CN108705448B - 一种整体叶盘磨抛的自动化三自由度夹具 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种整体叶盘磨抛的自动化三自由度夹具，属于整体叶盘机器人磨抛加工技术领域，包括：旋转平台、第一旋转组件和第二旋转组件；第一旋转组件安装在旋转平台上，第二旋转组件安装在第一旋转组件上，第二旋转组件用于夹持叶盘。本发明通过旋转平台、第一旋转组件和第二旋转组件对叶盘进行三个旋转自由度的调节，实现了整体叶盘机器人磨抛加工中自动调整叶盘位姿以适应整体叶盘不同部位的加工方式，夹具结构简单使用方便，极大提高了整体叶盘自动化磨抛的效率和定位精度。

Description

一种整体叶盘磨抛的自动化三自由度夹具
技术领域
本发明属于整体叶盘机器人磨抛加工技术领域，更具体地，涉及一种整体叶盘磨抛的自动化三自由度夹具。
背景技术
整体叶盘磨抛加工是去除叶盘表面铣削加工的纹路使表面光滑，整体叶盘的叶片和叶盘是一体式结构，整体叶盘待磨抛的部位有叶片进排气边、叶片内外弧面、叶根转角和轮盘型面流道。由于磨抛部位多，并且各部位加工方式不同，目前，整体叶盘磨抛多由人工打磨完成，劳动强度大、粉尘污染严重，另外手工磨抛加工受工人师傅的经验影响，加工一致性较差。机器人以其自动化程度高、柔顺性好等优点被用于整体叶盘自动化磨抛加工中。
整体叶盘的机器人磨抛加工中需加工部位多，对各部位的磨抛方式和策略不同，需要在机器人自动化加工过程中调整叶盘的位置姿态以适应机器人磨抛过程。为了提高整体叶盘机器人磨抛的自动化水平和加工效率，需要一种自动调节叶盘姿态的装置。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种整体叶盘机器人磨抛自动化装置，其目的在于通过三个自由度的旋转调节，有效实现叶盘自动化磨抛时调整叶盘姿态，方便叶盘各个不同部位的机器人磨抛。
为了实现上述目的，本发明提供了一种整体叶盘磨抛的自动化三自由度夹具，包括：旋转平台、第一旋转组件和第二旋转组件；
第一旋转组件包括支架、第一电机、支撑件、齿轮、半月形内齿圈；支架固定于旋转平台旋转中心处，齿轮安装于第一电机的输出轴上、枢接于支架上且轴线垂直于旋转平台的旋转轴线；支撑件设于支架上且位于齿轮下方，半月形内齿圈位于支撑件与齿轮之间，由支撑件支撑并与齿轮啮合；
第二旋转组件包括主动旋转机构和被动旋转机构；半月形内齿圈的一端为固定端，另一端为活动端；主动旋转机构安装于固定端，被动旋转机构安装于活动端；
主动旋转机构包括第二电机、旋转轴和第一叶盘夹持器；旋转轴一端与第二电机的输出轴对接，另一端安装第一叶盘夹持器；
被动旋转机构包括半固定轴和第二叶盘夹持器；且半固定轴的一端半固定在半月形内齿圈的活动端，另一端安装第二叶盘夹持器；第二叶盘夹持器用于与第一叶盘夹持器配合夹持待加工叶盘，且在第一叶盘夹持器带动下随待加工叶盘一起旋转。
进一步地，支架上设有至少一对平面轴承，成对的两个平面轴承对称分布于半月形内齿圈两侧并与半月形内齿圈相接触。
进一步地，支架上设有锁定件，用于在半月形内齿圈旋转到预定位置时锁定半月形内齿圈。
进一步地，各平面轴承与对应的支架侧壁之间设有压缩弹簧。
进一步地，锁定件为电磁铁，与第一电机联合控制；当第一电机通电转动时电磁铁断电，当第一电机旋转到位并断电时，电磁铁通电吸附半月形内齿圈实现锁定。
进一步地，支撑件为两个互相平行的圆柱。
进一步地，被动旋转机构还包括固定法兰盘、旋转法兰盘、轴套筒和轴承；固定法兰盘设于半固定轴上，轴套筒固定于固定法兰盘上，轴承设于轴套筒内，旋转法兰盘的旋转轴设于轴承内，第二叶盘夹持器安装于旋转法兰盘上。
进一步地，第一叶盘夹持器与旋转轴可拆卸地连接，第二叶盘夹持器与半固定轴可拆卸地连接。
总体而言，本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
1、本发明通过旋转平台、第一旋转组件、第二旋转组件实现三个转动自由度的控制，能够在对整体叶盘不同部位打磨时进行姿态调整，而不需要拆卸叶盘，极大提高了机器人磨抛的生产效率；
2、本发明使用平面轴承，一方面对半月形内齿圈起到支撑、稳固作用，另一方面，降低半月形内齿圈转动时的阻力，提高调节灵活性；采用对称分布平面轴承压紧半月形内齿圈，对齿轮转动起到很好的导向作用；
3、本发明使用电磁铁与电机联合控制，能够可靠实现机构锁紧，保证加工的可靠性；
4、本发明能够通过更换叶盘夹持器适应不同型号的叶盘，叶盘装夹简单便捷。
附图说明
图1为本发明的整体三维结构示意图；
图2是本发明中齿轮传动结构示意图；
图3是平面轴承结构剖视图；
图4是连接轴承结构剖视图；
图5是可替换叶盘夹持器局部剖视图；
图6是轴抱夹整体结构图及其零件图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
1-第三电机、2-第三联轴器、3-蜗轮蜗杆装置、4-旋转支撑台、5-第一电机、6-支撑件、7-第一联轴器、8-齿轮、9-半月形内齿圈、10-轴抱夹、11-半固定轴、12-固定法兰盘、13-旋转法兰盘、14-第二叶盘夹持器、15-第一叶盘夹持器、16-旋转轴、17-第二联轴器、18-第二电机、19-平面轴承、20-平面法兰、21-螺栓、22-压缩弹簧、23-紧固螺母、24-第一套筒、25-轴承、26-第二套筒、27-第三套筒、28-锁紧螺母、29-轴套筒、30-垫片、31-螺钉、32-锁定件、33-螺钉。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1所示，本发明优选实施例的一种整体叶盘磨抛的自动化三自由度夹具包括：旋转平台、第一旋转组件和第二旋转组件；第一旋转组件包括支架、第一电机5、支撑件6、齿轮8、半月形内齿圈9；支架固定于旋转平台旋转中心处，齿轮8安装于第一电机5的输出轴上、枢接于支架上且轴线垂直于旋转平台的旋转轴线；支撑件6设于支架上且位于齿轮8下方，半月形内齿圈9位于支撑件6与齿轮8之间，由支撑件6支撑并与齿轮8啮合；第二旋转组件包括主动旋转机构和被动旋转机构；半月形内齿圈9的一端为固定端，另一端为活动端；主动旋转机构安装于固定端，被动旋转机构安装于活动端；主动旋转机构包括第二电机18、旋转轴16和第一叶盘夹持器15；旋转轴16一端与第二电机18的输出轴对接，另一端安装第一叶盘夹持器15；被动旋转机构包括半固定轴11和第二叶盘夹持器14；且半固定轴11的一端半固定在半月形内齿圈9的活动端，另一端安装第二叶盘夹持器14；第二叶盘夹持器14用于与第一叶盘夹持器15配合夹持待加工叶盘，且在第一叶盘夹持器15带动下随待加工叶盘一起旋转。
请参照图2及图3，第一电机5通过第一联轴器7连接齿轮8，齿轮8与半月形内齿圈9啮合，半月形内齿圈9两侧对称分布四个平面轴承19，平面轴承通过压缩弹簧22(本实施例选用强力弹簧)压紧与半月形内齿圈9两侧贴合，半月形内齿圈9下方安装支撑件6(本实施例为两个互相平行的圆柱形导轮)，锁定件32(本实施例为电磁锁紧装置，优选电磁铁)与半月形内齿圈9间有2mm缝隙并与电机5联合控制，该缝隙可调，保证电磁铁通电时能够有效紧固吸附半月形内齿圈9即可。第二电机18通过第二联轴器17连接旋转轴16，可替换的第一叶盘夹持器15和第二叶盘夹持器14成对存在，半固定轴11由轴抱夹10锁紧，下端与固定法兰盘12连接，固定法兰盘12和旋转法兰盘13之间通过轴承25连接。
旋转平台包括第三电机1、第三联轴器2、涡轮蜗杆装置3和旋转支撑台4。其中第三电机1通过联轴器连接蜗轮蜗杆装置3，实现绕x轴的电机转动到绕z轴的转台旋转的转换，带动旋转支撑台4及其上所有装置的转动。
请参照图1～4，第一旋转组件包括第一电机5、第一联轴器7、齿轮8、半月形内齿圈9、两个支撑柱轮6、旋转支撑台4、四个平面轴承19、电磁锁紧装置32。其中电机5通过联轴器7与齿轮8连接，齿轮8与半月形内齿圈9啮合传动，半月齿轮9两侧对称分布四个带有强力弹簧22的平面轴承19，下方两个支撑柱轮6为半月形内齿圈提供支撑和导向，支撑柱轮6通过轴承与旋转支撑台4的侧壁连接。电磁锁紧装置32与电机5联合控制，当电机5通电转动时电磁铁断电，当电机5断电时电磁铁通电吸附半月形内齿圈实现锁紧。
请参照图2及图3，四个平面轴承19对称分布在半月形内齿圈9的两侧，通过强力弹簧22压在半月形内齿圈9两侧，电磁锁紧装置32位于一侧两个平面轴承之间并且安装时预留2mm的间隙，电磁铁通电时吸附半月形内齿圈侧壁并压缩强力弹簧，实现齿轮副的锁紧，电磁铁断电后强力弹簧伸展使半月形内齿圈复位；半月形内齿圈上侧与齿轮8啮合传动，下侧分别与两个圆柱轮6线接触。
平面轴承19和平面法兰20通过螺栓21连接，螺栓上套着强力弹簧22，强力弹簧22压在支撑台4的直板内侧，通过直板外侧的内六角螺母23紧固。
第二旋转组件包括第二电机18、第二联轴器17、旋转轴16、第一叶盘夹持器15、第二叶盘夹持器14、固定法兰盘12、旋转法兰盘13、半固定轴11、轴抱夹10和轴承22。第二电机18通过第二联轴器17与旋转轴16连接，第一叶盘夹持器15和旋转轴16的轴端法兰通过螺栓连接，第一叶盘夹持器14与旋转法兰盘13通过螺栓连接，固定法兰盘12和旋转法兰盘13通过轴承25连接，固定法兰盘12与半固定轴11的轴端法兰通过螺栓紧固，半固定轴11上端被轴抱夹10锁紧。
半固定轴11通过轴抱夹10锁紧，松开轴抱夹的锁紧螺钉33后，半固定轴11可以沿轴向滑动，将叶盘卡在第一叶盘夹持器15和第二叶盘夹持器14之间后，紧固轴抱夹的锁紧螺钉33实现半固定轴的锁紧，直到更换整体叶盘时重复该过程。
请参照图4，固定法兰盘12与半固定轴11的法兰通过螺栓连接，与轴套筒29通过螺钉31、垫片30连接，套筒27一端抵在固定法兰盘12上，另一端抵在轴承25上，旋转法兰盘13与第一叶盘夹持器15通过螺栓连接，套筒24抵在轴承下侧起到轴向定位作用，锁紧螺母28和套筒26实现轴向锁紧。
请参照图5，第一叶盘夹持器15、第二叶盘夹持器14成对存在，根据不同型号的待磨抛整体叶盘中心孔大小，确定其短柱销的尺寸。
请参照图6，为轴抱夹10的结构示意图，通过旋转调节螺钉33实现松紧调节，从而取下、移动或紧固半固定轴11。
本发明的工作过程如下：
使用时首先安装整体叶盘，将半固定轴11上端轴抱夹10的螺钉33松开，手动操作半固定轴11使其沿轴向向远离电机18的方向滑动，直到第一叶盘夹持器15、第二叶盘夹持器14间的间隙能够放入整体叶盘；将整体叶盘中心孔插在第一叶盘夹持器15的短圆柱销上，并使叶盘端面与第一叶盘夹持器15的法兰端面贴合；然后手动操作半固定轴11使其沿轴向向靠近第二电机18的方向滑动，直到第二叶盘夹持器14的短柱销插入叶盘中心孔且端面与叶盘端面贴和为止，整体叶盘固定好后锁紧轴抱夹10使半固定轴11固定不动，从而将整体叶盘稳固夹持在第一叶盘夹持器15、第二叶盘夹持器14之间，直到更换整体叶盘时再重复上述过程。
整体叶盘磨抛过程中，根据待磨抛的叶盘部位调整调整叶盘姿态。第三电机1工作时，通过第三联轴器2带动蜗轮蜗杆装置3,实现旋转支撑台4及其上所有部件和整体叶盘的绕z轴转动。第三电机1停止工作时，旋转支撑台4被锁紧静止不动；第一电机5工作时电磁铁32断电放开半月形内齿圈9，第一电机5通过第一联轴器7带动齿轮8转动，由齿轮啮合带动半月形内齿圈9及其上所有部件和整体叶盘的转动，支撑柱轮6起到对半月形内齿圈9的支撑和运动导向作用。第一电机5断电停止工作时电磁铁32通电锁紧半月形内齿圈9；第二电机18工作时，通过第二联轴器17带动旋转轴16转动，第一叶盘夹持器15与旋转轴16固连并一起运动，从而带动整体叶盘、第二叶盘夹持器14、旋转法兰盘13一起绕径向转动，第二电机18停止工作时，旋转轴16被锁紧，旋转轴16和其联动部件静止不动。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种整体叶盘磨抛的自动化三自由度夹具，其特征在于，包括：旋转平台、第一旋转组件和第二旋转组件；
第一旋转组件包括支架、第一电机(5)、支撑件(6)、齿轮(8)、半月形内齿圈(9)；支架固定于旋转平台旋转中心处，齿轮(8)安装于第一电机(5)的输出轴上、枢接于支架上且轴线垂直于旋转平台的旋转轴线；支撑件(6)设于支架上且位于齿轮(8)下方，半月形内齿圈(9)位于支撑件(6)与齿轮(8)之间，由支撑件(6)支撑并与齿轮(8)啮合；
第二旋转组件包括主动旋转机构和被动旋转机构；半月形内齿圈(9)的一端为固定端，另一端为活动端；主动旋转机构安装于固定端，被动旋转机构安装于活动端；
主动旋转机构包括第二电机(18)、旋转轴(16)和第一叶盘夹持器(15)；旋转轴(16)一端与第二电机(18)的输出轴对接，另一端安装第一叶盘夹持器(15)；
被动旋转机构包括半固定轴(11)和第二叶盘夹持器(14)；且半固定轴(11)的一端半固定在半月形内齿圈(9)的活动端，另一端安装第二叶盘夹持器(14)；第二叶盘夹持器(14)用于与第一叶盘夹持器(15)配合夹持待加工叶盘，且在第一叶盘夹持器(15)带动下随待加工叶盘一起旋转。
2.如权利要求1所述的一种整体叶盘磨抛的自动化三自由度夹具，其特征在于，支架上设有至少一对平面轴承(19)，成对的两个平面轴承(19)对称分布于半月形内齿圈(9)两侧并与半月形内齿圈(9)相接触。
3.如权利要求2所述的一种整体叶盘磨抛的自动化三自由度夹具，其特征在于，各平面轴承(19)与对应的支架侧壁之间设有压缩弹簧(22)。
4.如权利要求1所述的一种整体叶盘磨抛的自动化三自由度夹具，其特征在于，支架上设有锁定件(32)，用于在半月形内齿圈(9)旋转到预定位置时锁定半月形内齿圈(9)。
5.如权利要求3所述的一种整体叶盘磨抛的自动化三自由度夹具，其特征在于，锁定件(32)为电磁铁，与第一电机(5)联合控制；当第一电机(5)通电转动时电磁铁断电，当第一电机(5)旋转到位并断电时，电磁铁通电吸附半月形内齿圈(9)实现锁定。
6.如权利要求1所述的一种整体叶盘磨抛的自动化三自由度夹具，其特征在于，支撑件(6)为两个互相平行的圆柱。
7.如权利要求1～6任意一项所述的一种整体叶盘磨抛的自动化三自由度夹具，其特征在于，被动旋转机构还包括固定法兰盘(12)、旋转法兰盘(13)、轴套筒(29)和轴承(25)；固定法兰盘(12)设于半固定轴(11)上，轴套筒(29)固定于固定法兰盘(12)上，轴承(25)设于轴套筒(29)内，旋转法兰盘(13)的旋转轴设于轴承(25)内，第二叶盘夹持器(14)安装于旋转法兰盘(13)上。
8.如权利要求1～6任意一项所述的一种整体叶盘磨抛的自动化三自由度夹具，其特征在于，第一叶盘夹持器(15)与旋转轴(16)可拆卸地连接，第二叶盘夹持器(14)与半固定轴(11)可拆卸地连接。
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