CN106938423A - 桨叶表面打磨方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种桨叶表面打磨方法，包括步骤为：桨叶调平及位置固定；锥形砂轮打磨路径规划；锥形砂轮姿态调整；桨叶打磨：打磨过程中，通过压力传感器对气浮主轴中的气体压力进行实时监测，进而对磨削力进行实时检测；磨削力补偿和锥形砂轮姿态再次调整。本发明的桨叶表面打磨方法自动化程度高，能对桨叶自动进行打磨路径规划，能适应复杂桨叶曲面，能自动调整锥形砂轮倾斜角度，使锥形砂轮的锥形母线与桨叶曲面保持一致，同时，能使磨削力控制在一个设定范围内，从而使打磨精度高。

Description

桨叶表面打磨方法
技术领域
本发明涉及曲型表面打磨技术领域，特别是一种桨叶表面打磨方法。
背景技术
目前，主要针对大型船舶大型螺旋桨的打磨机比较少见，主要遇 到如下问题：1、螺旋桨叶片的直径较大，一般的打磨机磨削速度都达不到要求；2、磨削量大，需要不断更换砂轮，而螺旋桨的打磨对砂轮的厚度及直径要求比较高，从而保证打磨精度，所以一般的打磨机都无法完成；3、现有的打磨机砂轮稳定性差，容易引起安全隐患， 造成财产损失。现在用在大型螺旋桨上的打磨机普遍存在针对性不强，操作复杂不便，打磨效率和质量低的不足。
螺旋桨是舰船推进系统中的重要部件，螺旋桨的生产过程包括铸造、打 磨、螺距测试、叶片平衡测试及校正。其中打磨是关键，打磨决定着螺旋桨的生产效率和质量。目前我国螺旋桨生产企业基本是人工打磨，人工打磨生产效率低、产品报废率高、工人工作强度大、工作环境有损工人健康。
2007年03月28日公告的申请号为200520063787.2的中国专利，其公开了一种螺旋桨打磨机，其包括砂轮座、砂轮、 机座本体、传动机构和电机，砂轮安装于砂轮座上，砂轮座通过砂轮轴安装固定于机座本体的一端，电机固定安装于机座本体的另一端，传动机构由安 装于电机的主带轮、安装于砂轮轴的从带轮及它们中间的胶带组成，所述砂轮的工作面上设有部分镂空的端盖，该端盖使砂轮在半封闭状态下工作。
近年来，出现了一种螺旋桨打磨机，其包括主架、底座、控制设备。控制设备安装在所述主架上，主架上设有大臂、小臂，小臂一端与大臂相连， 另一端设有砂轮，砂轮通过连接座与小臂连接，该结构的螺旋桨打磨机由于连接座与小臂直接连接，两者之间面与面接触，形成刚性接触，砂轮在磨削时产生震动容易使连接座与小臂脱落，从而影响打磨机的使用。
中国CN201320870855.0号专利公开了一种新型螺旋桨打磨机。其包括底座、砂轮和安装在底座上的主架，所述主架上设有大臂和连接在大臂末端的小臂，所述小臂一端与大臂相连，另一端连接有连接座，所述砂轮通过连接座与所述小臂连接，所述连接座与所述小臂接触面之间设有若干弹性构件，所述弹性构件的两端面分别与所述连接座的端面及小臂端面连接。由于连接座与小臂接触面之间设有弹性构件，而弹性构件的两端面分别与所述连接座的端面及小臂端面连接，可避免砂轮磨削过程中由于震动而导致砂轮脱落，然而也存在如下问题
1.非全自动的螺旋桨打磨机，每个打磨动作都需要人工操作来完成，打磨效率低，精度低且人工成本高。
2.使用机械设备打磨抛光，目前的设备功能单一，只能对部分平整面实现打磨，对复杂曲面不能适应，精度不高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种桨叶表面打磨方法，该桨叶表面打磨方法自动化程度高，能对桨叶自动进行打磨路径规划，能适应复杂桨叶曲面，能自动调整锥形砂轮倾斜角度，使锥形砂轮的锥形母线与桨叶曲面保持一致，同时，能使磨削力控制在一个设定范围内，从而使打磨精度高。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种桨叶表面打磨方法，包括以下步骤。
步骤1，桨叶调平及位置固定：将桨叶底盘放置在桨叶底盘夹具中的V型架上，桨叶叶片放置在两根桨叶支撑杆上，通过调节两根桨叶支撑杆的高度，使桨叶叶片处于水平状态，然后，使用压头，将桨叶底盘夹紧固定。
步骤2，锥形砂轮打磨路径规划：以桨叶叶片所在的水平面为XY面，以桨叶叶片与桨叶底盘的上交接边的中点为原点，以过原点且垂直于XY面向上的轴为Z轴正方向，建立桨叶打磨坐标系；然后，将桨叶的三维模型导入已建立的桨叶打磨坐标系中，上位机将自动识别桨叶轮廓和表面曲率，并进行锥形砂轮沿XY面的打磨路径规划。
步骤3，锥形砂轮姿态调整：锥形砂轮在机械臂的带动下移动至打磨路径规划的起始位置，激光传感器和倾角传感器启动，激光传感器对锥形砂轮待打磨浆叶位置的表面曲率进行采集计算，倾角传感器对锥形砂轮的倾斜角度进行实时检测，上位机在收到激光传感器采集的待打磨浆叶位置的表面曲率后，与步骤2自动识别的表面曲率进行匹配后，指令机械臂移动，带动锥形砂轮进行角度调整，使调整后的锥形砂轮的锥形母线与待打磨浆叶位置的表面曲率保持一致。
步骤4，桨叶打磨：锥形砂轮姿态调整完整后，机械臂带动砂轮下降，砂轮边下降的同时边对磨削力进行检测，当磨削力控制在设定的磨削力范围之间时，砂轮停止下降，开始按照步骤的打磨路径进行打磨；打磨过程中，仍需对磨削力进行实时检测；磨削力检测的具体方式为：通过压力传感器对气浮主轴中的气体压力进行实时监测，气浮主轴中的气体压力与锥形砂轮的磨削力呈线性关系，磨削力大小的改变将气浮主轴中的气体压力的变化。
步骤5，磨削力补偿：当步骤4中检测到的磨削力不在设定值范围内时，上位机将控制机械臂带动气浮主轴上升或下降，自动进行磨削力的补偿，使磨削力控制在设定范围内；在机械臂下降的过程中，气浮主轴将依靠自身的浮动量先进行磨削力的柔性补偿，使磨削力始终能够控制在设定值范围内。
步骤6，锥形砂轮姿态再次调整：当桨叶表面具有多个表面曲率时，激光传感器将实时对锥形砂轮待打磨浆叶位置的表面曲率进行采集计算，当激光传感器采集的待打磨浆叶位置的表面曲率与锥形砂轮当前的锥形母线不一致时，上位机将指令机械臂带动气浮主轴上升；锥形砂轮按照步骤3方式进行姿态调整，当姿态调整完成后，再进行步骤4至步骤5的打磨。
所述步骤3中，激光传感器对锥形砂轮待打磨浆叶位置的表面曲率进行采集计算的方法为：一个激光传感器对水平横板与待打磨浆叶表面之间的距离进行采集，另一个激光传感器对水平横板与打磨路径规划上下一个待打磨浆叶表面之间的距离进行采集；上位机将两个激光传感器采集的距离差值与步骤2自动识别的表面曲率进行匹配后，得出锥形砂轮待打磨浆叶位置的实际表面曲率。
所述锥形砂轮的纵剖面为等腰梯形，锥形砂轮的锥形母线的延长线与锥形砂轮的中心轴线所呈夹角为15°~75°。
所述步骤1中，桨叶底盘放置在桨叶底盘夹具中的V型架上后，位于V型架内的电磁铁通电，将桨叶底盘吸附；然后将桨叶叶片放置在两根桨叶支撑杆上，位于浆叶支撑杆顶部球头内的电磁铁通电，将浆叶叶片进行吸附。
所述步骤1中，压头呈V型或圆弧形。
本发明采用上述方法后，自动化程度高，能对桨叶自动进行打磨路径规划，能适应复杂桨叶曲面，能自动调整锥形砂轮倾斜角度，使锥形砂轮的锥形母线与桨叶曲面保持一致，同时，能使磨削力控制在一个设定范围内，从而使打磨精度高。
附图说明
图1显示了本发明一种桨叶表面打磨装置的结构示意图。
图2显示了本发明中气浮主轴与砂轮的安装示意图。
其中有：
1.底座；
2.桨叶底盘夹具；21.V型架；211.电磁铁；22.压头；221.升降杆；
3.桨叶支撑杆；31.球头；
4.龙门架；41.竖杆；42.横杆；
5.机械臂；
6.气浮主轴；61.心轴；62.弧形槽；631.压力传感器；
7.锥形砂轮；71.倾角传感器；
81.水平横板；82.激光传感器；
9．桨叶。
具体实施方式
下面结合附图和具体较佳实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，一种桨叶表面打磨装置，包括底座1、桨叶底盘夹具2、桨叶支撑杆3、龙门架4、机械臂5、气浮主轴6、锥形砂轮7、倾角传感器71、曲面检测组件和上位机。
桨叶9包括圆形的桨叶底盘和桨叶叶片。
桨叶底盘夹具固设在底座上，用于夹紧固定桨叶底盘。
桨叶支撑杆为两根，用于支撑桨叶叶片；每根桨叶支撑杆均滑动设置在底座上，每根桨叶支撑杆的高度均能升降并锁紧。
龙门架包括两根竖杆和固设在两根竖杆顶端的横杆，两根竖杆底部均能沿底座长度方向进行滑移。
机械臂具有六个方向的自由度，机械臂的一端固设在龙门架中横杆的中部，机械臂的另一端与气浮主轴固定连接。
如图2所示，气浮主轴包括心轴61和设置于心轴头部四周的若干个弧形槽62；气体经弧形槽后，能驱动心轴高速转动；其中一个弧形槽内设置有压力传感器621。
气浮主轴的上述结构为现有技术，上述心轴61和弧形槽62的设置方式，具体参见申请号为201520667751.9号的中国实用新型专利申请。
锥形砂轮同轴套设在心轴的尾端，并随心轴进行高速转动；锥形砂轮的纵剖面为等腰梯形，锥形砂轮的锥形母线的延长线与锥形砂轮的中心轴线所呈夹角为15°~75°，优选为30°或60°。
倾角传感器设置在锥形砂轮的非打磨侧面上。
曲面检测组件包括水平横板和至少两个激光传感器；水平横板滑动连接在龙门架的横杆上，激光传感器均固设在水平横板的底部。
压力传感器、倾角传感器和所有激光传感器均与上位机相连接。
进一步，上述浆叶底盘夹具包括同轴设置的V型架21和压头211，V型架固设在机座上，压头设置在V型架的正上方，且压头高度能够升降。其中，压头呈V型或圆弧形等。
上述V型架和压头的设置，能适应不同规格的桨叶底盘。
进一步，V型架的V型侧面上优选内置有电磁铁。
每根桨叶支撑杆均优选为电动缸或电动千斤顶等，每根桨叶支撑杆的顶部均优选设置有球头，球头均优选内置有电磁铁。
一种桨叶表面打磨方法，包括以下步骤。
步骤1，桨叶调平及位置固定：将桨叶底盘放置在桨叶底盘夹具中的V型架上，位于V型架内的电磁铁通电，将桨叶底盘吸附；然后，桨叶叶片放置在两根桨叶支撑杆上，位于浆叶支撑杆顶部球头内的电磁铁通电，将浆叶叶片进行吸附。最后，通过调节两根桨叶支撑杆的高度，使桨叶叶片处于水平状态，然后，使用压头，将桨叶底盘夹紧固定。
步骤2，锥形砂轮打磨路径规划：以桨叶叶片所在的水平面为XY面，以桨叶叶片与桨叶底盘的上交接边的中点为原点，以过原点且垂直于XY面向上的轴为Z轴正方向，建立桨叶打磨坐标系；然后，将桨叶的三维模型导入已建立的桨叶打磨坐标系中，上位机将自动识别桨叶轮廓和表面曲率，并进行锥形砂轮沿XY面的打磨路径规划。
步骤3，锥形砂轮姿态调整：锥形砂轮在机械臂的带动下移动至打磨路径规划的起始位置，激光传感器和倾角传感器启动，激光传感器对锥形砂轮待打磨浆叶位置的表面曲率进行采集计算，倾角传感器对锥形砂轮的倾斜角度进行实时检测，上位机在收到激光传感器采集的待打磨浆叶位置的表面曲率后，与步骤2自动识别的表面曲率进行匹配后，指令机械臂移动，带动锥形砂轮进行角度调整，使调整后的锥形砂轮的锥形母线与待打磨浆叶位置的表面曲率保持一致。
上述激光传感器对锥形砂轮待打磨浆叶位置的表面曲率进行采集计算的方法为：一个激光传感器对水平横板与待打磨浆叶表面之间的距离进行采集，另一个激光传感器对水平横板与打磨路径规划上下一个待打磨浆叶表面之间的距离进行采集；上位机将两个激光传感器采集的距离差值与步骤2自动识别的表面曲率进行匹配后，得出锥形砂轮待打磨浆叶位置的实际表面曲率。
步骤4，桨叶打磨：锥形砂轮姿态调整完整后，机械臂带动砂轮下降，砂轮边下降的同时边对磨削力进行检测，当磨削力控制在设定的磨削力范围之间时，砂轮停止下降，开始按照步骤的打磨路径进行打磨；打磨过程中，仍需对磨削力进行实时检测；磨削力检测的具体方式为：通过压力传感器对气浮主轴中的气体压力进行实时监测，气浮主轴中的气体压力与锥形砂轮的磨削力呈线性关系，磨削力大小的改变将气浮主轴中的气体压力的变化。
步骤5，磨削力补偿：当步骤4中检测到的磨削力不在设定值范围内时，上位机将控制机械臂带动气浮主轴上升或下降，自动进行磨削力的补偿，使磨削力控制在设定范围内；在机械臂下降的过程中，气浮主轴将依靠自身的浮动量先进行磨削力的柔性补偿，使磨削力始终能够控制在设定值范围内。
步骤6，锥形砂轮姿态再次调整：当桨叶表面具有多个表面曲率时，激光传感器将实时对锥形砂轮待打磨浆叶位置的表面曲率进行采集计算，当激光传感器采集的待打磨浆叶位置的表面曲率与锥形砂轮当前的锥形母线不一致时，上位机将指令机械臂带动气浮主轴上升；锥形砂轮按照步骤3方式进行姿态调整，当姿态调整完成后，再进行步骤4至步骤5的打磨。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种桨叶表面打磨方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1，桨叶调平及位置固定：将桨叶底盘放置在桨叶底盘夹具中的V型架上，桨叶叶片放置在两根桨叶支撑杆上，通过调节两根桨叶支撑杆的高度，使桨叶叶片处于水平状态，然后，使用压头，将桨叶底盘夹紧固定；
步骤2，锥形砂轮打磨路径规划：以桨叶叶片所在的水平面为XY面，以桨叶叶片与桨叶底盘的上交接边的中点为原点，以过原点且垂直于XY面向上的轴为Z轴正方向，建立桨叶打磨坐标系；然后，将桨叶的三维模型导入已建立的桨叶打磨坐标系中，上位机将自动识别桨叶轮廓和表面曲率，并进行锥形砂轮沿XY面的打磨路径规划；
步骤3，锥形砂轮姿态调整：锥形砂轮在机械臂的带动下移动至打磨路径规划的起始位置，激光传感器和倾角传感器启动，激光传感器对锥形砂轮待打磨浆叶位置的表面曲率进行采集计算，倾角传感器对锥形砂轮的倾斜角度进行实时检测，上位机在收到激光传感器采集的待打磨浆叶位置的表面曲率后，与步骤2自动识别的表面曲率进行匹配后，指令机械臂移动，带动锥形砂轮进行角度调整，使调整后的锥形砂轮的锥形母线与待打磨浆叶位置的表面曲率保持一致；
步骤4，桨叶打磨：锥形砂轮姿态调整完整后，机械臂带动砂轮下降，砂轮边下降的同时边对磨削力进行检测，当磨削力控制在设定的磨削力范围之间时，砂轮停止下降，开始按照步骤的打磨路径进行打磨；打磨过程中，仍需对磨削力进行实时检测；磨削力检测的具体方式为：通过压力传感器对气浮主轴中的气体压力进行实时监测，气浮主轴中的气体压力与锥形砂轮的磨削力呈线性关系，磨削力大小的改变将气浮主轴中的气体压力的变化；
步骤5，磨削力补偿：当步骤4中检测到的磨削力不在设定值范围内时，上位机将控制机械臂带动气浮主轴上升或下降，自动进行磨削力的补偿，使磨削力控制在设定范围内；在机械臂下降的过程中，气浮主轴将依靠自身的浮动量先进行磨削力的柔性补偿，使磨削力始终能够控制在设定值范围内；
步骤6，锥形砂轮姿态再次调整：当桨叶表面具有多个表面曲率时，激光传感器将实时对锥形砂轮待打磨浆叶位置的表面曲率进行采集计算，当激光传感器采集的待打磨浆叶位置的表面曲率与锥形砂轮当前的锥形母线不一致时，上位机将指令机械臂带动气浮主轴上升；锥形砂轮按照步骤3方式进行姿态调整，当姿态调整完成后，再进行步骤4至步骤5的打磨。
2.根据权利要求1所述的桨叶表面打磨方法，其特征在于：所述步骤3中，激光传感器对锥形砂轮待打磨浆叶位置的表面曲率进行采集计算的方法为：一个激光传感器对水平横板与待打磨浆叶表面之间的距离进行采集，另一个激光传感器对水平横板与打磨路径规划上下一个待打磨浆叶表面之间的距离进行采集；上位机将两个激光传感器采集的距离差值与步骤2自动识别的表面曲率进行匹配后，得出锥形砂轮待打磨浆叶位置的实际表面曲率。
3.根据权利要求1所述的桨叶表面打磨方法，其特征在于：所述锥形砂轮的纵剖面为等腰梯形，锥形砂轮的锥形母线的延长线与锥形砂轮的中心轴线所呈夹角为15°~75°。
4.根据权利要求1所述的桨叶表面打磨方法，其特征在于：所述步骤1中，桨叶底盘放置在桨叶底盘夹具中的V型架上后，位于V型架内的电磁铁通电，将桨叶底盘吸附；然后将桨叶叶片放置在两根桨叶支撑杆上，位于浆叶支撑杆顶部球头内的电磁铁通电，将浆叶叶片进行吸附。
5.根据权利要求1所述的桨叶表面打磨方法，其特征在于：所述步骤1中，压头呈V型或圆弧形。
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