CN105252381A - 一种绝热层自适性打磨装置及其方法 - Google Patents

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孙贞信
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Abstract

本发明涉及一种固体火箭发动机制造技术，具体涉及一种绝热层自适性打磨装置及其方法，包括机械臂、电机、磨盘、激光扫描仪、位置传感器、计算机控制***，所述机械臂前端安装有所述激光扫描仪，用于扫描绝热层型面生成打磨绝热层的坐标曲线数据，储存在所述计算机控制***中；所述磨盘的头部安装所述位置传感器，打磨时所述位置传感器根据所述坐标曲线数据自动打磨；所述电机同样设置在所述机械臂前端；所述恒扭距电机上安装所述磨盘，用于提供扭矩。本发明使得打磨“量化”，使得绝热层打磨厚度可控，使得不同部位、不同厚度、不同型面的绝热层厚度打磨一致性较高。

Description

一种绝热层自适性打磨装置及其方法
技术领域
本发明涉及一种固体火箭发动机制造技术，具体涉及一种绝热层自适性打磨装置及其方法。
背景技术
发动机绝热层硫化后，由于表面存在脱模剂、弱边界层等原因，其表面能较低，需要对绝热层表面打磨处理，使表面***糙，提高表面能，从而改善绝热层与衬层、推进剂间粘接界面粘接强度。打磨过程中，打磨不到位起不到提高粘接强度作用甚至脱粘，打磨过度绝热层厚度减薄引起绝热层隔热效果不足可能导致发动机解体。
绝热层表面打磨方法主要有分为手工打磨和机械打磨。手工打磨即操作人员手持砂纸、锉等对绝热层打磨。机械打磨即机械打磨人员采用砂盘机、抛光机对绝热层表面打磨。
目前打磨方法主要存在如下弊端：
a)手工打磨：①打磨程度浅；②人员打磨力度控制不一致；③发动机绝热层表面为曲面结构，不易操作，绝热层表面打磨一致性差；④绝热层打磨过程主要靠观察绝热层表面难以全部打磨到位；⑤手工打磨效率低。
b)人员手持打磨机给予绝热层的正压力起伏较大，绝热层打磨后其表面往往出现“鱼鳞状”起伏，若打磨过程中控制不当，极易造成绝热层过打磨致绝热层低于设计厚度要求。同时，人员操作(2000-3000)r/min的砂盘机打磨，存在划伤绝热层或壳体质量隐患。
c)对开口直径在350mm以下或直径在800mm以下的壳体，人员无法进入壳体内对绝热层打磨，只能借助工具在壳体外手工打磨绝热层，绝热层打磨情况无法检查到位。
发明内容
鉴于上述现有技术中所存在的问题，本发明提供一种绝热层自适应打磨装置及其方法，解决不同厚度、不同型面绝热层打磨一致性差的问题，打磨“量化”，使得绝热层打磨厚度可控。
本发明的具体技术方案如下：
一种绝热层自适应打磨装置，包括机械臂、电机、磨盘、激光扫描仪、位置传感器、计算机控制***，所述机械臂前端安装有所述激光扫描仪，用于扫描绝热层型面生成打磨绝热层的坐标曲线数据，储存在所述计算机控制***中；所述磨盘的头部安装所述位置传感器，打磨时所述位置传感器根据所述坐标曲线数据自动打磨；所述电机同样设置在所述机械臂前端；所述恒扭距电机上安装所述磨盘，用于提供扭矩。
可选地，在所述机械臂前端安装小臂和腕部，形成3个自由度的打磨姿态。
可选地，打磨时，所述机械臂沿壳体轴向移动，所述壳体环向转动实现对壳体内表面打磨。
本发明还提供一种绝热层自适性打磨方法，包括步骤：
1)打磨前，所述机械臂沿壳体轴向移动，所述壳体沿环形转动，对所述壳体表面进行激光扫描形成壳体相对所述机械臂的坐标曲线数据，并传回所述计算机控制***；
3)打磨时，所述机械臂按照所生成的坐标曲线数据打磨，并通过计算机控制***实时修正所述位置传感器传回的位置数据，所述磨盘处由所述电机提供扭矩，所述磨盘接触绝热层开始打磨后，绝热层作用于所述磨盘的反作用力大小会引起所述电机扭矩正比变化，而扭矩变化将引起电压信号变化，在计算机控制***中设定扭矩并自动修正传输的电压信号，修正所述电机的输出功率控制打磨扭矩，使打磨过程的正压力保持一致。
可选地，所述激光扫描仪以0.2ms/次速度扫描绝热层型面生成打磨绝热层的坐标曲线数据，储存在计算机控制***中。
可选地，所述计算机控制***每10ms计算核对一次所述磨盘处传回的坐标值，判定所述机械臂是否处于行进状态，若有异常，所述磨盘停止转动，所述机械臂自动退出所述壳体外停止打磨。
可选地，所述计算机控制***以5ms/次自动修正传输的电压信号。
本发明的有益效果为：
1)不同部位、不同厚度、不同型面绝热层打磨厚度减薄量在(0.02-0.03)mm；
2)打磨程度“量化”，便于根据生产或试验的粘界面强度调整绝热层的打磨程度；
3)有自动修正和连锁保护程序，避免绝热层划伤隐患。
附图说明
图1示出了一种绝热层自适性打磨装置的结构示意图，图中所示标记为：1计算机控制***、2位置传感器、3大臂、4小臂、5腕部、6激光扫描仪、7磨盘、8恒扭矩电机、9第一个位置传感器、10第二个位置传感器、11旋转***。
具体实施方式
下面详细介绍本发明的具体实例。
绝热层自动打磨时磨盘与绝热层间保持一定倾角，磨盘施加绝热层一定的正压力实现对绝热层表面的打磨。发动机绝热层内表面不同部位绝热层厚度、型面不同，绝热层表面不是绝对意义的平整。打磨过程，型面及厚度的变化导致磨盘正压力变化，从而影响打磨一致性。针对该问题，开展绝热层打磨自适性研究。
如图1所示，在机械臂前端安装激光扫描仪6，以0.2ms/次速度扫描绝热层型面生成打磨绝热层的坐标曲线数据，储存在计算机控制***1内编制的计算机程序中。磨盘6处安装两个位置传感器9和10，打磨时位置传感器根据坐标曲线数据自动打磨。在机械臂前端安装小臂4和腕部5，形成3个自由度，保证磨盘6处的姿态准确调整。
磨盘6由恒扭距电机8提供扭矩，磨盘6接触绝热层开始打磨后，绝热层作用于磨盘的反作用力大小会引起恒扭距电机8扭矩正比变化，而扭矩变化将引起电压信号变化，在计算机程序中设定扭矩并以5ms/次自动修正传输的电压信号，使打磨过程的正压力保持一致。
自动打磨过程为机械臂沿轴向移动对环向转动的壳体打磨，磨盘6相对于壳体做螺旋运动。若机械臂速度与壳体环向转动速度不匹配，两个“导程”不能相压，将出现螺旋现象，即两个“导程”间绝热层无法打磨到位。通过调试不同参数打磨壳体内绝热层，绝热层部位打磨的一致性，从而确定匹配的壳体转速和机械臂移动速度。
自动打磨过程中壳体停转或机械臂停止移动，磨盘6在同一位置打磨会造成绝热层过打磨减薄。计算机程序每10ms计算核对一次磨盘6处传回的坐标值，判定机械臂是否处于行进状态，若有异常磨盘停止转动、机械臂自动退出壳体外，停止打磨。壳体转动电机处的电压信号通过转化实时传入计算机由程序自动核对，若有异常磨盘停止转动、机械臂自动退出壳体外停止打磨。
本发明技术在发动机上应用后，绝热层不同部位厚度打磨减薄量均在(0.02-0.03)mm，各部位绝热层表面均打磨出新面。壳体绝热层打磨表面包覆衬层后经X射线探伤无脱粘现象，壳体装推进剂后地面试车成功。

Claims (7)

1.一种绝热层自适应打磨装置，其特征在于：包括机械臂、电机、磨盘、激光扫描仪、位置传感器、计算机控制***，所述机械臂前端安装有所述激光扫描仪，用于扫描绝热层型面生成打磨绝热层的坐标曲线数据，储存在所述计算机控制***中；所述磨盘的头部安装所述位置传感器，打磨时所述位置传感器根据所述坐标曲线数据自动打磨；所述恒扭距电机同样设置在所述机械臂前端；所述电机上安装所述磨盘，用于提供扭矩。
2.根据权利要求1所述的绝热层自适应打磨装置，其特征在于：在所述机械臂前端安装小臂和腕部，形成3个自由度的打磨姿态。
3.根据权利要求1所述的绝热层自适应打磨装置，其特征在于：打磨时，所述机械臂沿壳体轴向移动，所述壳体环向转动。
4.一种根据权利要求1-3任一所述的绝热层自适性打磨装置进行打磨的方法，包括步骤：
1)打磨前，所述机械臂沿壳体轴向移动，所述壳体沿环形转动，对所述壳体表面进行激光扫描形成壳体相对所述机械臂的坐标曲线数据，并传回所述计算机控制***；
3)打磨时，所述机械臂按照所生成的坐标曲线数据打磨，并通过计算机控制***实时修正所述位置传感器传回的位置数据；所述磨盘处由所述电机提供扭矩，所述磨盘接触绝热层开始打磨后，绝热层作用于所述磨盘的反作用力大小会引起所述电机扭矩正比变化，而扭矩变化将引起电压信号变化，在计算机控制***中设定扭矩并自动修正传输的电压信号，修正所述电机的输出功率控制打磨扭矩，使打磨过程的正压力保持一致。
5.根据权利要求4所述的绝热层自适应打磨方法，其特征在于：所述激光扫描仪以0.2ms/次速度扫描绝热层型面生成打磨绝热层的坐标曲线数据，储存在所述计算机控制***中。
6.根据权利要求4所述的绝热层自适应打磨方法，其特征在于：所述计算机控制***每10ms计算核对一次所述磨盘处传回的坐标值，判定所述机械臂是否处于行进状态，若有异常，所述磨盘停止转动，所述机械臂自动退出所述壳体外停止打磨。
7.根据权利要求4所述的绝热层自适应打磨方法，其特征在于：所述计算机控制***以5ms/次自动修正传输的电压信号。
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