CN104984886B - 一种机器人自动喷涂导向叶片组件热障涂层的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种机器人自动喷涂导向叶片组件热障涂层的方法，其特征在于，包括以下步骤：将导向叶片的喷涂程序进行区域划分，分为上缘板、下缘板和叶身三个部分；上、下缘板区域划分：因上、下缘板喷涂区的截面在水平和垂直方向上均不连续，将其划分为6个区域：①两叶身夹缝区，即后视左叶身的叶盆边、后视右叶身叶背进气边、两叶身进气边顶点连线与后视右叶身叶背进气边末端的切线所包围的区域、②进气边外缘区，即两叶身进气边顶点连线的外围区域。
Description
技术领域：
本发明属于表面涂覆防护技术，涉及一种利用单机器人对导向叶片组件进行自动喷涂制备热障涂层的方法。
背景技术：
航空发动机涡轮导向叶片组件作为发动机的核心部件，其表面喷涂NiCrAlY粘结层和热障涂层面层。导向叶片组件的结构为双联装叶片，分为上缘板、下缘板、后视左叶身和后视右叶身，叶身根据气流方向分为进气边和排气边，根据叶型可分为叶盆和叶背，左右两个叶身和上下缘板之间存在互相干扰和遮挡，结构十分复杂。受制于零件结构工厂长期以来一直采用手工方式进行喷涂热障涂层面层。但是手工喷涂受到操作工经验和主观能动性的影响，喷枪移动速度和喷涂距离等参数变化不一，无法保证每件叶片涂层质量和其一致性。涂层质量问题可能造成叶片烧蚀、裂纹等缺陷，在300小时修理时，叶片更换率达到80％。因此实现自动化喷涂，可提高导向叶片组件涂层质量，进而提高导向叶片组件使用寿命，降低发动机修理成本。
发明内容：
本发明的目的是提供一种具有可操作性的利用单机器人对导向叶片组件进行自动喷涂的方法，以提升喷涂涂层质量，减轻人员操作强度，满足我国航空发动机研制的需要。
本发明提出的一种机器人自动喷涂导向叶片组件热障涂层的方法，其特征在于，包括以下步骤：
将导向叶片的喷涂程序进行区域划分，分为上缘板、下缘板和叶身三个部分；
上、下缘板区域划分：因上、下缘板喷涂区的截面在水平和垂直方向上均不连续，将其划分为6个区域：①两叶身夹缝区，即后视左叶身的叶盆边、后视右叶身叶背进气边、两叶身进气边顶点连线与后视右叶身叶背进气边末端的切线所包围的区域、②进气边外缘区，即两叶身进气边顶点连线的外围区域、③后视右叶身叶盆区，即后视右叶身的叶盆边与两叶身进气边顶点连线的延长线包围的区域、④后视右叶身叶背区，即后视左叶身叶盆边的延长线、后视右叶身叶背进气边末端的切线和后视右叶身叶背排气边所包围的区域、⑤后视左叶身叶背区，即后视左叶身的叶背排气边及其延长线的外围区域、⑥后视左叶身叶背进气边，后视左叶身的叶背进气边所对应的外围区域；
叶身区域划分：叶身的空间形态在发动机径向法平面上的投影近似于相等，将左右两个叶身分为5个区域：A叶背排气边、B后视左叶身叶背进气边、C后视左叶身叶盆、D后视右叶身叶背进气边、E后视右叶身叶盆；
进行上、下缘板喷涂编程，喷涂程序路径编制如下所示：
“MoveL”指令控制转台旋转使②区面对喷枪，同时喷枪在②区外等待；
“MoveL”指令控制喷枪从内向外Z字形运动完整覆盖①区，运动速度100mm/s，然后控制喷枪往复运动对②区进行喷涂，运动速度100mm/s；
“MoveL”指令控制喷枪沿③区延伸方向直线运动对③区进行喷涂，运动速度100mm/s；
“MoveL”指令控制转台旋转使④区面对喷枪，同时喷枪在④区外等待；
“MoveL”指令控制喷枪沿④区延伸方向往复直线运动对④区进行喷涂，运动速度100mm/s；
“MoveL”指令控制喷枪沿⑤区延伸方向往复直线运动对⑤区进行喷涂，运动速度100mm/s；
“MoveL”指令控制转台旋转使⑥区面对喷枪，同时喷枪在⑥区外等待；
“MoveL”指令控制喷枪横摆直线运动对⑥区进行喷涂，运动速度100mm/s；
“MoveL”指令控制喷枪回至“HOME”点；
进行叶身喷涂编程，除不可达处，喷枪轴线在其运动过程中尽量与叶身投影的法线方向一致，喷涂程序路径编制如下所示：
重置所有变量；
“For”循环起始；
“MoveL”指令控制转台旋转使A区面对喷枪，同时喷枪在A区外等待；
“MoveL”指令控制喷枪直线运动对A区进行喷涂，运动速度100mm/s；
“MoveL”指令控制转台旋转使B区面对喷枪，同时喷枪在B区外等待；
“MoveC”指令控制喷枪圆弧运动对B区进行喷涂，圆弧的起点和中点分别为叶身弧线的起点和中点，运动速度100mm/s；
“MoveL”指令控制转台旋转使C区面对喷枪，同时喷枪在C区外等待；
“MoveL”指令控制喷枪直线运动对C区进行喷涂，喷枪的运行角度以喷涂火焰不干扰D区为准，运动速度200mm/s；
此时喷枪位于CD夹缝区中间等待；
“MoveC”指令控制喷枪圆弧运动对D区进行喷涂，圆弧的起点和中点分别为叶身弧线的起点和中点，运动速度100mm/s；
“MoveL”指令控制转台旋转使E区面对喷枪，同时喷枪在E区外等待；
“MoveL”指令控制喷枪直线运动对E区进行喷涂，运动速度100mm/s；
变量i递增/减4.25，变量ag递增/减0.36，此时喷枪在叶身截平面的法向上相应平移4.25，喷枪左右倾斜角度相应变化0.36°；
“For”循环结束；
重复上述“For”循环7次完成整个叶身的喷涂，首循环和末循环喷枪运动速度增加100％，以减轻缘板和叶身干涉区域重复喷涂的现象。
本发明提出的一种机器人自动喷涂导向叶片组件热障涂层的方法，喷涂下缘板时转台可翻转-20°，以利于机器人调整角度拥有更大的裕度，避免其进入死点无法运行。
自动喷涂的机器人为ABB公司IRC5系统标准机器人，具备“6+2”轴联动，其中“2”轴是定义为机器人外轴的转台。转台采用伺服电机控制，具备水平旋转和“-90°”翻转功能，转台角度决定了喷涂区域，在机器人目标位置的坐标数据中包含了转台坐标，即旋转角度和翻转角度。
本发明提出的导向叶片组件自动喷涂方法，其编程工具为在线示教器，也可使用Robot Studio离线编程软件。
本发明的优点是：在高温、高辐射、粉尘环境下解放劳动力，并且喷涂过程中喷涂距离和涂层厚度可控，程序模块化设计，灵活性强，涂层质量一致性较好，效率较高。
附图说明：
图1导向叶片组件缘板喷涂区域划分示意图；
图2导向叶片组件叶身喷涂区域划分示意图；
图3喷涂工艺夹具和导向叶片组件装夹示意图。
图中，1-底座 2-支撑板 3-定位块 4-下挡板 5-上挡板
具体实施方式：
本发明提出的自动喷涂导向叶片组件热障涂层的方法，包括以下步骤：
(1)参阅附图1和2，将导向叶片的喷涂程序进行区域划分，分为上缘板、下缘板和叶身三个部分；
参阅附图1，上、下缘板区域划分：因上、下缘板喷涂区的截面在水平和垂直方向上均不连续，将其划分为6个区域：①两叶身夹缝区，即后视左叶身的叶盆边、后视右叶身叶背进气边、两叶身进气边顶点连线与后视右叶身叶背进气边末端的切线所包围的区域、②进气边外缘区，即两叶身进气边顶点连线的外围区域、③后视右叶身叶盆区，即后视右叶身的叶盆边与两叶身进气边顶点连线的延长线包围的区域、④后视右叶身叶背区，即后视左叶身叶盆边的延长线、后视右叶身叶背进气边末端的切线和后视右叶身叶背排气边所包围的区域、⑤后视左叶身叶背区，即后视左叶身的叶背排气边及其延长线的外围区域、⑥后视左叶身叶背进气边，后视左叶身的叶背进气边所对应的外围区域；
参阅附图2，叶身区域划分：叶身的空间形态在发动机径向法平面上的投影近似于相等，将左右两个叶身分为5个区域：A叶背排气边、B后视左叶身叶背进气边、C后视左叶身叶盆、D后视右叶身叶背进气边、E后视右叶身叶盆；
(2)进行上、下缘板喷涂编程，喷涂程序路径编制如下所示：
“MoveL”指令控制转台旋转使②区面对喷枪，同时喷枪在②区外等待；
“MoveL”指令控制喷枪从内向外Z字形运动完整覆盖①区，运动速度100mm/s，然后控制喷枪往复运动对②区进行喷涂，运动速度100mm/s；
“MoveL”指令控制喷枪沿③区延伸方向直线运动对③区进行喷涂，运动速度100mm/s；
“MoveL”指令控制转台旋转使④区面对喷枪，同时喷枪在④区外等待；
“MoveL”指令控制喷枪沿④区延伸方向往复直线运动对④区进行喷涂，运动速度100mm/s；
“MoveL”指令控制喷枪沿⑤区延伸方向往复直线运动对⑤区进行喷涂，运动速度100mm/s；
“MoveL”指令控制转台旋转使⑥区面对喷枪，同时喷枪在⑥区外等待；
“MoveL”指令控制喷枪横摆直线运动对⑥区进行喷涂，运动速度100mm/s；
“MoveL”指令控制喷枪回至“HOME”点；
进行叶身喷涂编程，除不可达处，喷枪轴线在其运动过程中尽量与叶身投影的法线方向一致，喷涂程序路径编制如下所示：
“For”循环起始；
“MoveL”指令控制转台旋转使A区面对喷枪，同时喷枪在A区外等待；
“MoveL”指令控制喷枪直线运动对A区进行喷涂，运动速度100mm/s；
“MoveL”指令控制转台旋转使B区面对喷枪，同时喷枪在B区外等待；
“MoveC”指令控制喷枪圆弧运动对B区进行喷涂，圆弧的起点和中点分别为叶身弧线的起点和中点，运动速度100mm/s；
“MoveL”指令控制转台旋转使C区面对喷枪，同时喷枪在C区外等待；
“MoveL”指令控制喷枪直线运动对C区进行喷涂，喷枪的运行角度以喷涂火焰不干扰D区为准，运动速度200mm/s；
此时喷枪位于CD夹缝区中间等待；
“MoveC”指令控制喷枪圆弧运动对D区进行喷涂，圆弧的起点和中点分别为叶身弧线的起点和中点，运动速度100mm/s；
“MoveL”指令控制转台旋转使E区面对喷枪，同时喷枪在E区外等待；
“MoveL”指令控制喷枪直线运动对E区进行喷涂，运动速度100mm/s；
变量i递增/减4.25，变量ag递增/减0.36，此时喷枪在叶身截平面的法向上相应平移4.25，喷枪左右倾斜角度相应变化0.36°；
“For”循环结束；
重复上述“For”循环7次完成整个叶身的喷涂，首循环和末循环喷枪运动速度增加100％，以减轻缘板和叶身干涉区域重复喷涂的现象。
(3)校零
3.1喷枪安装
喷枪安装在机器人上，零件靠工装夹持安装在转台中心。喷枪的轴向指向必须与TCP的X轴一致。
3.2夹具安装：
夹具安装前必须检查转台上安装位置不得有多余涂层，否则会影响夹具的定位，影响喷涂精度。
将夹具上的标记位置和转台上的标记位置对齐，然后使用四个均布的螺栓夹紧完成夹具的定心。
夹具包括底座1、支撑板2、定位块3、下挡板4、上挡板5，
支撑板2垂直安装于底座1上，支撑板2顶端为平面；
定位块3为开口向前的V形板结构用于安装导向叶片，定位块3底面通过螺栓安装于支撑板2顶端平面上，定位块3的开口部安装面与导向叶片下缘板叶背侧安装边形状匹配，定位块3的上缘与导向叶片下缘板喷涂端面高度齐平；
下挡板4为开口向后的V形板结构，下挡板4的开口部安装面与导向叶片下缘板叶盆侧形状匹配，下挡板4的上缘与导向叶片下缘板喷涂端面高度齐平；
定位块3和下挡板4通过螺栓固定，将导向叶片下缘板四周覆盖且不遮挡喷涂面；
上挡板5为菱形结构，上挡板5的内部轮廓与导向叶片上缘板的外轮廓匹配，上挡板5的下缘导向叶片上缘板喷涂端面高度齐平，上挡板5上设置有用于锁紧导向叶片的锁扣。
(4)零件装夹
4.1将导向叶片组件下缘板上的定位孔安装到定位块3的定位销上；
4.2上紧固定螺丝，安装好下挡板4；
4.3安装上挡板5，并用锁扣锁紧导向叶片。
(5)零件喷涂
调用喷涂程序，将设备设置为自动状态，运行，完成导向叶片组件喷涂。
Claims (1)
1.一种机器人自动喷涂导向叶片组件热障涂层的方法，其特征在于，包括以下步骤：
将导向叶片的喷涂程序进行区域划分，分为上缘板、下缘板和叶身三个部分；
上、下缘板区域划分：因上、下缘板喷涂区的截面在水平和垂直方向上均不连续，将其划分为6个区域：①两叶身夹缝区，即后视左叶身的叶盆边、后视右叶身叶背进气边、两叶身进气边顶点连线与后视右叶身叶背进气边末端的切线所包围的区域、②进气边外缘区，即两叶身进气边顶点连线的外围区域、③后视右叶身叶盆区，即后视右叶身的叶盆边与两叶身进气边顶点连线的延长线包围的区域、④后视右叶身叶背区，即后视左叶身叶盆边的延长线、后视右叶身叶背进气边末端的切线和后视右叶身叶背排气边所包围的区域、⑤后视左叶身叶背区，即后视左叶身的叶背排气边及其延长线的外围区域、⑥后视左叶身叶背进气边，后视左叶身的叶背进气边所对应的外围区域；
叶身区域划分：叶身的空间形态在发动机径向法平面上的投影近似于相等，将左右两个叶身分为5个区域：A叶背排气边、B后视左叶身叶背进气边、C后视左叶身叶盆、D后视右叶身叶背进气边、E后视右叶身叶盆；
进行上、下缘板喷涂编程，喷涂程序路径编制如下所示：
“MoveL”指令控制转台旋转使②区面对喷枪，同时喷枪在②区外等待；
“MoveL”指令控制喷枪从内向外Z字形运动完整覆盖①区，运动速度100mm/s，然后控制喷枪往复运动对②区进行喷涂，运动速度100mm/s；
“MoveL”指令控制喷枪沿③区延伸方向直线运动对③区进行喷涂，运动速度100mm/s；
“MoveL”指令控制转台旋转使④区面对喷枪，同时喷枪在④区外等待；
“MoveL”指令控制喷枪沿④区延伸方向往复直线运动对④区进行喷涂，运动速度100mm/s；
“MoveL”指令控制喷枪沿⑤区延伸方向往复直线运动对⑤区进行喷涂，运动速度100mm/s；
“MoveL”指令控制转台旋转使⑥区面对喷枪，同时喷枪在⑥区外等待；
“MoveL”指令控制喷枪横摆直线运动对⑥区进行喷涂，运动速度100mm/s；
“MoveL”指令控制喷枪回至“HOME”点；
进行叶身喷涂编程，除不可达处，喷枪轴线在其运动过程中尽量与叶身投影的法线方向一致，喷涂程序路径编制如下所示：
“For”循环起始；
“MoveL”指令控制转台旋转使A区面对喷枪，同时喷枪在A区外等待；
“MoveL”指令控制喷枪直线运动对A区进行喷涂，运动速度100mm/s；
“MoveL”指令控制转台旋转使B区面对喷枪，同时喷枪在B区外等待；
“MoveC”指令控制喷枪圆弧运动对B区进行喷涂，圆弧的起点和中点分别为叶身弧线的起点和中点，运动速度100mm/s；
“MoveL”指令控制转台旋转使C区面对喷枪，同时喷枪在C区外等待；
“MoveL”指令控制喷枪直线运动对C区进行喷涂，喷枪的运行角度以喷涂火焰不干扰D区为准，运动速度200mm/s；
此时喷枪位于CD夹缝区中间等待；
“MoveC”指令控制喷枪圆弧运动对D区进行喷涂，圆弧的起点和中点分别为叶身弧线的起点和中点，运动速度100mm/s；
“MoveL”指令控制转台旋转使E区面对喷枪，同时喷枪在E区外等待；
“MoveL”指令控制喷枪直线运动对E区进行喷涂，运动速度100mm/s；
变量i递增/减4.25，变量ag递增/减0.36，此时喷枪在叶身截平面的法向上相应平移4.25，喷枪左右倾斜角度相应变化0.36°；
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Publications (2)
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| CN104984886A CN104984886A (zh) | 2015-10-21 |
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Family
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