧机构、磨抛压力控制机构安装在工具板上，伺服电机通过电机支座与工具板连接，驱动轮与伺服电机连接，接触轮采用金属轮毂主体表面粘贴橡胶材料的结构，砂带与驱动轮、惰轮和接触轮外部绕接，张紧机构与砂带张紧连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于叶片磨抛的压力可控砂带工具系统，其特征在于：所述的张紧机构的结构是，张紧臂轴通过轴承安装在工具板上，张紧臂与张紧臂轴固定连接，弹簧通过销安装在工具板上，张紧臂以张紧臂轴为支点，一端安装张紧轮，另一端安装弹簧。

3.根据权利要求1所述的一种用于叶片磨抛的压力可控砂带工具系统，其特征在于：所述的磨抛压力控制机构的结构是：角度传感器机构安装在工具板上，位移传感器支座安装在工具板上，位移传感器安装在位移传感器支座上，滑块支座安装在工具板上，滑块安装在滑块支座上，气缸支座安装在工具板上，低摩擦气缸安装在气缸支座上，连接轴通过滑块中的直线轴承可以在滑块中移动，连接轴一端与接触轮支座连接，另一端与S型压力传感器连接，同时通过连接板与位移传感器的轴连接，接触轮安装在接触轮支座上，S型压力传感器的另一端与低摩擦气缸的轴连接。

4.根据权利要求1所述的一种用于叶片磨抛的压力可控砂带工具系统，其特征在于：所述的角度传感器机构的结构是：角度传感器支座安装在工具板上，角度传感器安装在角度传感器支座上，角度传感器的轴通过联轴器与张紧臂轴连接在一起。

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