CN105252388A - 曲面镜像磨削加工系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种曲面镜像磨削加工系统，主要解决了现有大型风电叶片翼型曲面人工打磨过程中效率过低、表面质量差、劳动强度大、粉尘危害大等问题。该曲面镜像磨削加工系统包括六轴工业机器人、支架、滑台装置、磨削装置，集成了磨削装置的工业机器人以风电叶片工件轴线为中心线进行镜像对称双向方式布置，并通过协同并行控制磨削装置在工作空间中进行不同位姿的镜像对称磨削运动，实现风电叶片曲面的双向自动化镜像磨抛加工。本发明结构设计巧妙，风电叶片曲面磨抛加工效率高，磨抛表面质量好，大大降低了风电叶片生产成本，消除了打磨粉尘对人的潜在危害，具有较好的实用和推广价值。

Description

曲面镜像磨削加工系统

技术领域

本发明属于风力发电设备制造技术领域，涉及的是兆瓦级大型风电叶片型面曲面的磨抛加工，具体的说，是涉及一种大型风电叶片翼型表面复杂曲面自动化高效率磨削加工系统。

背景技术

风电叶片作为风能发电装置中的重要核心零件，占整机成本的15～20％，其翼型表面为复杂空气动力曲面，该曲面制造精度及表面质量的高低将直接影响风能转换效率及叶片使用寿命与风机安全性。兆瓦级风电叶片一般是采用将玻璃纤维等复合材料预成型体置于模腔中通过注入树脂并加温加压的模塑成型技术整体成型制成，受模具质量、真空度、成型工艺参数及脱模等多种因素影响，叶片表面型面精度和表面质量很难直接达到相关技术要求，加之后续另外兆瓦级风电叶片长度普遍在30米以上，5兆瓦级别叶片甚至长达60-70米，叶片自身扰度变形较为复杂，导致国内外相关风电叶片厂家普遍还只能采用人工手持电动或气动工具进行叶片曲面的打磨加工处理。

上述单独采用人工打磨方式进行大型风电叶片翼型表面加工的主要是问题是：

1.兆瓦级风电叶片单支叶片表面整体修磨面积至少在150平方米以上，导致打磨工人的劳动强度极大，生产效率较低，且很难保证叶片打磨表面质量的稳定性；

2.人工打磨风电叶片的作业环境极其恶劣，长期工作容易使打磨工人得矽肺等职业病，另外打磨粉尘含有制备成型叶片用的胺类固化剂及苯乙烯类稀释剂等有害化学成分，暴露的皮肤长期接触这些有害成分将导致工人患上不育及癌症。

发明内容

本发明的目的在于克服上述缺陷，设计一种可实现大型风电叶片翼型曲面高效打磨加工的自动化磨削加工系统。

为了实现本发明的目的，本发明采用的技术方案如下：

曲面镜像磨削加工系统，包括在沿着风电叶片工件(19)轴线两边对称布置有六轴工业机器人(3)和滑台装置(16)，待打磨的大型风电叶片曲面工件(1)放置在支架(4)上，六轴工业机器人安装固定在滑板(19)上，设置在六轴工业机器人末端关节的法兰(6)上用于实现曲面打磨加工的磨削装置(3)，通过磨削装置上的磨头电机(13)驱动砂带(10)高速旋转，通过双向布置的六轴工业机器人同时并行控制各自磨削装置在工作空间中进行不同位姿的镜像对称协同运动，实现砂带在风电叶片型面曲面的自动化磨削加工。

所述的支架(4)设置有两个的支架立柱(27)，风电叶片工件通过车间行车吊装卧式放置在两组支架的支撑板(30)上，在支架立柱上对称布置丝杆支撑轴(29)并贯穿安装于所在支架立柱，调节手轮(28)进行丝杆支撑轴的位移调整，实现对风电叶片的装夹微调与限位固定。

所述滑台装置(16)主要包括滑台底座(2)和滑板(19)，其中交流伺服电机(17)通过连接板(18)与滑板固定，交流伺服电机的驱动轴(20)上安装有齿轮(21)，滑台底座侧面布置有齿条(22)，滑台底座端面上布置有导轨(24)，滑板底面固定有滑块(23)，滑块设置在导轨上，六轴工业机器人(3)固定在滑板端面上，从而通过交流伺服电机带动滑板实现六轴工业机器人沿着滑台进行直线运动。

所述滑台装置(16)和六轴工业机器人(3)以风电叶片工件(1)轴线为中心线进行镜像对称方式布置。

所述法兰(6)连接六轴工业机器人(3)末端关节与磨削装置(5)，设置于磨削装置上的磨头座(26)通过螺栓与工业机器人第六轴关节执行末端上的法兰(6)相固接。

所述磨削装置(5)主要包括磨头座(26)、磨头支承板(15)、磨头电机(13)、驱动轮(7)、涨紧轮(8)、过渡轮(9)与接触轮(11)，磨头电机设置在磨头支撑板上背面，接触轮设置在支撑叉(12)上，设置在磨头电机支承板上的浮动气缸(25)的活塞杆与支承叉(17)连接，砂带(10)设置围绕在各轮之间，通过涨紧机构(14)推动涨紧轮(8)进行整体移动，从而实现砂带的涨紧作用，磨头电机驱动驱动轮实现砂带的高速运动，通过砂带上涂覆的锋利磨料与风电叶片表面切触实现对风电叶片曲面表面余量材料的磨削与抛光去除加工。

所述成对设置的六轴工业机器人(3)驱动磨削装置(5)以风电叶片工件(1)轴线为对称基准线进行并行镜像对称协同姿态运动。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

(1)本发明采用在六轴工业机器人上集成磨削装置方式实现大型风电叶片表面双向同时磨削加工，与普遍采用的手工打磨方式相比不仅效率高得多，而且目前六轴机器人成本较为低廉，可维修性较好，跟换砂带即可实现粗、精磨削工艺调整，易用性强，大大降低了风电叶片生产成本；

(2)本发明采用将对称布置的磨削装置进行并行镜像控制的双向加工方式，与传统磨削或者人工打磨的单向加工方式相比，大大减少了单向打磨过程由于磨削力不平衡冲击引起的叶片变形加剧甚至叶片颤振等导致的打磨表面质量受损恶化等加工缺陷，较好地弥补了风电叶片磨削过程的刚性不足的缺点，提高了砂带使用寿命和磨削质量；

(3)本发明采用工业机器人实现风电叶片曲面的自动化磨削加工方法，相比人工打磨方式，不仅大大降低了人工劳动强度，而且大大减轻了工人与有害的打磨粉尘直接长时间的接触，基本消除了打磨工人的职业危害，属于典型的先进绿色制造工艺。

附图说明

图1为本发明的整体结构轴测图。

图2为本发明的整体结构A-A向剖视图。

图3为本发明的支架装夹叶片示意图。

图4为本发明的滑台机构主视图。

图5为本发明的磨削装置主视图。

图6为本发明的磨削装置俯视图。

图7为本发明应用在风电叶片翼型曲面前缘区域磨削时的磨头位姿示意图。

图8为本发明应用在风电叶片翼型曲面叶身区域磨削时的磨头位姿示意图。

图9为本发明应用在风电叶片翼型曲面后缘区域磨削时的磨头位姿示意图。

其中，附图标记所对应的名称：1-风电叶片工件，2-滑台底座，3-六轴工业机器人，4-支架，5-磨削装置，6-法兰，7-驱动轮，8-涨紧轮，9-过渡轮，10-砂带，11-接触轮，12-支撑叉，13-磨头电机，14-涨紧机构，15-磨头支撑板，16-滑台装置，17-交流伺服电机，18-连接板，19-滑板，20-驱动轴，21-齿轮，22-齿条，23-滑块，24-导轨，25-浮动气缸，26-磨头座，27-支架立柱，28-调节盘，29-丝杆支撑轴，30-支撑板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。

如图1、图2所示，为本发明曲面镜像磨削加工系统的一个优选实例的整体结构轴测图、A-A向剖视图。包括沿着风电叶片工件(19)轴线两边对称并行布置有六轴工业机器人(3)和滑台装置(16)，待打磨的大型风电叶片曲面工件(1)放置在支架(4)上，六轴工业机器人安装固定在滑板(19)上，设置在六轴工业机器人末端关节的法兰(6)上通过磨头座与实现曲面打磨加工用的磨削装置(3)相连，设置磨削装置上的磨头电机(13)驱动砂带(10)高速旋转，滑台装置(16)和六轴工业机器人(3)以风电叶片工件(1)轴线为中心线进行镜像对称双向方式布置，与对称布置对应的六轴工业机器人并行控制各自磨削装置在工作空间中进行不同位姿的镜像对称协同运动，实现砂带在风电叶片曲面的自动化镜像双向磨削加工。

如图3所示，为本发明的支架装夹叶片示意图。包括设置有两个的支架立柱(27)，风电叶片工件通过车间行车吊装卧式放置在两组支架的支撑板(30)上，在支架立柱上对称布置丝杆支撑轴(29)并贯穿安装于所在支架立柱，调节手轮(28)进行丝杆支撑轴的位移调整，实现对风电叶片的装夹微调与限位固定。

如图4所示，为本发明的滑台机构主视图。包括滑台底座(2)和滑板(19)，其中交流伺服电机(17)通过连接板(18)与滑板固定，交流伺服电机的驱动轴(20)上安装有齿轮(21)，滑台底座侧面布置有齿条(22)，滑台底座端面上布置有导轨(24)，滑板底面固定有滑块(23)，滑块设置在导轨上，六轴工业机器人(3)固定在滑板端面上，从而通过交流伺服电机驱动齿轮与齿条进行啮合运动，从而带动滑板载着六轴工业机器人沿着滑台导轨进行直线运动。

如图5、图6所示，为本发明的磨削装置的主视图、俯视图。主要包括磨头座(26)、磨头支承板(15)、磨头电机(13)、驱动轮(7)、涨紧轮(8)、过渡轮(9)与接触轮(11)，设置于磨削装置上的磨头座(26)通过螺栓与工业机器人第六轴关节执行末端上的法兰(6)相固接，磨头电机设置在磨头支撑板上背面，接触轮设置在支撑叉(12)上，设置在磨头电机支承板上的浮动气缸(25)的活塞杆与支承叉(17)连接，砂带(10)设置围绕在各轮之间，通过涨紧机构(14)推动涨紧轮(8)进行整体移动，从而实现砂带的涨紧作用，磨头电机旋转并通过驱动轮带动砂带高速运动，通过砂带上涂覆的锋锐磨料与风电叶片表面进行切触从而实现对风电叶片翼型曲面的磨削与抛光。

如图7、图8、图9所示，为本发明的曲面镜像磨削加工系统磨削风电翼型曲面各部位中的姿态示意图。主要是显示以镜像方式磨削风电翼型曲面过程中在各翼型曲面某点位置对应的磨削装置的对称姿态状况。

按照上述实施例，便可较佳地实现本发明。值得说明的是，基于上述设计原理的前提下，为解决同样的技术问题，即使在本发明所公开的结构基础上做出的一些无实质性的改动或润色，所采用的技术方案的实质仍然与本发明一样，故其也应当在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.曲面镜像磨削加工系统，其特征在于，包括在沿着风电叶片工件(19)轴线两边对称并行布置有六轴工业机器人(3)和滑台装置(16)，装夹在支架(4)上待打磨的大型风电叶片工件(1)，六轴工业机器人安装固定在滑板(19)上，设置在六轴工业机器人末端关节的法兰(6)上用于实现曲面打磨加工的磨削装置(3)，通过磨削装置上的磨头电机(13)驱动砂带(10)高速旋转，通过双向对称布置的工业机器人并行控制各自磨削装置在工作空间中进行不同位姿的镜像协同运动，实现砂带在风电叶片曲面的自动化磨抛加工。

2.根据权利要求1所述的曲面镜像磨削加工系统，其特征在于，所述的支架(4)设置有对称布置的支架立柱(27)，对称布置丝杆支撑轴(29)贯穿安装于所在支架立柱，丝杆支撑轴上设置有调节手轮(28)，风电叶片工件卧式放置在两组支架的支撑板(30)上。

3.根据权利1所述的曲面镜像磨削加工系统，其特征在于，所述滑台装置(16)包括滑台底座(2)和滑板(19)，其中交流伺服电机(17)通过连接板(18)与滑板固定，交流伺服电机的驱动轴(20)上安装有齿轮(21)，滑台底座侧面布置有齿条(22)，滑台底座端面上布置有导轨(24)，滑板底面固定有滑块(23)，滑块设置在导轨上，六轴工业机器人(3)固定在滑板端面上。

4.根据权利3所述的滑台装置，其特征在于，所述滑台装置(16)和六轴工业机器人(3)以风电叶片工件(1)轴线为镜像对称基准进行成对布置。

5.根据权利1所述的曲面镜像磨削加工系统，其特征在于，所述法兰(6)连接工业机器人(3)末端关节与磨削装置(5)，设置于磨削装置上的磨头座(26)通过螺栓与工业机器人第六轴关节执行末端上的法兰(6)相固接。

6.根据权利1所述的曲面镜像磨削加工系统，其特征在于，所述磨削装置(5)主要包括磨头座(26)、磨头支撑板(15)、磨头电机(13)、驱动轮(7)、涨紧轮(8)、过渡轮(9)与接触轮(11)，磨头电机设置在磨头支撑板上背面，接触轮设置在支撑叉(12)上，设置在磨头电机支承板上的浮动气缸(25)的活塞杆与支承叉(17)连接，砂带(10)设置围绕在各轮之间，通过涨紧机构(14)推动涨紧轮移动。

7.根据权利5所述的曲面镜像磨削加工系统，其特征在于，所述成对设置的六轴工业机器人(3)驱动磨削装置(5)以风电叶片工件(1)轴线为对称基准进行并行控制模式的镜像对称协同姿态运动。