CN105290926A - 叶片智能磨削柔性制造系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种叶片智能磨削柔性制造系统，主要解决了现有叶片单机磨削中人工上下料劳动强度大、送检易出错、精度检测性能指标不全面及难追溯等问题。该系统包括龙门架、激光测量装置、数控磨床、工件进、送料传送带机构、中央计算机及透明防护栏。通过龙门架完成叶片装夹及搬运，激光扫描测量获取叶片精度信息，并自动生成磨削程序和以DNC方式实现加工及后续智能处理。本发明结构设计巧妙，检测功能完整，通用性强，实现了叶片制造过程精度数据全程跟踪，杜绝了漏检及错检问题，极大提高了叶片批量化制造质量，实现了叶片等复杂曲面零件无人化值守的智能制造，有效降低了叶片生产的批量化制造成本，具有较好的实用和推广价值。

Description

叶片智能磨削柔性制造系统

技术领域

本发明属于机械制造及其自动化领域，涉及的是集成自动测量的闭环智能化磨削技术，具体的说，是涉及一种曲面叶片轮廓无接触式快速高精度自动化检测与磨削加工为一体的智能制造系统及其控制方法。

背景技术

叶片是航空发动机、汽轮机、燃气轮机等动力能源装置上的关键核心零件，构成这些单台动力能源装置的各级叶片累计多达数千片，尽管目前国内外已研发了各种多轴联动数控砂带磨床及数控砂轮磨床用于叶片型面的磨削加工，例如，德国IBS公司的数控砂带磨床、电子科技大学黄智等人发明的七轴联动数控砂带磨抛机床(专利申请号：201320826632.4)等等，但限制于自动化水平和叶片大小及重量各异的特殊性，国内外相关单位对叶片加工主要上下料还主要依靠人工进行，另外叶片检测也还主要依靠人工搬移至传统三坐标测量机上进行检测，费时费力，中间环节众多，易混淆出错，整套流程效率较为低下，影响了企业的生产效益，如何在已有的数控磨削装备基础上高效率制造这些叶片已成为制约行业发展的瓶颈问题。

另外，针对叶片型面加工误差的检测，普遍采用三坐标测量机进行测量，尽管三坐标测头在测量叶片叶身轮廓精度较佳，但对于叶片进排气边特别航空发动机压气机叶片和燃气轮机压气机等的极薄进排气边来说，三坐标测头的球头测针由于自身直径限制无法完成此类排气边的相应检测，仍然还采用肉眼进行截面卡板进行落后的漏光手工检测并手工记录及计算，无法实现批量化叶片制造精度信息的完整数据过程记录，且中途出错环节较多，更无法实现叶片磨削质量的全面监控，容易导致将带伤和有问题的叶片流入后续装配工序引发潜在的质量问题。采用更科学合理、高效率的方法来实现叶片磨削制造加工，实现叶片磨削质量的定量化、高效且全面的监测，已经成为叶片制造企业节约人力资源成本、提高生产率和数控磨床利用率，改进和提高产品加工质量，实现叶片批量化智能制造的关键突破因素。

发明内容

本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种结构设计合理，可综合地实现叶片高精度无接触式自动化高效检测与磨削加工的快速智能柔性制造系统。

为了实现本发明的目的，本发明采用的技术方案如下：

叶片智能磨削柔性制造系统，包括用于实现叶片移位的龙门架、激光三维扫描测量装置、多轴联动数控磨7、工件进、送料传送带带机构及中央计算机。设置在龙门架上能够移动的智能夹持装置实现叶片装夹，在龙门架工作空间范围内布置有叶片工件进料传送带机构和工件送料传送带机构，通过中央计算机控制龙门架上的智能夹持装置在各工作装置间进行叶片的搬移，通过激光三维扫描测量装置自动检测叶片叶身及进排气边的轮廓精度信息，通过中央计算机根据检测精度情况自动生成磨削程序并通过DNC方式发送至多轴联动数控磨床实现叶片的磨削加工，叶片加工完毕通过智能夹持装置搬移至激光三维扫描测量装置进行检测，再搬移至工件送料传送带机构进行自动出站。

所述的龙门架横跨于多轴数控磨床、激光三维扫描测量装置与传送带机构之间，龙门架横梁上设置有左右运动滑板，在左右运动滑板水平端面布置固定有前后运动支承臂，支承臂上设置有上下运动臂，智能夹持装置按照固定在上下运动臂的水平端面上，通过左右驱动电机、上下驱动电机和前后驱动电机驱动龙门架上各运动机构实现智能夹持装置在设定的工作空间进行运动。

所述的智能夹持装置主要包括夹持手指、夹持支座体和摆动电机，夹持手指设置在夹持支座体底面端面上，在夹持支座体顶部设置有摆动电机实现夹持的叶片在不同装置上进行相关夹取时的灵活姿态调整。

所述的激光三维扫描测量装置包括大理石工作台、移动立柱、测量横梁与激光三维扫描器，大理石工作台水平安装在减震支座上，移动立柱设置在大理石工作台上，测量横梁布置在移动立柱上，滑枕设置在测量横梁上，摆动机构设置在滑枕端面上，激光三维扫描器连接在摆动机构上，叶片测量支座固定于大理石工作台端面。激光三维扫描器对叶片叶身及进排气边的轮廓进行自动扫描，所获得的轮廓精度信息自动发送输入中央计算机进行自动记录及计算分析，快速生成叶片轮廓的各项精度指标和叶片变形后实施磨削修正的数控程序，并实现测试分析数据的图形化显示及打印测试报告。

所述的多轴联动数控磨床主要包括实现叶片型面及进排气边磨削抛光用多轴联动数控砂带磨床或数控砂轮磨床，市场上均有成熟产品可以选用。

所述的工件进料传送带机构和工件送料传送带机构主要包括在市场上均有成熟可选用的传送带机构产品，并在传送带机构上额外增加设置有叶片传送支座，智能夹持装置将叶片自身的叶根榫头插入或取出叶片传送支座进行工位固定或夹取，从而实现叶片工件的进料方向或送料方向自动传输。

所述的透明防护栏主要包括嵌入有机透明玻璃板的铝合金隔离墙，主要为防止运行过程中人为误闯入造成意外，另外有机透明玻璃板还可作为运行状况的观察窗口。

在上述系统结构的基础上，本发明还提供了其控制实现方法，包括以下步骤：

(1)设定系统的各工作参数，在工件进料传送带机构架设待磨叶片工件，对数控磨床、龙门架、激光扫描器和中央计算机进行初始化，完成各类装置工作参数的设定值；

(2)开启系统运行开关，通过工件进料传送带机构开始连续传送叶片，传送到位后中央计算机发出指令通知龙门架拾取叶片工件至激光三维扫描测量装置进行检测和加工程序自动生成，然后再自动搬移叶片工件至多轴数控磨床进行DNC加工；

(3)磨削完毕后由中央计算机发出指令通知龙门架拾取叶片工件至激光三维扫描测量装置进行磨后重新检测便于后续生产数据统计和质量追溯，或直接从数控磨床搬移叶片至工件送料传送带机构进行自动出库存储；

(4)如果叶片磨后重检的精度属于一般性超差，中央计算机将自动生成供数控磨床进行修正加工的数控程序继续加工，若超差严重的叶片将自动由龙门架的智能夹持装置移动至专门特殊区域以便于后续报废出置；

(5)如果叶片磨后重检的精度合格，中央计算机将控制龙门架搬移叶片至工件送料传送带机构进行自动出库存储；

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

(1)本发明采用在多轴数控砂带磨床设备附近安装了激光三维扫描测量装置和龙门架智能夹持装置搬运叶片的集成方式实现叶片的高速高精度检测和工件物流自动化搬运及存储处理的智能化管控，与采用人工进行搬运和送检方式相比不仅效率高、出错率低，永不疲劳及可维修性较好，而且测试工艺灵活，通用性较强，大大降低了叶片批量化生产及后续维护成本；

(2)本发明采用激光三维扫描的自动化测试方法与传统用三坐标测量机测量方式相比不仅方式更灵活简便，没有测头误操作撞坏叶片的风险，特别是采用激光测量叶片较薄的进排气边轮廓方式彻底解决了三坐标接触式测头无法测量叶片较薄进排气边的难题，缩短了辅助时间，还能实现了叶片磨削前后精度信息的完整数据过程记录和高精度磨削程序自动生成，杜绝了漏检或误检的发生，大大保证了叶片磨削过程的全程精度的追溯性和可控性；

(3)本发明对能够根据叶片轮廓精度测量参数的智能判读，并自动实现超差叶片重修磨程序生成与加工调度、加工报废智能处理和磨削历史数据自动记录与跟踪等综合功能，具有功能全面实用，通用性好，性价比高，可无人值守运行等优点，具有在叶片及其它复杂零件的智能加工应用领域广泛的应用前景。

附图说明

图1为本发明的机械结构主视图。

图2为本发明的机械结构俯视图。

图3为本发明的带透明防护栏结构透视图。

图4为本发明中的龙门架结构示意图。

图5为本发明中的智能夹持装置结构示意图。

图6为本发明中的激光三维扫描测量装置结构示意图。

图7为本发明中的激光三维扫描器测量叶片的姿态示意图。

图8为本发明的中央计算机布置示意图。

图9为本发明的叶片工件进送料传送带机构示意图。

图10为本发明的多轴联动数控砂带磨床示意图。

图11为本发明的控制方法实施控制流程图。

其中，附图标记所对应的名称：1-龙门架，2-中央计算机，3-激光三维扫描测量装置，4-智能夹持装置，5-工件送料传送带机构，6-工件进料传送带机构，7-多轴联动数控磨床，8-打印机，9-叶片传送支座，10-叶片测量支座，11-激光三维扫描器，12-叶片，13-夹持手指，14-限位块，15-拖链槽，16-支承板，17-导轨，18-齿条，19-前后运动支承臂，20-上下运动臂，21-左右运动滑板，22-滑枕，23-移动立柱，24-测量横梁，25-大理石工作台，26-减震支座，27-有机透明玻璃板，28-左右驱动电机，29-上下驱动电机，30-前后驱动电机，31-夹持支座体，32-摆动电机，33-摆动机构，34-透明防护栏，35-横梁，36-维护工作出入口，37-叶片出料进给方向，38-叶片进料进给方向，39-特殊放置区。

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、图3所示，为本发明叶片智能磨削柔性制造系统结构的一个优选实例的主视、俯视及透视图。其主要包括用于实现叶片移位的龙门架1、激光三维扫描测量装置3、多轴联动数控磨床7、工件进、送料传送带机构及中央计算机。设置在龙门架上能够进行姿态调整的智能夹持装置4完成叶片装夹，在龙门架工作空间范围内布置有工件送料传送带机构5和工件进料传送带机构6，通过中央计算机2控制龙门架1上的智能夹持装置在各工作装置间进行叶片12的搬移，通过激光三维扫描测量装置3自动检测叶片叶身及进排气边的轮廓精度的信息，通过中央计算机2根据检测精度情况自动生成磨削程序并通过DNC方式发送至多轴联动数控磨床7实现叶片的磨削加工，叶片加工完毕通过智能夹持装置搬移至激光三维扫描测量装置进行检测，再搬移至工件送料传送带机构自动出站，透明防护栏34主要由嵌入有机透明玻璃板27的铝合金隔离墙围绕各装置构成，主要为防止运行过程中人为误闯入造成意外，透过有机透明玻璃板还可进行运行状况的观察，完全实现了叶片自动进送料和快速检测及磨削加工的无人化值守的闭环智能化制造。

如图4所示，本实施例提供了叶片智能磨削柔性制造系统的物流搬运功能的龙门架2组成结构示意图，具体说龙门架横梁35上设置有左右运动滑板21，在左右运动滑板21水平端面布置固定有前后运动支承臂19，支承臂19上设置有上下运动臂20，智能夹持装置4按照固定在上下运动臂20的水平端面上，通过左右驱动电机20、上下驱动电机29和前后驱动电机30驱动龙门架2上各运动机构实现智能夹持装置4在设定的工作空间进行运动。

如图5所示，本实施例提供了叶片智能磨削柔性制造系统的智能夹持装置的结构示意，主要包括夹持手指13、夹持支座体31和摆动电机32，夹持手指13设置在夹持支座体31底面端面上，在夹持支座体31顶部设置有摆动电机32实现夹持的叶片在不同设备上进行装夹时的灵活姿态调整。

如图6、图7所示，本实施例提供了叶片智能磨削柔性制造系统的激光三维扫描测量装置构成和激光三维扫描器测量叶片的姿态示意图。主要包括大理石工作台25、移动立柱23、测量横梁24与激光三维扫描器11，大理石工作台25水平安装在减震支座26上，移动立柱23设置在大理石工作台25上，测量横梁24布置在移动立柱23上，滑枕22设置在测量横梁24上，摆动机构33设置在滑枕22端面上，激光三维扫描器11连接在摆动机构33上，叶片测量支座10固定于大理石工作台端面。激光三维扫描器11通过中央计算机2控制X/Y/Z/A各轴姿态自动对叶片叶身及进排气边的轮廓进行实时扫描，所获得的高精度轮廓精度信息自动发送输入中央计算机2进行自动记录及计算分析，并快速生成叶片轮廓的各项精度指标和叶片变形后实施磨削修正的数控程序，实现测试分析数据的图形化显示及产生测试报告历史数据。

如图8所示，本实施例提供了叶片智能磨削柔性制造系统的中央计算机布置示意图。中央计算机2通过总线方式与多轴数控磨床数控系统、龙门架驱动器及激光三维扫描测量装置驱动器相连接，还可以实现测量数据打印功能。

如图9所示，本实施例提供了叶片智能磨削柔性制造系统的叶片工件进送料传送带机构示意图。通过在市场上选用成熟的传送带机构产品，在其传送带上设置有叶片传送支座9，叶片自身的叶根榫头可插入叶片传送支座9进行固定，进而在传送带的驱动下实现叶片工件的进料方向38或送料方向37自动传输。

如图10所示，本实施例提供了叶片智能磨削柔性制造系统的多轴联动数控砂带磨床示意图。市场上均有各型成熟叶片磨削用的多轴联动数控砂带磨床的产品可选用。

如图11所示，为本发明的控制方法实施工作流程图。首先通过设定系统的各工作参数，在工件进料传送带机构上架设待磨叶片工件进行备料准备，然后对数控磨床、龙门架、激光扫描器和中央计算机进行初始化，完成各类装置工作参数的设定值；开启系统运行开关，通过工件进料传送带机构开始传送叶片，传送到位后中央计算机发出指令通知龙门架拾取叶片工件至激光三维扫描测量装置进行检测和加工程序生成，然后再自动搬移叶片工件至多轴数控磨床进行DNC加工；磨削完毕后由中央计算机发出指令通知龙门架拾取叶片工件至激光三维扫描测量装置进行磨后检测便于后续数据统计和质量追溯，或直接从数控磨床搬移叶片至工件送料传送带机构进行自动出库处理；如果叶片磨后重检的精度超差程度可修复，中央计算机将自动生成供数控磨床进行修正加工的数控程序，若超差严重的叶片将自动由龙门架的智能夹持装置移动至专门特殊放置区域39集中放置；如果叶片磨后重检的精度合格，中央计算机将控制龙门架搬移叶片至工件送料传送带机构进行自动出站。

按照上述实施例，便可很好地实现本发明。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 (8)

1.叶片智能磨削柔性制造系统，其特征在于，包括用于叶片搬移的龙门架1，设置在龙门架工作空间范围内的激光三维扫描测量装置3和多轴联动数控磨床7，安装在龙门架上能够移动的智能夹持装置4，布置在龙门架工作空间范围内工件送料传送带机构5和工件进料传送带机构6，通过中央计算机2控制龙门架上的智能夹持装置在各工作装置间进行叶片12的搬移，通过激光三维扫描测量装置3自动检测叶片叶身及进排气边型面精度的信息，通过中央计算机2自动生成磨削程序并通过DNC方式发送至多轴联动数控磨床7实现叶片的磨削加工，叶片加工完毕通过智能夹持装置搬移至激光三维扫描测量装置进行检测，再搬移至工件送料传送带机构自动入库。

2.根据权利要求1所述的叶片智能磨削柔性制造系统，其特征在于，所述的龙门架2横跨于多轴数控磨床7、激光三维扫描测量装置3与叶片进/送料传送带机构6/5之间，龙门架顶部的横梁35上设置有左右运动滑板21，在左右运动滑板21水平端面布置固定有前后运动支承臂19，支承臂19上设置有上下运动臂20，智能夹持装置4按照固定在上下运动臂20的水平端面上，通过左右驱动电机20、上下驱动电机29和前后驱动电机30驱动龙门架2上各运动机构实现智能夹持装置4的移动。

3.根据权利要求2所述的叶片智能磨削柔性制造系统，其特征在于，所述的智能夹持装置4主要包括夹持手指13、夹持支座体31和摆动电机32，夹持手指13设置在夹持支座体31底面端面上，在夹持支座体31顶部设置有摆动电机32实现夹持的叶片进行姿态调整。

4.根据权利要求1所述的叶片智能磨削柔性制造系统，其特征在于，所述的激光三维扫描测量装置包括大理石工作台25、移动立柱23、测量横梁24与激光三维扫描器11，大理石工作台25水平安装在减震支座26上，移动立柱23设置在大理石工作台25上，测量横梁24布置在移动立柱23上，滑枕22设置在测量横梁24上，摆动机构33设置在滑枕22端面上，激光三维扫描器11连接在摆动机构33上，叶片测量支座10固定于大理石工作台端面。

5.根据权利要求1所述的叶片智能磨削柔性制造系统，其特征在于，所述的多轴联动数控磨床主要包括公知的实现叶片型面及进排气边磨削抛光用多轴联动数控砂带磨床。

6.根据权利要求1所述的叶片智能磨削柔性制造系统，其特征在于，所述的工件进料传送带机构6和工件送料传送带机构5主要包括在公知的传送带机构上设置有叶片传送支座9实现叶片工件的自动进、送料自动传输。

7.根据权利要求1所述的叶片智能磨削柔性制造系统，其特征在于，所述的透明防护栏34主要包括嵌入有机透明玻璃板27的铝合金隔离墙整体围绕在系统各组成装置的周围，设置有维护工作进出口36便于开展人工维护处理。

8.如权利要求1至6所述的叶片智能磨削柔性制造系统的控制实现方法，其特征在于，所述的控制方法主要包括以下步骤：

(1)设定系统的参数和待磨叶片进料准备；

(2)开启运行系统后自动传送和搬移叶片至检测工位进行扫描检测；

(3)自动搬移叶片至磨削工位进行加工；

(4)进行叶片磨后重新检测或自动出库存储；

(5)叶片磨后重新检测的智能化处理。