背景技术
航空发动机被誉为现代工业“皇冠上的明珠”,其制造水平代表着一个国家的科技、工业和国防实力;涡轮叶片作为航空发动机燃烧室的核心部件,服役于高温高压的恶劣工况中,涡轮叶片的加工质量直接影响着航空发动机的性能。
对于涡轮叶片气膜孔的加工,现有的电火花或者长脉冲激光的加工方法存在重铸层、微裂纹和再结晶等缺陷,无法满足航空发动机叶片对极致表面完整性的制造需求。
飞秒激光精密加工技术具有热效应小、加工精度高、材料适用性广等特点,为解决上述问题提供了有效途径,目前,人们已通过飞秒激光精密加工技术,实现了涡轮叶片气膜孔超精密低损伤的加工,并在航空领域中取得广泛应用。
涡轮叶片的表面形状不规则,难以直接定位在飞秒激光设备的工作台上,因此,在进行飞秒激光精密加工时,通常需要先将涡轮叶片夹持在夹具上,再将夹具放置到飞秒激光设备的工作台上。
请参阅图3-图5,该夹具5包括固定夹台51、移动夹台52、锁紧杆53以及托盘54;固定夹台51和移动夹台52的上部均为与涡轮叶片9形状匹配的夹持部;固定夹台51固定在托盘54上,固定夹台51下部开设有导向口511和螺纹孔512;移动夹台52下部形成与固定夹台51之导向口511匹配的导向部521,该导向部521插入导向口511并能够在导向口511中滑动;锁紧杆53的本体设有螺纹部531,锁紧杆53上径向延伸形成凸起部532,锁紧杆53的一端形成动作部533,该动作部533为六角形,能够与外六角螺丝刀或者扳手配合;移动夹台52上开设有与锁紧杆53的凸起部532匹配的卡槽522,锁紧杆53的凸起部532能够卡入该卡槽522中,锁紧杆53的螺纹部531从卡槽522一侧穿出并指向固定夹台51直至与固定夹台51的螺纹孔512螺合,锁紧杆53的动作部533则从卡槽522另一侧穿出并指向移动夹台52外侧;由于锁紧杆53的螺纹部531与固定夹台51的螺纹孔512螺合,使用工具旋动动作部533时,凸起部532将沿靠近或远离固定夹台51的方向平动,进而带动移动夹台52沿靠近或远离固定夹台51的方向平动,从而夹紧或松开位于固定夹台51和移动夹台52的夹持部之间的涡轮叶片9。
上述的夹具在使用过程中,往往需要人工装夹,具体来说,工作人员需要将涡轮叶片放置于固定夹台和移动夹台的夹持部之间,然后使用外六角螺丝刀或者扳手旋动锁紧杆的动作部,使移动夹台靠近固定夹台从而夹紧涡轮叶片,在卸夹时,工作人员还需要使用外六角螺丝刀或者扳手反向旋动锁紧杆的动作部,使移动夹台远离固定夹台从而卸夹涡轮叶片,并且将涡轮叶片取下。
上述的涡轮叶片夹具的使用高度依赖人工,存在效率低、人为干预多、易出错、无法全尺寸无损自动化上料等问题,无法满足批量化生产需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种自动上下料及装卸夹平台,能够自动化完成待加工产品的上下料和装卸夹,提升飞秒激光涡轮叶片气膜孔加工效率及量产能力。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:一种自动上下料及装卸夹平台,包括机器人、料盘、夹具、夹具旋转台以及夹具锁紧机构;所述料盘用于放置待加工产品;所述夹具包括固定夹台、移动夹台、锁紧杆以及托盘;所述固定夹台开设有导向口和螺纹孔,所述固定夹台固定在所述托盘上;所述移动夹台形成与固定夹台之导向口匹配的导向部,所述导向部插入所述导向口并能够在所述导向口中滑动;所述锁紧杆的本体设有螺纹部,所述锁紧杆上径向延伸形成凸起部,所述锁紧杆的一端形成动作部;所述移动夹台上开设有与所述锁紧杆的凸起部匹配的卡槽,所述锁紧杆的凸起部卡入所述卡槽中,所述锁紧杆的螺纹部从所述卡槽一侧穿出并指向所述固定夹台直至与所述固定夹台的螺纹孔螺合,所述锁紧杆的动作部从所述卡槽另一侧穿出并指向所述移动夹台外侧;旋动所述动作部时,能够带动所述移动夹台沿靠近或远离所述固定夹台的方向平动;所述夹具旋转台包括气动卡盘和旋转台电机;所述气动卡盘能够夹持所述夹具,所述旋转台电机连动所述气动卡盘旋转;所述夹具锁紧机构包括电动螺丝刀和进给位移台;所述电动螺丝刀的刀头与所述锁紧杆的动作部匹配,所述进给位移台连动所述电动螺丝刀沿靠近或远离所述夹具的方向平动;所述机器人用于将所述料盘上的待加工产品搬运至夹持在所述气动卡盘上的夹具。
上述技术方案中,该种自动上下料及装卸夹平台还包括搬运夹爪,所述搬运夹爪包括夹指和夹头;所述夹指固定在所述机器人的手部,所述夹头固定在所述夹指的动作部。
上述技术方案中,所述夹指为气动夹指。
上述技术方案中,所述夹具的托盘之底部延伸出定位杆,所述定位杆能够插入所述气动卡盘的通孔中并被所述气动卡盘的卡爪所夹持。
上述技术方案中,所述夹具锁紧机构还包括横向位移台,所述横向位移台连动所述电动螺丝刀沿着与所述进给位移台垂直的方向平动。
上述技术方案中,所述电动螺丝刀包括螺丝刀电机、过渡轴、弹簧以及刀头;所述过渡轴的其中一端与所述螺丝刀电机的转轴传动连接,所述过渡轴的另一端沿其轴向开设有容置槽,所述刀头穿入所述容置槽,所述刀头能够随所述过渡轴旋转并且在所述容置槽中滑动;所述弹簧容置在所述容置槽中,所述弹簧的两端分别抵住所述刀头和所述容置槽的槽底。
上述技术方案中,所述刀头的外表面形成键,所述容置槽内设有键槽,所述刀头的键与所述容置槽内的键槽配合。
上述技术方案中,所述电动螺丝刀还包括轴承座和轴承,所述过渡轴通过所述轴承支撑在所述轴承座中。
上述技术方案中,所述电动螺丝刀还包括端盖,所述端盖套设在所述过渡轴上并压住所述刀头。
上述技术方案中,所述旋转台电机为减速电机。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:该种自动上下料及装卸夹平台包括机器人、夹具、以及夹具锁紧机构,夹具锁紧机构用于锁紧夹具,使夹具能够夹持住待加工产品,机器人用于将料盘上的待加工产品搬运至夹持在气动卡盘上的夹具;其能够自动化完成待加工产品的上下料和装卸夹,方便机器人取放待加工产品,提升飞秒激光涡轮叶片气膜孔加工效率及量产能力,满足涡轮叶片自定位、自加工和自检测的全流程闭环制造需求,大幅提升涡轮叶片气膜孔加工效率及良品率,最终实现多型号、大批量、实现无人化生产。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
一种自动上下料及装卸夹平台,用于自动化实现待加工产品在夹具上的自动上下料及装卸夹过程,本实施例中,待加工产品为应用在航空发动机上的涡轮叶片9。
请参阅图1,该种自动上下料及装卸夹平台包括机台1、机器人3、料盘2、夹具5、夹具旋转台6、夹具锁紧机构7以及工业相机8。
其中,机台1为该种自动上下料及装卸夹平台提供整体的支撑框架,机台1的台面表面平整。机器人3为工业机器人,优选地,机器人3为五轴工业机器人;机器人3固定在机台1的中部。
请参阅图6,料盘2用于放置待加工产品,其本体为金属盘,料盘2上阵列设置有若干的摆放工位,每个摆放工位上均设有一支撑块21、相互平行的两根限位条22以及并排设置的两根限位柱23;涡轮叶片9放置时,其两侧分别与两根限位条22相抵,其主体由支撑块21支撑并托离料盘2的盘面,其一端抵靠在两根限位柱23上。料盘2直接固定在机台1上,位于机台1的一角。
请参阅图3-图5,夹具5用于夹持涡轮叶片9,其包括固定夹台51、移动夹台52、锁紧杆53以及托盘54;其中,固定夹台51、移动夹台52、锁紧杆53以及托盘54均为金属件,例如铝合金或者不锈钢;托盘54为圆盘形并适于放置或夹持于飞秒激光设备的工作台上;固定夹台51和移动夹台52的上部均为与涡轮叶片9形状匹配的夹持部;固定夹台51通过螺钉或者焊接的方式固定在托盘54上,固定夹台51下部开设有导向口511和螺纹孔512,该导向口511的内腔为方形;移动夹台52下部形成与固定夹台51之导向口511匹配的导向部521,即导向部521呈方形并与导向口511的尺寸匹配,该导向部521插入导向口511并能够在导向口511中滑动,使移动夹台52能够沿靠近或远离固定夹台51的方向平动;锁紧杆53的本体设有螺纹部531,锁紧杆53上径向延伸形成凸起部532,锁紧杆53的一端形成动作部533,本实施例中,该动作部533为六角形,能够与外六角螺丝刀或者扳手配合;移动夹台52上开设有与锁紧杆53的凸起部532匹配的卡槽522,锁紧杆53的凸起部532能够卡入该卡槽522中,锁紧杆53的螺纹部531从卡槽522一侧穿出并指向固定夹台51直至与固定夹台51的螺纹孔512螺合,锁紧杆53的动作部533则从卡槽522另一侧穿出并指向移动夹台52外侧;由于锁紧杆53的螺纹部531与固定夹台51的螺纹孔512螺合,使用工具旋动动作部533时,凸起部532将沿靠近或远离固定夹台51的方向平动,进而带动移动夹台52沿靠近或远离固定夹台51的方向平动,从而夹紧或松开位于固定夹台51和移动夹台52的夹持部之间的涡轮叶片9。
请参阅图7,夹具旋转台6包括气动卡盘61和旋转台电机62,气动卡盘61能够夹持夹具5,旋转台电机62连动气动卡盘61旋转;具体来说,旋转台电机62为减速电机,即旋转台电机62包括电机和减速机,减速机为盘式输出减速机,电机的外壳与减速机的外壳相互固定,且电机的转轴穿入减速机的输入端,减速机通过转盘输出力矩,装配完成后,减速电机的输出端即为减速机的转盘;减速机固定在机台1的台面上,位于机台1的一角,使其转盘面向上方,电机则位于机台1的台面下;气动卡盘61为三爪卡盘,气动卡盘61固定在旋转台电机62的转盘上,使旋转台电机62能够连动气动卡盘61旋转。
进一步地,夹具5的托盘54之底部延伸出定位杆541,该定位杆541大致呈圆柱形,定位杆541与托盘54一体成型;定位杆541能够插入气动卡盘61的通孔中并被气动卡盘61的卡爪所夹持,从而实现托盘54的在夹具旋转台6的固定,且使用定位杆541与气动卡盘61的卡爪配合使气动卡盘61能够更稳固地夹持夹具5。
请参阅图8和图9,夹具锁紧机构7包括电动螺丝刀71和进给位移台72,电动螺丝刀71的刀头714与锁紧杆53的动作部533匹配,进给位移台72连动电动螺丝刀71沿靠近或远离夹具5的方向平动;具体来说,进给位移台72为伺服电机驱动的精密电动滑台;电动螺丝刀71包括螺丝刀电机711、过渡轴712、弹簧713以及刀头714;其中,刀头714为金属制外六角刀头;过渡轴712为圆柱形的金属轴,过渡轴712的其中一端与螺丝刀电机711的转轴传动连接,本实施例中,过渡轴712的该端轴向开设有插孔,螺丝刀电机711的转轴穿入该插孔中并与插孔过盈配合或键连接, 使螺丝刀电机711能够连动过渡轴712旋转;过渡轴712的另一端沿其轴向开设有容置槽,该容置槽为圆柱形的槽,刀头714穿入容置槽,刀头714能够随过渡轴712旋转并且在容置槽中滑动;弹簧713容置在容置槽中,弹簧713的两端分别抵住刀头714和容置槽的槽底,刀头714轴向受力时,向容置槽的内侧滑动,且能够通过弹簧713缓冲,刀头714不再受力时,弹簧713复原并推动刀头714回位,从而使刀头714得到有效的轴向缓冲。
进一步地,刀头714的外表面形成键715,该键715与刀头714一体车削成型,容置槽内设有键槽716,刀头714的键715与容置槽内的键槽716配合,使刀头714能够随过渡轴712旋转且不会打滑。
进一步具体地,电动螺丝刀71还包括轴承座717、轴承718以及底板710,其中,底板710为金属平板,轴承座717为金属座,轴承718穿设并固定在轴承座717中,轴承座717焊接或通过螺钉固定在底板710上;过渡轴712通过轴承718支撑在轴承座717中,即,过渡轴712穿入轴承718并与轴承718内圈过盈配合。
进一步地,电动螺丝刀71还包括端盖719,端盖719套设在过渡轴712上并压住刀头714,具体来说,端盖719套设在过渡轴712上并与过渡轴712过盈配合,端盖719的一端轴向向内延伸出肋环,该肋环压住刀头714的键715,从而将刀头714限位在容置槽中,避免刀头714脱出。
电动螺丝刀71的底板710固定在进给位移台72的滑台上,使进给位移台72能够连动电动螺丝刀71沿靠近或远离夹具5的方向平动,从而使刀头714能够套住夹具5的锁紧杆53之动作部533,进而通过旋转锁紧杆53带动移动夹台52沿靠近或远离固定夹台51的方向平动。
进一步地,夹具锁紧机构7还包括横向位移台73,横向位移台73连动电动螺丝刀71沿着与进给位移台72垂直的方向平动;具体来说,横向位移台73为伺服电机驱动的精密电动滑台;进给位移台72固定在横向位移台73的滑台上,使横向位移台73能够连动横向位移台73和电动螺丝刀71一同沿着与进给位移台72垂直的方向平动;设置横向位移台73使夹具锁紧机构7能够横向平动,从而适用不同规格的夹具5之锁紧杆53的位置。
夹具锁紧机构7固定在机台1上,即,横向位移台73通过螺钉固定在机台1上;夹具锁紧机构7位于夹具旋转台6旁,并且使电动螺丝刀71的刀头714指向夹具旋转台6。
请参阅图2,机器人3用于将料盘2上的待加工产品搬运至夹持在气动卡盘61上的夹具5,具体来说,该种自动上下料及装卸夹平台还包括搬运夹爪4,搬运夹爪4包括夹指41和夹头42,其中,夹指41为气动夹指,夹指41固定在机器人3的手部;进一步具体地,夹指41的气缸部通过螺钉直接固定在机器人3的手部,使夹指41的动作部533指向机器人3的手部之外;夹头42为金属块,夹头42固定在夹指41的动作部533,本实施例中,夹头42设置有两个,两个夹头42分别固定在夹指41的内部动作部533;夹头42的内侧与涡轮叶片9的外轮廓匹配,使夹头42能够夹持住涡轮叶片9。机器人3将搬运夹爪4移动至涡轮叶片9处,使涡轮叶片9位于搬运夹爪4的两个夹头42之间,随后夹指41合拢,使两个夹头42分别从两侧夹住涡轮叶片9,从而使机器人3能够拿取并搬运待加工产品,本实施例中即涡轮叶片9。
进一步地,该种自动上下料及装卸夹平台还包括工业相机8,工业相机8固定在夹具旋转台6上方且其镜头对准夹具旋转台6,使工业相机8能够识别夹具5上的条码或二维码并向主控传输数据,以便主控更好地选取相应的加工工艺,且使主控能够获知夹具5和电动螺丝刀71的方位和朝向。
本发明在上料和装夹时,通过人工或者外部机器人,将涡轮叶片9一一放置在料盘2的摆放工位上,将夹具5放置在气动卡盘61上,气动卡盘61的夹爪夹住夹具5的定位杆541,在工业相机8图像的引导下,旋转台电机62运行带动气动卡盘61和夹具5旋转,使夹具5的锁紧杆53之动作部533与电动螺丝刀71的刀头714相平行,横向位移台73连动进给位移台72和电动螺丝刀71横向平动,使电动螺丝刀71的刀头714对准夹具5的锁紧杆53之动作部533,机器人3将搬运夹爪4移动至料盘2的涡轮叶片9处,使涡轮叶片9位于搬运夹爪4的两个夹头42之间,随后夹指41合拢,使两个夹头42分别从两侧夹住涡轮叶片9,机器人3将夹持有涡轮叶片9的搬运夹爪4移动至气动卡盘61的夹具5上,夹指41分离使夹头42脱开涡轮叶片9,然后机器人3将搬运夹爪4移开,进给位移台72连动电动螺丝刀71向锁紧杆53移动直至电动螺丝刀71的刀头714套在锁紧杆53的动作部533上,螺丝刀电机711运行并驱动刀头714旋转,使锁紧杆53旋转,带动移动夹台52向靠近固定夹台51的方向平动,从而夹紧位于固定夹台51和移动夹台52的夹持部之间的涡轮叶片9,最后,进给位移台72连动电动螺丝刀71远离锁紧杆53直至电动螺丝刀71的刀头714与锁紧杆53的动作部533脱开,气动卡盘61松开夹具5的定位杆541,此时即完成自动化的上料和装夹过程,夹持有涡轮叶片9的夹具5可以通过人工或者外部机器人3移动至后续的工位作进一步加工。
本发明在卸夹和下料时,将夹持有涡轮叶片9的夹具5放置在气动卡盘61上,气动卡盘61的夹爪夹住夹具5的定位杆541,在工业相机8图像的引导下,旋转台电机62运行带动气动卡盘61和夹具5旋转,使夹具5的锁紧杆53之动作部533与电动螺丝刀71的刀头714相平行,横向位移台73连动进给位移台72和电动螺丝刀71横向平动,使电动螺丝刀71的刀头714对准夹具5的锁紧杆53之动作部533,进给位移台72连动电动螺丝刀71向锁紧杆53移动直至电动螺丝刀71的刀头714套在锁紧杆53的动作部533上,螺丝刀电机711反向运行并驱动刀头714反向旋转,使锁紧杆53反向旋转,带动移动夹台52向远离固定夹台51的方向平动,从而松开位于固定夹台51和移动夹台52的夹持部之间的涡轮叶片9,进给位移台72连动电动螺丝刀71远离锁紧杆53直至电动螺丝刀71的刀头714与锁紧杆53的动作部533脱开,机器人3将搬运夹爪4移动至夹具5的涡轮叶片9处,使涡轮叶片9位于搬运夹爪4的两个夹头42之间,随后夹指41合拢,使两个夹头42分别从两侧夹住涡轮叶片9,机器人3将夹持有涡轮叶片9的搬运夹爪4移动至成品区并放下,此时即完成自动化的卸夹和下料过程,气动卡盘61松开夹具5的定位柱后,夹具5亦能移动至别处使用。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。