CN116787238A - 航空叶片六点定位位姿自适应调整方法及加工机床 - Google Patents

航空叶片六点定位位姿自适应调整方法及加工机床 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种航空叶片六点定位位姿自适应调整方法及加工机床，涉及数控机床加工技术领域，基于航空叶片形状的特点，提出一种激光加工定位的方法，提高航空叶片的加工精度，提高航空叶片的质量。该方法包括：步骤S1、调整叶片吸力面上的两个预设点P1和P2点的位置，使得P1和P2点在XOY平面上的投影的连线与Y轴平行或重合；步骤S2、调整叶片压力面上的两个预设点P3和P4点的位置，使得P3和P4点在YOZ平面上的投影的连线与Y轴平行或重合；步骤S3、调整压力面上靠近叶片尾缘的P5点，使得P5点与理想Z坐标值的差值为0；步骤S4、旋转叶片90°，使得榫头位置在下、叶身位置在上；步骤S5、检测端壁上的预设点P6，检测P6点的实际位置然后在程序中补偿。

Description

航空叶片六点定位位姿自适应调整方法及加工机床
技术领域
本发明涉及数控机床加工技术领域，尤其是涉及一种航空叶片六点定位位姿自适应调整方法及加工机床。
背景技术
随着我国航空航天行业的迅速发展，航空发动机的地位越来越高，因此对航空发动机叶片的制造或修复精度提出了更高要求。激光加工技术因其热量集中、加热冷却快、热影响区小等优点已被广泛用于航空发动机部件的数字化制造与修复。而激光加工定位精度的高低是航空发动机叶片加工精度与修复质量的一大保障。
发明内容
本发明的目的在于提供一种航空叶片六点定位位姿自适应调整方法及加工机床，基于航空叶片形状的特点，提出了一种激光加工定位的方法，以提高航空叶片的加工精度，提高航空叶片的质量。本发明提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。
为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：
本发明提供的一种航空叶片六点定位位姿自适应调整方法，包括以下内容：步骤S1、调整叶片吸力面上的两个预设点P1和P2位置，使得P1和P2点在XOY平面上的投影的连线与Y轴平行或重合，其中，P1点和P2点为从叶尖到叶尾的方向，且榫头位置在后、叶身位置在前；步骤S2、调整叶片压力面上的两个预设点P3和P4点的位置，使得P3和P4点在YOZ平面上的投影的连线与Y轴平行或重合，其中，P3点和P4点为从叶尖到叶尾的方向；步骤S3、调整压力面上靠近叶片尾缘的P5点，使得P5点与预设理想Z坐标值的差值为0；步骤S4、旋转叶片，使得榫头位置在下、叶身位置在上；步骤S5、检测端壁上的预设点P6，计算P6的Z轴坐标以在程序中补偿或调整P6的高度值。
进一步地，所述步骤S1中，具体包括：判断P1和P2点在XOY平面上的投影的连线是否与Y轴平行或重合；若是，则执行步骤S2；若否，则控制则控制工作转台动作，带动叶片转动直至P1和P2点在XOY平面上的投影的连线与Y轴平行或重合。
进一步地，所述步骤S2中，具体包括：通过夹具旋转结构旋转夹具，检测叶片压力面上的两个预设点P3和P4点；判断叶片压力面上的两个预设点P3和P4点在YOZ平面上的投影的连线是否与Y轴平行或重合；若是，则执行步骤S3；若否，则摇篮结构动作带动叶片摆动，直至叶片压力面上的两个预设点P3和P4在YOZ平面上的投影的连线与Y轴平行或重合。
进一步地，所述步骤S3中，具体包括：判断压力面上靠近叶片尾缘的P5点与预设理想Z坐标值的差值是否为0；若是，则执行步骤S4；若否，则旋转夹具旋转结构，使得压力面上靠近叶片尾缘的P5与预设理想Z坐标值的差值为0。
进一步地，所述步骤S5中，判断端壁上的预设点P6与激光器的距离是否在设定范围；若是，则提示叶片位姿调整完毕；若否，则沿高度方向移动激光器，使得预设点P6与激光器的距离在设定范围。
本发明提供一种用以实施所述航空叶片六点定位位姿自适应调整方法的加工机床，包括床身、Y向移动总成、X向移动总成、工作转台、摇篮结构、夹具旋转结构、夹具，Z向移动总成、激光器以及测量头，其中，所述床身上安装有所述Y向移动总成，所述X向移动总成设置在所述Y向移动总成上，所述工作转台设置在所述X向移动总成上，所述摇篮结构设置在所述工作转台上，所述摇篮结构上设置所述夹具旋转结构，所述夹具旋转结构连接所述夹具，所述激光器以及所述测量头设置在所述夹具的上方，所述激光器以及所述测量头通过所述Z向移动总成与所述床身相连接。
进一步地，所述Y向移动总成、所述X向移动总成以及所述Z向移动总成均包括丝杠机构。
进一步地，所述加工机床还包括超声波加载器，所述超声波加载器设置在所述夹具旋转结构上。
本发明优选技术方案至少可以产生如下技术效果：本发明提供了一种航空叶片六点定位位姿自适应调整方法，将航空叶片安装在机床的夹具上，通过标准测量球识别叶片上的P1、P2、P3、P4、P5、P6六个点，并调整六点的位置关系，将航空叶片的实际位置调整至预期位置(即将航空叶片的实际坐标系与预期坐标系相重合)，以提高航空叶片的加工精度，提高航空叶片的质量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中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是根据一示例性实施例示出的航空叶片六点定位位姿自适应调整方法流程图；
图2是航空叶片的示意图；
图3是加工机床的结构示意图；
图4是图3中A处的局部放大图。
图中1、床身；2、Y向移动总成；3、X向移动总成；4、工作转台；5、摇篮结构；6、夹具旋转结构；7、夹具；8、Z向移动总成；9、激光器；10、测量头；11、Z轴立柱；12、叶身；13、端壁；14、榫头；15、吸力面；16、压力面；17、叶片尾缘。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。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的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
参见图2，示意出了现有航空叶片的结构示意图。航空叶片包括叶身12、端壁13以及榫头14。榫头14、端壁13以及叶身12依次相连接。叶身12的两侧分别为吸力面15和压力面16，叶身12与端壁13相连接的一端为叶尾、叶身12远离端壁13的一端称为叶尖，图2中叶身12的右侧称为叶片尾缘。
基于航空叶片形状的特点，本发明提供了一种航空叶片六点定位位姿自适应调整方法，以提高航空叶片的加工精度，提高航空叶片的质量，参见图1，具体方法包括以下内容：
步骤S1、调整叶片吸力面15上的两个预设点P1和P2的位置，使得P1和P2点在XOY平面上的投影的连线与Y轴平行或重合，其中，P1点和P2点为从叶尖到叶尾的方向，且夹固在机床上的叶片，榫头14位置在后、叶身12位置在前；
步骤S2、调整叶片压力面上的两个预设点P3和P4点之间的位置，使得P3和P4点在YOZ平面上的投影的连线与Y轴平行或重合，其中，P3点和P4点为从叶尖到叶尾的方向；
步骤S3、调整压力面上靠近叶片尾缘的P5点，使得P5与预设理想Z坐标值的差值为0；
步骤S4、旋转叶片(优选90°)，使得榫头14位置在下、叶身12位置在上；
步骤S5、检测端壁上的预设点P6，计算P6的Z轴坐标以在程序中补偿或调整P6的高度值。
参见图2，示意出了P1、P2、P3、P4、P5、P6六个点。将航空叶片安装在机床的夹具上，通过测量头10(测量球)精准定位叶片上的P1、P2、P3、P4、P5、P6六个点，并调整六点的位置关系，将航空叶片的实际位置调整至预期位置(即将航空叶片的实际坐标系与预期坐标系相重合)。
在采用本发明提供的调整方法时，首先将航空叶片夹固在激光加工机床上，并调整夹具的至预定位位置，且使得榫头14位置在后、叶身12位置在前，可参见图4。
步骤S1中，具体包括：判断P1和P2点在XOY平面上的投影的连线是否与Y轴平行或重合；若是，则执行步骤S2；若否，则控制工作转台4动作，带动叶片转动直至P1和P2点在XOY平面上的投影的连线与Y轴平行或重合。
预设点P1和P2点为远离叶片尾缘17的两个点，且P1点和P2点为从叶尖到叶尾的方向。关于XYZ方向，定义沿左右的水平方向为X方向，沿前后的水平方向为Y方向，上下的竖直方向为Z方向。
步骤S2中，具体包括：通过夹具旋转结构旋转夹具，检测叶片压力面上的两个预设点P3和P4点；判断叶片压力面上的两个预设点P3和P4点在YOZ平面上的投影的连线是否与Y轴平行或重合；若是，则执行步骤S3；若否，则摇篮结构5动作带动叶片摆动，直至叶片压力面上的两个预设点P3和P4在YOZ平面上的投影的连线与Y轴平行或重合。
预设点P3和P4点在压力面16侧，为远离叶片尾缘17的两个点，且P3点和P4点为从叶尖到叶尾的方向。
步骤S3中，具体包括：判断压力面上靠近叶片尾缘的P5与预设理想Z坐标值的差值是否为0；若是，则执行步骤S4；若否，则旋转夹具旋转结构，使得压力面上靠近叶片尾缘的P5与预设理想Z坐标值的差值为0。
测量球能直接测出P5点的Z向坐标，如果与理想坐标对比有差值，就旋转夹具旋转结构，调整P5点的Z向坐标，直至与理想Z坐标值的差值为零。
步骤S5中，具体包括：检测端壁上的预设点P6，计算P6的Z轴坐标。通过探测球测量实际P6点与零点的距离，高了就是测量为正值，低了同理测量就为负值，都需要在程序中补偿进去。
关于步骤S5中，具体也可以如下：判断端壁13上的预设点P6与激光器9的距离是否在设定范围；若是，则提示叶片位姿调整完毕；若否，则沿高度方向移动激光器9，使得预设点P6与激光器9的距离在设定范围。
参见图3，一种用以实施上述航空叶片六点定位位姿自适应调整方法的加工机床，包括床身1、Y向移动总成2、X向移动总成3、工作转台4、摇篮结构5、夹具旋转结构6、夹具7，Z向移动总成8、激光器9以及测量头10，其中，床身1上安装有Y向移动总成2，X向移动总成3设置在Y向移动总成2上，工作转台4设置在X向移动总成3上，摇篮结构5设置在工作转台4上，摇篮结构5上设置夹具旋转结构6，夹具旋转结构6连接夹具7，激光器9以及测量头10设置在夹具7的上方，激光器9以及测量头10通过Z向移动总成8与床身1相连接。
Y向移动总成2、X向移动总成3以及Z向移动总成8结构原理相同，均包括丝杠机构，且均为现有技术。以Y向移动总成2为例，具体说明如下：参见图3，Y向移动总成2包括驱动电机、丝杠机构以及滑轨结构，驱动电机与丝杠机构的丝杆相连接(丝杠机构的丝杆的延伸方向为Y方向)，丝杠机构的滑块与滑轨结构的滑块相连接，丝杠机构的滑块与X向移动总成3(X向移动总成3的支撑台)相连接，当驱动电机动作时，可带动X向移动总成3沿Y方向移动。
同理，X向移动总成3可带动工作转台4沿X方向移动。X方向与Y方向相垂直。Z向移动总成8可带动激光器9以及测量头10沿高度方向移动。
关于工作转台4，可以带动摇篮结构5沿水平方向转动，工作转台4可采用现有技术；摇篮结构5可带动夹具旋转结构6以及夹具7摆动，摇篮结构5可采用现有技术；关于夹具旋转结构6，可带动夹具7以及夹具7上的叶片转动，可采用现有技术。
加工机床还包括超声波加载器，超声波加载器设置在夹具旋转结构7上。超声加载器实现超声振动辅助磨削加工提升加工质量。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有说明，″多个″的含义是两个或两个以上；术语″上″、″下″、″左″、″右″、″内″、″外″、″前端″、″后端″、″头部″、″尾部″等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语″第一″、″第二″、″第三″等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语″安装″、″相连″、″连接″应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”或“一个示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种航空叶片六点定位位姿自适应调整方法，其特征在于，包括以下内容：
步骤S1、调整叶片吸力面上的两个预设点P1和P2点的位置，使得P1和P2点在XOY平面上的投影的连线与Y轴平行或重合，其中，P1点和P2点为从叶尖到叶尾的方向，且榫头位置在后、叶身位置在前；
步骤S2、调整叶片压力面上的两个预设点P3和P4点的位置，使得P3和P4点在YOZ平面上的投影的连线与Y轴平行或重合，其中，P3点和P4点为从叶尖到叶尾的方向；
步骤S3、调整压力面上靠近叶片尾缘的P5点，使得P5点与预设理想Z坐标值的差值为0；
步骤S4、旋转叶片，使得榫头位置在下、叶身位置在上；
步骤S5、检测端壁上的预设点P6，计算P6的Z轴坐标以在程序中补偿或调整P6的高度值。
2.根据权利要求1所述的航空叶片六点定位位姿自适应调整方法，其特征在于，所述步骤S1中，具体包括：
判断P1和P2点在XOY平面上的投影的连线是否与Y轴平行或重合；
若是，则执行步骤S2；
若否，则控制工作转台动作，带动叶片转动直至P1和P2点在XOY平面上的投影的连线与Y轴平行或重合。
3.根据权利要求1所述的航空叶片六点定位位姿自适应调整方法，其特征在于，所述步骤S2中，具体包括：
通过夹具旋转结构旋转夹具，检测叶片压力面上的两个预设点P3和P4点；
判断叶片压力面上的两个预设点P3和P4点在YOZ平面上的投影的连线是否与Y轴平行或重合；
若是，则执行步骤S3；
若否，则摇篮结构动作带动叶片摆动，直至叶片压力面上的两个预设点P3和P4在YOZ平面上的投影的连线与Y轴平行或重合。
4.根据权利要求1所述的航空叶片六点定位位姿自适应调整方法，其特征在于，所述步骤S3中，具体包括：
判断压力面上靠近叶片尾缘的P5点与预设理想Z坐标值的差值是否为0；
若是，则执行步骤S4；
若否，则旋转夹具旋转结构，使得压力面上靠近叶片尾缘的P5与预设理想Z坐标值的差值为0。
5.根据权利要求1所述的航空叶片六点定位位姿自适应调整方法，其特征在于，所述步骤S5中，
判断端壁上的预设点P6与激光器的距离是否在设定范围；
若是，则提示叶片位姿调整完毕；
若否，则沿高度方向移动激光器，使得预设点P6与激光器的距离在设定范围。
6.一种用以实施权利要求1-5中任一项所述航空叶片六点定位位姿自适应调整方法的加工机床，其特征在于，包括床身、Y向移动总成、X向移动总成、工作转台、摇篮结构、夹具旋转结构、夹具，Z向移动总成、激光器以及测量头，其中，
所述床身上安装有所述Y向移动总成，所述X向移动总成设置在所述Y向移动总成上，所述工作转台设置在所述X向移动总成上，所述摇篮结构设置在所述工作转台上，所述摇篮结构上设置所述夹具旋转结构，所述夹具旋转结构连接所述夹具，所述激光器以及所述测量头设置在所述夹具的上方，所述激光器以及所述测量头通过所述Z向移动总成与所述床身相连接。
7.根据权利要求6所述的加工机床，其特征在于，所述Y向移动总成、所述X向移动总成以及所述Z向移动总成均包括丝杠机构。
8.根据权利要求6所述的加工机床，其特征在于，所述加工机床还包括超声波加载器，所述超声波加载器设置在所述夹具旋转结构上。
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