CN110666639A - 一种磨削装置的磨削参数获得方法及航空发动机叶片 - Google Patents

Abstract

一种磨削装置的磨削参数获得方法及航空发动机叶片，该磨削装置用于对航空发动机叶片进排气边进行磨削，包括六轴机器人和纤维磨轮机构，所述纤维磨轮机构中设有具有弹性的纤维磨轮，该获得方法包括：分析影响叶片进排气边圆角磨削精度的四个磨削参数；通过六轴机器人抓取叶片压入纤维磨轮处进行磨削试验，以逐个验证磨削参数对磨削后的圆角Rt的影响；通过有限次试验确立磨削参数与磨削后的圆角Rt之间的关系。本发明通过磨削试验来验证预选磨削参数与磨削后的圆角Rt之间的关系，采用该方法获得的磨削参数制得的航空发动机叶片，可以在机器人运动轨迹精度为0.1mm数量级的情况下，实现磨削后的圆角Rt的磨削精度在0.01mm之内。

Description

一种磨削装置的磨削参数获得方法及航空发动机叶片

技术领域

本发明涉及曲面构件加工制造技术领域，特别是涉及一种磨削装置的磨削参数获得方法及航空发动机叶片。

背景技术

航空发动机叶片由于型面复杂，加工工艺要求高，对加工设备及工艺的技术要求也越来越高。随着计算机数字控制技术和磨削技术的迅速发展，叶片型面的磨削加工从手工磨削、液压仿形磨削到多坐标数控磨削加工的发展。

在叶片型面精锻后，叶片的进排气边需要各铣一刀去掉飞边以保证叶片的弦长，之后，进排气边的圆角需要磨削才能形成，进排气边的圆角质量要求很高，它对发动机的气动效率有很大的影响。

随着机器人技术的日益成熟，国外已经研制出了智能磨削装置，利用关节机器人实现多轴联动的方式来磨削叶片进排气边。但是国外在磨削工艺及软件控制方面对国内进行了严格的限制，使得国内难以获得该项较先进的工艺，导致现在国内基本上采用手工砂带磨的方式来磨削叶片进排气边。采用手工磨削方式与工人的技能有很大关系，产品的精度无法保证，成批产品的质量一致性差，且工作环境恶劣，对工人自身健康不利。

发明内容

本发明实施例提供了一种磨削装置的磨削参数获得方法及航空发动机叶片，通过磨削试验验证来预选磨削参数与磨削后的圆角Rt之间的关系，以便于磨削装置代替手工方式进行磨削加工，以达到较高的磨削精度。

第一方面，本发明的实施例提出了一种磨削装置的磨削参数获得方法，该磨削装置用于对航空发动机叶片进排气边进行磨削，包括六轴机器人和纤维磨轮机构，所述纤维磨轮机构设有具有弹性的纤维磨轮，该获得方法包括：

分析影响叶片进排气边圆角磨削精度的多个磨削参数，并确定了叶片与磨轮的夹角Bt，磨削线速度Vt，叶片压入纤维磨轮的压力Zt，磨削进给速度Ft这四个参数与圆角磨削的精度有关；

通过六轴机器人抓取叶片压入纤维磨轮处进行磨削试验，以逐个验证上述四个磨削参数对磨削后的圆角Rt的影响；

通过有限次试验确立上述四个预选磨削参数与磨削后的圆角Rt之间的关系，以及上述四个磨削参数的选择及确定。

进一步地，当其它参数不变时，所述叶片与磨轮的夹角Bt为定值，根据叶片进排气边圆角Rt的变化而改变。

进一步地，所述叶片与磨轮的夹角Bt通过改变所述六轴机器人的轨迹来实现。

进一步地，当其它参数不变时，所述磨削线速度Vt为定值，根据叶片进排气边圆角Rt的变化而改变。

进一步地，所述磨削线速度Vt＝(3.14D*n)/60，其中D为纤维磨轮的直径，n为纤维磨轮的转速。

进一步地，当其它参数不变时，所述叶片压入纤维磨轮的压力Zt与叶片在纤维磨轮上的压入深度Ht成正比。

进一步地，所述叶片压入纤维磨轮的压力Zt对磨削后的圆角Rt的磨削精度影响最大，即叶片在纤维磨轮上的压入深度Ht对磨削后的圆角Rt的磨削精度影响最大。

进一步地，当其它参数不变时，所述磨削进给速度Ft与磨削时间成反比。

第二方面，提供了一种采用第一方面的磨削装置的磨削参数获得方法得到的磨削参数制得的航空发动机叶片。

进一步地，该航空发动机叶片在进行磨削时，纤维磨轮的磨削速度为30m/s，在进行磨削后，磨削后的圆角Rt的磨削精度在0.01mm之内。

综上，本发明相对于现有技术具有以下优点：

(1)通过磨削试验来验证叶片与磨轮的夹角Bt，磨削线速度Vt，叶片压入纤维磨轮的压力Zt，磨削进给速度Ft，这四个参数与磨削后的圆角Rt之间的关系，以便于磨削装置代替手工方式进行磨削加工，以达到较高的磨削精度；

(2)确定了叶片压入纤维磨轮的压力Zt对磨削后的圆角Rt的磨削精度影响最大；

(3)采用该方法获得的磨削参数制得的航空发动机的叶片，磨削后的圆角Rt的磨削精度在0.01mm之内。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例中一种磨削装置的总体结构示意图。

图2是图1中磨削装置的俯视图。

图3是本发明实施例中磨削装置的磨削方法的流程图。

图4是本发明实施例中磨削装置的磨削参数获得方法的流程图。

图5是本发明实施例中在磨削时叶片压入纤维磨轮的示意图。

图中：

10-工作台；11-六轴机器人；12-激光测量机构；13-砂带机；14-纤维磨轮机构；141-磨削支架；1411-底板；1412-支撑板；142-变频电机；143-纤维磨轮；144-金刚砂轮；15-工件放置区；16-待加工叶片。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，但不能用来限制本发明的范围，即本发明不限于所描述的实施例，在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了零件、部件和连接方式的任何修改、替换和改进。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参照附图并结合实施例来详细说明本申请。

请参阅图1和图2，本发明提供的一种磨削装置，该磨削装置用于对航空发动机叶片进排气边进行磨削，该磨削装置包括控制器(图中未示出)和工作台10，所述工作台10上设有六轴机器人11、激光测量机构12、砂带机13、两个纤维磨轮机构14及工件放置区15，其中，所述六轴机器人11位于所述工作台10的中部，所述工件放置区15存放有多个待加工叶片16。

具体的，本发明中，所述纤维磨轮机构14包括设于所述工作台10上的磨削支架141，所述磨削支架141上设有变频电机142，以及与所述变频电机142连接且具有弹性的纤维磨轮143。本发明中，所述纤维磨轮143与硬质砂轮不同，有一定的弹性，在工件的压力下可产生一定的变形，结合不同的磨料粒度，不同的磨削速度，能够产生不同的磨削效果，且同时通过所述变频电机142可以调节磨削线速度。

进一步地，所述纤维磨轮143的磨削颗粒采用SiC颗粒制成，所述纤维磨轮143的直径为200mm，厚度为10mm，当中的基体为中等硬度，目数为50，选用这种纤维磨轮可以达到较好的磨削效果。

优选地，所述变频电机142和所述六轴机器人11分别位于所述纤维磨轮143的两侧，两个所述纤维磨轮机构14位于所述六轴机器人11的同一侧，以便于所述六轴机器人11抓取待加工叶片16至所述纤维磨轮143处进行磨削加工，避免移动和加工过程中与所述变频电机142发生干涉。且两个所述纤维磨轮143的旋转方向相反，一个用于加工待加工叶片16的进气边、另一个用于加工待加工叶片16的排气边，从而在同一个装置中实现对叶片进排气边的磨削加工。

在本发明另一优选实施例中，两个所述纤维磨轮机构14并排设置，且所述六轴机器人11位于两个所述纤维磨轮机构14的中点所在水平线上，这样设置使得所述六轴机器人11与两个所述纤维磨轮机构14的距离较近，可以缩短所述六轴机器人11的运动行程。

需要说明的是，本发明中，所述控制器与所述六轴机器人11、激光测量机构12、两个纤维磨轮机构14和砂带机13电性连接，用于控制所述六轴机器人11抓取待加工叶片16至激光测量机构12中进行测量磨削余量分布、至两个纤维磨轮机构14中进行磨削、至砂带机13中进行抛光。

请参阅图1，两个纤维磨轮机构14、砂带机13、激光测量机构12、及工件放置区15依序环绕于所述六轴机器人11的四周，具体为所述六轴机器人11所能够达到的工作范围内。

请参阅图1，所述磨削支架141上设有金刚砂轮144，所述金刚砂轮144用于休整所述纤维磨轮143，从而保证磨削过程中，每个待加工叶片16的磨削状态一致。

进一步地，所述磨削支架141呈F型结构，包括设于所述工作台上的底板1411，以及设于所述底板1411上的两个支撑板1412，所述纤维磨轮143和金刚砂轮144位于两个支撑板1412之间，这样设置可以为整个纤维磨轮机构14提供良好的支撑。

请参阅图3，本发明提供了一种磨削方法，用于对航空发动机叶片进排气边进行磨削，其中的抓取动作通过六轴机器人11来实现，控制动作和数据处理过程通过控制器来实现，该磨削方法包括步骤S110～步骤S140：

步骤S110，抓取待加工叶片16送至激光测量机构12中进行测量磨削余量分布。

本步骤中，通过所述六轴机器人11抓取待加工叶片16至激光测量机构12中，通过非接触方式在线测量每个待加工叶片16的磨削余量分布。根据磨削余量的不同，可以调节后续磨削时的磨削参数，实现每个待加工叶片16的个性化自适应磨削。

步骤S120，将测量磨削余量后的待加工叶片16压入纤维磨轮机构14的纤维磨轮143中至预设深度进行磨削。

本步骤中，由于纤维磨轮143与硬质砂轮不同，有一定的弹性，在工件的压力下可产生一定的变形，通常能够产生5mm～10mm的变形，所以选用纤维磨轮143进行进排气边磨削。结合纤维磨轮143中不同的磨料粒度，不同的磨削速度，能够产生不同的磨削效果。根据纤维磨轮143的变形程度，所述预设深度的范围为5mm～10mm。

步骤S130，将磨削后的待加工叶片16再次送至激光测量机构12中进行测量、以得到加工后尺寸，并判断加工后尺寸是否在预设尺寸范围内。

步骤S140，若是，则将磨削后的待加工叶片16送至砂带机13中进行抛光。

本步骤中，通过所述六轴机器人11抓着叶片可以在所述砂带机13上进行抛光，可以达到更高的粗糙度要求。

进一步地，在所述判断加工后尺寸是否在预设尺寸范围内的步骤之后，所述磨削方法包括：

若否，则将磨削后的待加工叶片16再次压入纤维磨轮机构14的纤维磨轮143中进行磨削。

需要说明的是，本发明中，六轴机器人11定位精度通常为±0.1mm，由于纤维磨轮143具有弹性，当叶片在磨削时，其压入纤维磨轮143的深度范围为5mm～10mm，且深度的公差为±0.1mm，因此可以抵消六轴机器人11的运动轨迹精度误差。六轴机器人11的运动轨迹精度完全可以满足叶片压入纤维磨轮143的深度的要求，而深度其实对应了所需的叶片压入纤维磨轮143的力，配合其它通过试验得到的磨削参数，即可实现0.01mm级别的高进度磨削精度。

请参阅图4和图5，本发明的实施例提出了一种磨削装置的磨削参数获得方法，该磨削装置用于对航空发动机的叶片进排气边进行磨削，包括六轴机器人11和纤维磨轮机构14，所述纤维磨轮机构14设有具有弹性的纤维磨轮143，该获得方法包括步骤S210～步骤S230：

步骤S210，分析影响叶片进排气边圆角磨削精度的多个磨削参数，并确定了叶片与磨轮的夹角Bt，磨削线速度Vt，叶片压入纤维磨轮的压力Zt，磨削进给速度Ft这四个参数与圆角磨削的精度有关；

步骤S220，通过六轴机器人111抓取叶片压入纤维磨轮143处进行磨削试验，以逐个验证上述四个磨削参数对磨削后的圆角Rt的影响；

步骤S230，通过有限次试验确立上述四个磨削参数与磨削后的圆角Rt之间的关系，以及上述四个磨削参数的选择及确定。

需要说明的是，在磨削试验过程中，当其它参数不变时，叶片与磨轮的夹角Bt对叶片进排气的椭圆形状有影响，若需叶片进排气的椭圆形状不变，则磨削过程中，叶片与磨轮的夹角Bt不能改变。即所述叶片与磨轮的夹角Bt为定值，根据叶片进排气边圆角Rt的变化而改变。

具体的，叶片与磨轮的夹角Bt可以通过磨削试验可以获得，然后可以直接在编制六轴机器人11运动轨迹的程序时使用，它将控制六轴机器人11的关节转动，在磨削时达到预设的角度，即所述叶片与磨轮的夹角Bt通过改变所述六轴机器人11的轨迹来实现。通过控制叶片与磨轮的夹角Bt，磨削线速度Vt，叶片压入纤维磨轮的压力Zt，磨削进给速度Ft四个参数，可实现机器人磨削单元对叶片进排气边圆角Rt的高精度磨削。

进一步地，需要说明的是，在磨削试验过程中，当其它参数不变时，所述磨削线速度Vt对叶片进排气边圆角Rt有影响，若需叶片进排气的椭圆形状不变，则磨削过程中，所述磨削线速度Vt不能改变。即所述磨削线速度Vt为定值，根据叶片进排气边圆角Rt的变化而改变。而所述磨削线速度Vt＝(3.14D*n)/60，其中D为纤维磨轮的直径，n为纤维磨轮的转速，即通过纤维磨轮的转速来改变磨削线速度，具体为通过改变纤维磨轮机构中变频电机的频率改变磨削线速度。

进一步地，需要说明的是，在磨削试验过程中，当其它参数不变时，所述叶片压入纤维磨轮的压力Zt与叶片在纤维磨轮上的压入深度Ht成正比。

具体的，所述叶片压入纤维磨轮的压力Zt与叶片在纤维磨轮上的压入深度Ht之间的比例关系可以通过磨削试验获得。根据测量得到的叶片余量，调整六轴机器人11的轨迹程序，控制叶片在纤维磨轮143上的压入深度Ht，即可对叶片压入纤维磨轮的压力Zt进行控制。

进一步地，相对于其它参数，所述叶片压入纤维磨轮的压力Zt对磨削后的圆角Rt的磨削精度影响最大，即叶片在纤维磨轮上的压入深度Ht对磨削后的圆角Rt的磨削精度影响最大。

进一步地，需要说明的是，在磨削试验过程中，当其它参数不变时，磨削进给速度Ft越慢，叶片进排气边的去除量越大，磨削进给速度Ft越快，叶片进排气边的去除量越小，即所述磨削进给速度Ft与磨削时间成反比。

具体的，所述磨削进给速度Ft与磨削时间之间的比例关系可以通过磨削试验获得。磨削进给速度Ft可直接在编制六轴机器人11的运动轨迹程序时直接写在程序中，就可得到预设的磨削的进给速度。

最后，本发明提供一种航空发动机叶片，该航空发动机的叶片通过上述的磨削装置，或上述的磨削方法，或磨削装置的磨削参数获得方法得到的磨削参数制得。

进一步地，该航空发动机叶片在进行磨削时，纤维磨轮143的磨削速度为30m/s，在进行磨削后，该航空发动机的叶片的进排气边圆角轮廓度的磨削精度在0.01mm之内。

综上，本发明相对于现有技术具有以下优点：

(1)通过具有弹性的纤维磨轮143在压力作用下可变形的特性，可以抵消六轴机器人11的运动轨迹精度误差，来实现叶片的高精度磨削；

(2)通过两个纤维磨轮143的旋转方向不同，在一个装置中实现进叶片排气边的磨削加工；

(3)通过激光测量机构12在线测量掌握代加工叶片的磨削余量，以调整每个代加工叶片16的磨削轨迹，从而实现每个代加工叶片16的高精度、自适应磨削；

(4)通过磨削试验来验证叶片与磨轮的夹角Bt，磨削线速度Vt，叶片压入纤维磨轮的压力Zt，磨削进给速度Ft，这四个参数与磨削后的圆角Rt之间的关系，以便于磨削装置代替手工方式进行磨削加工，以达到较高的磨削精度；

(5)确定了叶片压入纤维磨轮的压力Zt对磨削后的圆角Rt的磨削精度影响最大；

(6)采用本发明磨削装置，或磨削方法，或磨削装置的磨削参数获得方法得到的磨削参数制得的航空发动机的叶片，其进排气边圆角轮廓度的磨削精度在0.01mm之内。

需要明确的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。对于方法的实施例而言，相关之处可参见设备实施例的部分说明。本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不限制于本申请。在不脱离本发明的范围的情况下对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围内。

Claims (10)

1.一种磨削装置的磨削参数获得方法，其特征在于，该磨削装置用于对航空发动机叶片进排气边进行磨削，包括六轴机器人和纤维磨轮机构，所述纤维磨轮机构中设有具有弹性的纤维磨轮，该获得方法包括：

分析影响叶片进排气边圆角磨削精度的多个磨削参数，并确定了叶片与磨轮的夹角Bt，磨削线速度Vt，叶片压入纤维磨轮的压力Zt，磨削进给速度Ft这四个参数与圆角磨削的精度有关；

通过六轴机器人抓取叶片压入纤维磨轮处进行磨削试验，以逐个验证上述四个磨削参数对磨削后的圆角Rt的影响；

通过有限次试验确立上述四个磨削参数与磨削后的圆角Rt之间的关系，以及上述四个磨削参数的选择及确定。

2.根据权利要求1所述的磨削装置的磨削参数获得方法，其特征在于，当其它参数不变时，所述叶片与磨轮的夹角Bt为定值，夹角Bt的数值根据叶片进排气边圆角Rt的变化而改变。

3.根据权利要求2所述的所述的磨削装置的磨削参数获得方法，其特征在于，所述叶片与磨轮的夹角Bt通过改变所述六轴机器人的轨迹来实现。

4.根据权利要求1所述的磨削装置的磨削参数获得方法，其特征在于，当其它参数不变时，所述磨削线速度Vt为定值，根据叶片进排气边圆角Rt的变化而改变。

5.根据权利要求4所述的磨削装置的磨削参数获得方法，其特征在于，所述磨削线速度Vt＝(3.14D*n)/60，其中D为纤维磨轮的直径，n为纤维磨轮的转速。

6.根据权利要求1所述的磨削装置的磨削参数获得方法，其特征在于，当其它参数不变时，所述叶片压入纤维磨轮的压力Zt与叶片在纤维磨轮上的压入深度Ht成正比。。

7.根据权利要求6所述的磨削装置的磨削参数获得方法，其特征在于，所述叶片压入纤维磨轮的压力Zt对磨削后的圆角Rt的磨削精度影响最大，即叶片在纤维磨轮上的压入深度Ht对磨削后的圆角Rt的磨削精度影响最大。

8.根据权利要求1所述的磨削装置的磨削参数获得方法，其特征在于，当其它参数不变时，所述磨削进给速度Ft与磨削时间成反比。

9.一种航空发动机叶片，其特征在于，通过应用权利要求1-8任意一项所述的磨削装置的磨削参数获得方法得到的磨削参数进行磨削制得。

10.根据权利要求9所述的航空发动机叶片，其特征在于，在进行磨削时，纤维磨轮的磨削速度为30m/s，在进行磨削后，磨削后的圆角Rt的磨削精度在0.01mm之内。

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