CN109015242B - 一种航空精锻叶片前尾缘轮廓的抛磨设备及抛磨方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种航空精锻叶片前尾缘轮廓的抛磨设备，其能解决现有航空精锻叶片前尾缘轮廓采用手工钳磨进行抛修时存在的抛修质量和稳定性很难控制、人力投入较多、制造成本较高、生产效率较低、阻碍了航空精锻叶片自动化生产的实现的问题。其包括基座，基座内部分别安装有工业机器人手臂、料架、抛修轮和激光轮廓检测装置，工业机器人手臂的执行端安装有用于夹取叶片的卡钳，抛修轮通过安装于基座上的驱动装置驱动转动，激光轮廓检测装置、卡钳和驱动装置分别与工业机器人手臂的计算机电控连接；料架上设有至少两排和至少两列均匀间隔布置的且用于定位精锻叶片的仿形槽，同时本发明还提供了航空精锻叶片前尾缘轮廓的抛磨方法。

Description

一种航空精锻叶片前尾缘轮廓的抛磨设备及抛磨方法

技术领域

本发明涉及航空精锻叶片精密加工领域，具体为一种航空精锻叶片前尾缘轮廓的抛磨设备及抛磨方法。

背景技术

目前，对航空精锻叶片前尾缘轮廓进行抛修的方法主要为手工钳磨，虽然可以实现前尾缘轮廓的加工，但抛修质量和稳定性很难控制，人力投入较多，制造成本较高，生产效率较低，阻碍了航空精锻叶片自动化生产的实现。

发明内容

针对现有航空精锻叶片前尾缘轮廓采用手工钳磨进行抛修时存在的抛修质量和稳定性很难控制、人力投入较多、制造成本较高、生产效率较低、阻碍了航空精锻叶片自动化生产的实现的问题，本发明提供了一种航空精锻叶片前尾缘轮廓的抛磨设备，同时还提供了使用该设备对航空精锻叶片前尾缘轮廓进行抛磨的方法，从而可以保证汽轮机叶片的装配质量。

其技术方案是这样的：

一种航空精锻叶片前尾缘轮廓的抛磨设备，其特征在于，其包括基座，所述基座内部分别安装有工业机器人手臂、料架、抛修轮和激光轮廓检测装置，所述工业机器人手臂的执行端安装有用于夹取叶片的卡钳，所述抛修轮通过安装于所述基座上的驱动装置驱动转动，所述激光轮廓检测装置、所述卡钳和所述驱动装置分别与所述工业机器人手臂的计算机电控连接；所述料架上设有至少两排和至少两列均匀间隔布置的且用于定位精锻叶片的仿形槽。

一种航空精锻叶片前尾缘轮廓的抛磨方法，其特征在于，其包括以下步骤：

步骤1、将叶片的理论模型导入至上述抛磨设备的计算机中的示教界面，同时检查理论模型的表面质量，避免存在缺陷；

步骤2、基于经典截面法，根据叶片的理论模型图纸在示教界面输入各截面的相对基准面高度，以确定叶片前尾缘的各个抛修截面，同时自动获得理论模型在各个抛修截面处的理论轮廓曲线；

步骤3、根据待加工叶片的实际大小选取与之相适应的料架和卡钳，再根据料架的容量规格在抛磨设备的计算机中更改默认的配方文件并备份；

步骤4、将料架和卡钳安装到位，将待加工叶片逐个放入料架的仿形槽内，并手动设置夹取叶片的路径；

步骤5、进行抛磨设备的机器人程序示教，以验证夹取叶片的路径是否设置合理，若合理，则将机器人程序回传至系统终端；

步骤6、选择合适的抛修轮并安装到位，在示教界面手动定义抛修轮的属性；

步骤7、运行步骤4中设置的夹取叶片的路径，使卡钳夹取料架上的待加工叶片，再运行设备的检测路径，将待加工叶片送到激光轮廓检测装置处进行检测，获得待加工叶片的理论轮廓曲线，并将待加工叶片的理论轮廓曲线导入示教界面，作为抛修的目标轮廓；

步骤8、粗抛参数优化，直至调试到留给精抛的余量面积达到最小；

步骤9、精抛参数优化，直至抛修至目标轮廓；

步骤10、系统将最终结果通过计算机的人机交互界面反馈给调试工作人员，最终结果包括各抛修截面的粗抛轮廓和精抛轮廓，最终结果可作为后续调整抛修参数设置的依据；

步骤11、根据步骤8优化的粗抛参数和步骤9优化的精抛参数，完成料架内其余待加工叶片的自动抛修。

其进一步特征在于：

所述步骤4中的设置夹取叶片的路径，为分别设置料架上第一排首尾两个仿形槽和第一列最后一个仿形槽处的夹取叶片的路径。

所述步骤6中抛修轮的属性包括框架属性、探测属性和磨损属性，所述框架属性包括抛修轮外圆角度、斜角和斜角偏移，所述探测属性包括料架中叶片的数量和机器人配置，所述磨损属性包括单件磨损量和最小使用直径。

所述步骤7中待加工叶片的理论轮廓曲线是通过以下方法获得：按照步骤2确定的各抛修截面检测待加工叶片的各抛修截面的实际轮廓曲线，系统结合得到的实际轮廓曲线与步骤2获得的理论模型在各个抛修截面处的理论轮廓曲线在空间位置上的偏差，将理论模型的理论轮廓曲线自动合理拟合至待加工叶片的实际轮廓曲线中，最终获得待加工叶片的理论轮廓曲线。

所述步骤7中进行激光轮廓检测时，激光射线与待检测的各抛修截面平行。

所述步骤8中的粗抛参数优化，包括以下步骤：

步骤8.1、在示教界面初步设定粗抛参数；

步骤8.2、系统根据粗抛参数以及待加工叶片与理论模型在前尾缘处的余量分布情况，自动指导粗抛的加工轨迹及加工力度；

步骤8.3、粗抛结束后自动将叶片送至激光轮廓检测装置处进行粗抛检测，并将检测得到的粗抛后的轮廓曲线输出至示教界面，调试工作人员判断精抛的余量面积，若未达到最小，则根据粗抛后的轮廓曲线调整粗抛参数；

步骤8.4、将粗抛后的叶片放回料架，卡钳重新夹取下一个待加工的叶片，并将待加工叶片送到激光轮廓检测装置处进行检测，获得待加工叶片的理论轮廓曲线，并将待加工叶片的理论轮廓曲线导入示教界面，作为抛修的目标轮廓，然后按照步骤8.3中调整后的粗抛参数对叶片进行粗抛；

步骤8.5、重复步骤8.3和步骤8.4，直至留给精抛的余量面积达到最小，此时的粗抛参数即为优化的粗抛参数，此时的叶片可继续进行精抛。

所述步骤9中的精抛参数优化，包括以下步骤：

步骤9.1、在示教界面，初步设定精抛参数；

步骤9.2、系统根据精抛参数以及实际叶片与理论模型在前尾缘处的余量分布情况，自动指导精抛的加工轨迹及加工力度；

步骤9.3、精抛结束后自动将叶片送至激光轮廓检测装置处进行精抛检测，并将精抛后的轮廓曲线输出示教界面，调试工作人员判断是否抛修至目标轮廓，若未抛修至目标轮廓，则根据精抛后的轮廓曲线调整精抛参数；

步骤9.4、重复步骤9.2和步骤9.3，直至抛修至目标轮廓，此时的精抛参数即为优化的精抛参数，精抛完成的叶片重新放回料架。

所述步骤8中的粗抛参数包括粗抛角度和移动速度，所述步骤9中的精抛参数包括精抛角度和移动速度。

本发明的有益效果是：

1、本发明的抛磨设备，卡钳能够夹取料架上的叶片，工业机器人手臂能够带动叶片在料架、激光轮廓检测设备和抛修轮之间移动，以实现对叶片的自动夹取、抛修和轮廓检测，确保叶片的前尾缘轮廓抛修到位，与手动抛磨相比，抛磨精度高且可控；料架上设置至少两排和至少两列均匀间隔布置的仿形槽，能够使后续设置夹取叶片的路径更加方便和简单，并且由于设置了多个仿形槽，第一个叶片抛修完成后，工业机器人手臂可带动卡钳将其放回原仿形槽内，并继续夹取下一个叶片进行抛修和轮廓检测，从而实现精锻叶片的连续抛修，大大提高抛修效率，整个抛磨过程自动完成，有效节省了人力成本；

2、本发明的抛磨方法根据叶片的理论模型在叶片前尾缘处各个抛修截面的理论轮廓曲线，结合实际待加工叶片的激光轮廓检测结果，获得实际待加工叶片的理论轮廓曲线，从而得到目标轮廓，再通过粗抛参数优化和精抛参数优化，获得最优的粗抛参数和精抛参数，最后实现对料架内的叶片进行连续自动抛修，后续再加工相同型号叶片时，也可直接运行程序自动抛磨，与传统手工钳磨的方式相比，不仅加工效率大大提高，而且抛修质量稳定，能确保每个叶片都抛修至目标轮廓，抛修精度高，能显著降低制造成本，适合于批量生产。

附图说明

图1为本发明抛磨设备的整体结构示意图；

图2为本发明抛磨设备的卡钳的主剖视图。

具体实施方式

见图1至图2，本发明的一种航空精锻叶片前尾缘轮廓的抛磨设备，其包括基座1，基座1上分别安装有工业机器人手臂2、料架3、抛修轮4和激光轮廓检测装置5，工业机器人手臂2的执行端安装有用于夹取叶片的卡钳6，卡钳6由平行气动手指7和夹爪8组成，平行气动手指7安装在工业机器人手臂2的执行端的法兰上，夹爪8为两个并分别安装在平行气动手指7的两个气爪71上，由气爪71带动实现开合，两个夹爪8上分别开设有与精锻叶片9的缘板91形状相配合的卡槽81，夹爪8夹取精锻叶片9时精锻叶片的缘板91配合卡在卡槽81内从而能够确保叶片的稳定；抛修轮4通过安装于基座1上的驱动装置如伺服电机驱动转动，激光轮廓检测装置5、平行气动手指7和驱动装置分别与工业机器人手臂2的计算机电控连接；料架3上设有至少两排和至少两列均匀间隔布置的且用于定位精锻叶片的仿形槽31，精锻叶片的叶身92可向下穿过仿形槽31并且精锻叶片的缘板91可配合放置于仿形槽31内。其中，工业机器人手臂及其计算机整体是从日本FANUC公司购买的，型号为LR Mate 200iD，激光轮廓检测装置的型号为OMRON E3Z-LT86，工业机器人手臂及其控制系统和激光轮廓检测装置均属于现有技术。在工业机器人手臂的计算机上，可以设置夹取叶片的路径、检测路径、抛磨参数等等。

本发明的一种航空精锻叶片前尾缘轮廓的抛磨方法，其包括以下步骤：

步骤1、将叶片的理论模型导入至本发明的抛磨设备的计算机中的示教界面，同时在计算机中检查理论模型的表面质量，避免存在缺陷；

步骤2、基于经典截面法，根据叶片的理论模型图纸在示教界面的编辑项目窗口输入各截面的相对基准面高度，以确定叶片前尾缘的各个抛修截面，同时自动获得理论模型在各个抛修截面处的理论轮廓曲线；

步骤3、根据待加工叶片的实际大小选取与之相适应的料架和卡钳，再根据料架的容量规格（即料架上仿形槽的数量、仿形槽的相对位置参数信息）在抛磨设备的计算机中更改默认的配方文件并备份；

步骤4、将料架和卡钳安装到位，将待加工叶片逐个放入料架的仿形槽内，并手动设置夹取叶片的路径，设置夹具叶片的路径时，由于料架上的仿形槽呈横纵等间距规则排列，因此只需设置料架上第一排首尾两个仿形槽和第一列最后一个仿形槽处的夹取叶片的路径，即可实现料架上全部叶片的依次夹取-抛修-返回过程；夹取叶片的路径设置包括对接近点、抓取点和返回点的设置，接近点在精锻叶片正上方10cm~20cm；抓取点的位置设定应保证卡钳的夹爪边缘各处距离料架及精锻叶片1mm~5mm，夹紧叶片的瞬间叶片不能有错移；返回点的位置设定应保证精锻叶片脱离料架的过程中叶片型面不与料架发生干涉；

步骤5、进行抛磨设备的机器人程序示教，以验证夹取叶片的路径是否设置合理，若合理，则将机器人程序回传至系统终端，从而使工业机器人手臂以该路径夹取叶片；

步骤6、选择合适的抛修轮并安装到位，在示教界面手动定义抛修轮的属性，抛修轮的属性包括框架属性、探测属性和磨损属性，框架属性包括抛修轮外圆角度、斜角和斜角偏移，探测属性包括料架中叶片的数量和机器人配置（即在探测属性设置界面选择工业机器人手臂），磨损属性包括单件磨损量和最小使用直径；

步骤7、运行步骤4中设置的夹取叶片的路径，使卡钳夹取料架上的待加工叶片，再运行设备的检测路径，将待加工叶片送到激光轮廓检测装置处进行检测，按照步骤2确定的各抛修截面检测待加工叶片的各抛修截面的实际轮廓曲线，系统结合得到的实际轮廓曲线与步骤2获得的理论模型在各个抛修截面处的理论轮廓曲线在空间位置上的偏差，将理论模型的理论轮廓曲线自动合理拟合至待加工叶片的实际轮廓曲线中，最终获得待加工叶片的理论轮廓曲线，然后将待加工叶片的理论轮廓曲线导入示教界面，作为抛修的目标轮廓，激光轮廓检测时，激光射线与待检测的各抛修截面平行；

步骤8、粗抛参数优化，具体包括以下步骤：

步骤8.1、在示教界面初步设定粗抛参数，包括粗抛角度和移动速度；

步骤8.2、系统根据粗抛参数以及待加工叶片与理论模型在前尾缘处的余量分布情况，自动指导粗抛的加工轨迹及加工力度；

步骤8.3、粗抛结束后自动将叶片送至激光轮廓检测装置处进行粗抛检测，并将检测得到的粗抛后的轮廓曲线输出至示教界面，调试工作人员判断精抛的余量面积，若未达到最小，则根据粗抛后的轮廓曲线调整粗抛参数；

步骤8.4、将粗抛后的叶片放回料架，卡钳重新夹取下一个待加工的叶片，并将待加工叶片送到激光轮廓检测装置处进行检测，获得待加工叶片的理论轮廓曲线，并将待加工叶片的理论轮廓曲线导入示教界面，作为抛修的目标轮廓，然后按照步骤8.3中调整后的粗抛参数对叶片进行粗抛；

步骤8.5、重复步骤8.3和步骤8.4，直至留给精抛的余量面积达到最小，此时的粗抛参数即为优化的粗抛参数，此时的叶片可继续进行精抛；

步骤9、精抛参数优化，包括以下步骤：

步骤9.1、在示教界面，初步设定精抛参数，主要包括精抛角度和移动速度，对于形状特殊的叶片，还可根据实际情况设置其他的参数；

步骤9.2、系统根据精抛参数以及实际叶片与理论模型在前尾缘处的余量分布情况，自动指导精抛的加工轨迹及加工力度；

步骤9.3、精抛结束后自动将叶片送至激光轮廓检测装置处进行精抛检测，将精抛后的轮廓曲线输出示教界面，调试工作人员判断是否抛修至目标轮廓，若未抛修至目标轮廓，则根据精抛后的轮廓曲线调整精抛参数；

步骤9.4、重复步骤9.2和步骤9.3，直至抛修至目标轮廓，此时的精抛参数即为优化的精抛参数，精抛完成的叶片重新放回料架；

步骤10、系统将最终结果通过计算机的人机交互界面反馈给调试工作人员，最终结果包括各抛修截面的粗抛轮廓和精抛轮廓，最终结果可作为后续调整抛修参数设置的依据；

步骤11、根据步骤8优化的粗抛参数和步骤9优化的精抛参数，完成料架内其余待加工叶片的自动抛修，每次抛修时，都要运行步骤7以获得实际待加工叶片的目标轮廓曲线，然后直接按照优化的粗抛参数进行粗抛，粗抛后进行激光轮廓检测，并将检测得到的粗抛后的轮廓曲线输出至示教界面，以便后续调用，然后直接按照优化的精抛参数进行精抛，精抛后进行激光轮廓检测，系统能够根据检测结果自动微调精抛参数，直至抛修至目标轮廓，每次精抛检测得到的精抛后的轮廓曲线都会输出至示教界面，以便后续调用。

Claims (1)

1.一种使用航空精锻叶片前尾缘轮廓的抛磨设备来抛磨航空精锻叶片前尾缘轮廓的方法，其特征在于：

航空精锻叶片前尾缘轮廓的抛磨设备包括基座，所述基座内部分别安装有工业机器人手臂、料架、抛修轮和激光轮廓检测装置，所述工业机器人手臂的执行端安装有用于夹取叶片的卡钳，所述抛修轮通过安装于所述基座上的驱动装置驱动转动，所述激光轮廓检测装置、所述卡钳和所述驱动装置分别与所述工业机器人手臂的计算机电控连接；所述料架上设有至少两排和至少两列均匀间隔布置的且用于定位精锻叶片的仿形槽；

抛磨包括以下步骤：

步骤1、将叶片的理论模型导入至所述的抛磨设备的计算机中的示教界面，同时检查理论模型的表面质量，避免存在缺陷；

步骤2、基于经典截面法，根据叶片的理论模型图纸在示教界面输入各截面的相对基准面高度，以确定叶片前尾缘的各个抛修截面，同时自动获得理论模型在各个抛修截面处的理论轮廓曲线；

步骤3、根据待加工叶片的实际大小选取与之相适应的料架和卡钳，再根据料架的容量规格在抛磨设备的计算机中更改默认的配方文件并备份；

步骤4、将料架和卡钳安装到位，将待加工叶片逐个放入料架的仿形槽内，并手动设置夹取叶片的路径；

步骤5、进行抛磨设备的机器人程序示教，以验证夹取叶片的路径是否设置合理，若合理，则将机器人程序回传至系统终端；

步骤6、选择合适的抛修轮并安装到位，在示教界面手动定义抛修轮的属性；

步骤7、运行步骤4中设置的夹取叶片的路径，使卡钳夹取料架上的待加工叶片，再运行设备的检测路径，将待加工叶片送到激光轮廓检测装置处进行检测，获得待加工叶片的理论轮廓曲线，并将待加工叶片的理论轮廓曲线导入示教界面，作为抛修的目标轮廓；

步骤8、粗抛参数优化，直至调试到留给精抛的余量面积达到最小；

步骤9、精抛参数优化，直至抛修至目标轮廓；

步骤10、系统将最终结果通过计算机的人机交互界面反馈给调试工作人员，最终结果包括各抛修截面的粗抛轮廓和精抛轮廓，最终结果可作为后续调整抛修参数设置的依据；

步骤11、运行步骤7，再根据步骤8优化的粗抛参数和步骤9优化的精抛参数，完成料架内其余待加工叶片的自动抛修；所述步骤4中的设置夹取叶片的路径，为分别设置料架上第一排首、尾两个仿形槽和第一列最后一个仿形槽处的夹取叶片的路径；所述步骤6中抛修轮的属性包括框架属性、探测属性和磨损属性，所述框架属性包括抛修轮外圆角度、斜角和斜角偏移，所述探测属性包括料架中叶片的数量和机器人配置，所述磨损属性包括单件磨损量和最小使用直径；所述步骤7中待加工叶片的理论轮廓曲线是通过以下方法获得：按照步骤2确定的各抛修截面检测待加工叶片的各抛修截面的实际轮廓曲线，系统结合得到的实际轮廓曲线与步骤2获得的理论模型在各个抛修截面处的理论轮廓曲线在空间位置上的偏差，将理论模型的理论轮廓曲线自动合理拟合至待加工叶片的实际轮廓曲线中，最终获得待加工叶片的理论轮廓曲线；所述步骤7中进行激光轮廓检测时，激光射线与待检测的各抛修截面平行；所述步骤8中的粗抛参数优化，包括以下步骤：

步骤8.1、在示教界面初步设定粗抛参数；

步骤8.2、系统根据粗抛参数以及待加工叶片与理论模型在前尾缘处的余量分布情况，自动指导粗抛的加工轨迹及加工力度；

步骤8.3、粗抛结束后自动将叶片送至激光轮廓检测装置处进行粗抛检测，并将检测得到的粗抛后的轮廓曲线输出至示教界面，调试工作人员判断精抛的余量面积，若未达到最小，则根据粗抛后的轮廓曲线调整粗抛参数；

步骤8.4、将粗抛后的叶片放回料架，卡钳重新夹取下一个待加工的叶片，并将待加工叶片送到激光轮廓检测装置处进行检测，获得待加工叶片的理论轮廓曲线，并将待加工叶片的理论轮廓曲线导入示教界面，作为抛修的目标轮廓，然后按照步骤8.3中调整后的粗抛参数对叶片进行粗抛；

步骤8.5、重复步骤8.3和步骤8.4，直至留给精抛的余量面积达到最小，此时的粗抛参数即为优化的粗抛参数，此时的叶片可继续进行精抛；所述步骤9中的精抛参数优化，包括以下步骤：

步骤9.1、在示教界面，初步设定精抛参数；

步骤9.2、系统根据精抛参数以及实际叶片与理论模型在前尾缘处的余量分布情况，自动指导精抛的加工轨迹及加工力度；

步骤9.3、精抛结束后自动将叶片送至激光轮廓检测装置处进行精抛检测，并将精抛后的轮廓曲线输出示教界面，调试工作人员判断是否抛修至目标轮廓，若未抛修至目标轮廓，则根据精抛后的轮廓曲线调整精抛参数；

步骤9.4、重复步骤9.2和步骤9.3，直至抛修至目标轮廓，此时的精抛参数即为优化的精抛参数，精抛完成的叶片重新放回料架；所述步骤8中的粗抛参数包括粗抛角度和移动速度；所述步骤9中的精抛参数包括精抛角度和移动速度。

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