CN106217188A - 叶片磨削测量一体化机床及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种集叶片磨削和测量功能一体的加工机床及其实现方法，主要解决其叶片加工过程中多次装夹导致装夹应力释放变形、加工基准漂移和人工修磨带来的加工精度不稳定和低效率等问题。本机床主要包括床身底座、加工立柱机构、测量立柱机构、转台、十字滑板机构、主轴支撑座机构和测头等组成，加工立柱机构上设置有实现摆动的磨削主轴和轮形磨具，通过逐行往复的轨迹规划方式进行叶片型面加工，在测量立柱机构上设置有测头，并采用扫描式方式对各段叶片截面参数实施快速测量。本发明结构设计巧妙，磨削和测量工艺组合灵活，通用性强，磨削精度佳，批产一致性好，大大降低了生产成本，具有较好的实用和推广价值。
Description
技术领域
本发明属于机械制造领域，涉及的是复杂叶片零件的磨削和测量复合功能的数控装备，具体的说，是涉及一种采用坐标测量头对叶片型面进行检测并同时集成轮形磨具进行磨削实现叶片型面的高精度批量化加工的一体化复合加工机床及其实现方法。
背景技术
叶片作为航空发动机、汽轮机、燃气轮机等动力装置的重要核心零件，其加工精度和表面质量对这些动力装置的工作效率和可靠性关系密切。因此研究叶片的高效率、高精度和高可靠性的精密加工技术及方法有着重大意义和应用价值，目前国内外目前叶片的精密加工技术主要采用以下方法：
1)主要采用手工进行打磨处理，通过操作工人灵活地手持叶片在砂轮机或者砂带机等打磨装置上将铣削或者锻造叶片多余材料打磨，通过样板或者卡具不断检测，再反复修正至最终要求的型面；
2)采用工业机器人夹持叶片工件在砂轮机或者砂带机上对叶片进行打磨至最终的型面；
3)采用专用数控磨床进行叶片的磨抛加工，取下叶片再搬运到三坐标测量机上进行检测。
上述叶片加工方法的主要问题是：
1.手工方式打磨叶片对工人技术要求较高、其劳动负荷大，较难保持稳定地去除材料余量加工，另外手工打磨粉尘污染严重，无论在尺寸精度和表面质量上都不能直接达到相关技术要求，需要工人采用样板进行反复对比和不断修正打磨手感，很难实现批量化高精度叶片生产需求；
2.工业机器人因自身的重复定位精度限制夹持叶片很难实现较高精度的测量，导致后续修正打磨质量不稳定，直接影响叶片生产效率。
3.在专用数控磨床上进行叶片材料去除加工由于需将叶片脱机到三坐标机上进行离线检测，由于涉及装夹应力释放产生的变形、二次装夹基准不一致、二次编程为防止过切采取的保守工艺等诸多技术问题困扰，导致目前高精度叶片加工效率低下，批量生产质量波动较大；
发明内容
本发明的目的在于克服上述缺陷，设计一种可实现对高精度叶片加工的集成磨削和叶片型面坐标在位检测功能复合的一体化加工***及其实现方法。
为了实现本发明的目的，本发明采用的技术方案如下：
叶片磨削测量一体化机床及方法，主要包括在床身底座(10)上固定用于实现叶片型面坐标检测的测量立柱机构(3)和实现叶片磨削的加工立柱机构(12)，并且在床身底座台面的中央部位设置有十字滑板机构(31)驱动装夹有叶片工件(7)的转台(8)进行X和Y向的直线运动，同时安装在十字滑板机构(31)上的转台(8)还能驱动实现叶片工件实现连续360°回转运动，在加工立柱机构上设置有Z向立柱滑板(13)，Z向立柱滑板上固定有主轴支撑座机构(10)，在主轴支持座机构上设置摆动轴(14)，并通过与主轴电机(15)固接，主轴电机一端安装有轮形磨具(9)，在测量立柱机构上的横柱(1)一端设置有进行三坐标测量的测头(6)，在床身底座设置有调平用的垫铁(21)。
所述第测量立柱机构包括横柱(1)、Z1向导轨(2)、Z1向伺服电机(4)、Z1向丝杆(13)和测头(6)构成，横柱(1)设置测量立柱机构的Z1向导轨(2)上，通过Z1向伺服电机(4)驱动Z1向丝杆(13)带动横柱和测头一起沿着Z1向导轨实现上下运动。
所述的加工立柱机构包括Z向立柱滑板(13)，A向导轨(14)，Z向丝杆(17)，Z向导轨(18)，丝杆支座(19)组成，Z向立柱滑板设置在加工立柱机构的A向导轨上，通过Z向伺服电机(11)驱动Z向丝杆(17)带动Z向立柱滑板和主轴支撑座机构一起沿着Z向导轨实现上下运动。
所述的主轴支撑座机构包括摆动电机(14)，主轴电机(15)，摆动轴(16)和轮形砂轮(9)组成，主轴电机(15)固定在摆动轴(16)的中部，摆动轴安装在主轴支撑的双耳式结构之间，摆动电机(14)驱动摆动轴带动主轴电机实现摆动运动，在主轴电机工作端面设置有轮形磨具，通过主轴电机驱动轮形磨削高速旋转并与叶片切触从而实现叶片多余的材料的高效加工去除。
所述的十字滑板机构包括X向伺服电机(22)，X向导轨(23)，Y向伺服电机(24)，Y向导轨(25)，第一滑板(26),第二滑板(27),Y向丝杆(28)，Y向丝杆支座(29)，X向丝杆(30)，伺服电机(22)驱动X向丝杆(30)带动第二滑板(27)实现X向的直线运动，伺服电机(24)驱动Y向丝杆(28)带动第一滑板(26)实现Y向的直线运动。
所述的磨削方法包括通过对叶片型面待加工区域的CAD模型进行数字化离散，并按照逐行加工方式实现区域的轨迹遍历规划和磨具的进、退刀等工艺参数的设置，再将上位机生成的数控磨削程序传输给数控***驱动相关伺服电机实施磨削轨迹控制。
所述的测量方法包括对叶片型面待测区域的CAD模型数据按照叶身分层进行截面化离散和测头的进、退刀设置，并通过测头按照环绕扫描的方式逐个截面地对待测区域实施坐标数据采样及分析处理，再对采样数据生成分析报告或实物重构CAD模型传输给上位机进行数控修磨程序生成，最终实现高效率、高精度的叶片测量和磨削一体化闭环加工。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)本发明采用在一台设备上集成数控磨削和坐标测量方式实现的一体化理念下的叶片精密制造，与单独采用专用数控磨床和专用三坐标测量设备相比，避免了叶片多次装夹导致叶片变形等诸多技术问题，大大提高了批量化叶片制造质量水平；
(2)本发明采用在床身工作台上设置测量立柱的高刚性和稳定性结构特点实现了的叶片高精度自动化测量，避免了采用工业机器人自身较低精度、弱刚性结构对精度测量带来的诸多问题的不确定性，大大提高了叶片测量效率和精度；
(3)本发明采用在位测量方法通过对叶片型面快速测量后并通过修磨程序自动生成最终实现超差叶片的闭环修磨，克服了采用人工结合样板进行低效率反复修磨的传统技术方式造成质量波动大的问题，不仅提高了叶片修磨过程的加工效率和质量，而且较好地降低了叶片精加工报废率。
附图说明
图1为本发明的主视图。
图2为本发明的俯视图。
图3为本发明的A-A向局部视图。
图4为本发明的十字滑板机构在床身底座上布置示意图。
图5为本发明的叶片磨削轨迹规划方法示意图。
图6为本发明的叶片磨削轨迹规划方法的技术示范性实施例示意图。
图7为本发明的叶片测量轨迹规划方法的示意图。
图8为本发明的叶片测量轨迹规划方法的技术示范性实施例示意图。
其中，附图标记所对应的名称：1-横柱，2-Z1向导轨，3-测量立柱机构，4-Z1向伺服电机，5-Z1向丝杆，6-测头，7-叶片工件，8-转台，9-轮式磨具，10-主轴支撑座机构，11-Z向伺服电机，12-加工立柱机构，13-Z向立柱滑板，14-摆动电机，15-主轴电机，16-摆动轴，17-Z向丝杆，18-Z向导轨，19-丝杆支座，20-床身底座，21-垫铁，22-X向伺服电机，23-X向导轨，24-Y向伺服电机，25-Y向导轨，26-第一滑板,27-第二滑板,28-Y向丝杆，29-Y向丝杆支座，30-X向丝杆,31-十字滑板机构。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。
如图1、图2、图3所示，为本发明叶片磨削测量一体化机床结构的一个优选实例的主视、俯视和A-A向视图。其主要包括在床身底座(10)上安装用于实实现检测的测量立柱机构(3)和实施磨削的加工立柱机构(12)，设置在床身底座台面中央的十字滑板机构(31)驱动装夹有叶片工件(7)的转台(8)进行运动，安装在十字滑板机构(31)上的转台(8)驱动实现叶片工件实现连续360°回转运动，在加工立柱机构上设置有Z向立柱滑板(13)，Z向立柱滑板固定有双耳结构的主轴支撑座机构(10)，设置有A向伺服电机(14)驱动的摆动轴(14)，通过与主轴电机(15)固接，带动主轴电机产生摆动运动，主轴电机一端安装有轮形磨具(9)，用于实现叶片磨削加工，在测量立柱机构上的横柱(44)一端设置有进行三坐标测量的测头(6)，用于实现叶片的在位测量。
如图4所示，为本发明的十字滑板机构在床身底座上布置示意图。主要包括X向伺服电机(22)，X向导轨(23)，Y向伺服电机(24)，Y向导轨(25)，第一滑板(26),第二滑板(27),Y向丝杆(28)，Y向丝杆支座(29)，X向丝杆(30)，伺服电机(22)驱动X向丝杆(30)带动第二滑板(27)实现X向的直线运动，伺服电机(24)驱动Y向丝杆(28)带动第一滑板(26)实现Y向的直线运动，从而实现叶片工件的二维平面运动。
如图5所示，为本发明的叶片磨削轨迹规划方法示意图。主要是对叶片型面加工区域的CAD模型数据进行数字化离散，按照行切的方式实现区域遍历规划和磨具的进、退刀设置，最终生成加工程序通过数控***驱动相关伺服电机实施磨削轨迹控制。
如图6所示，为本发明的叶片磨削轨迹规划方法的技术示范性实施例示意图。主要是显示叶片磨削过程轮形磨具与叶片切触姿态及整机***各运动组件的位置情况。
图7所示，为本发明的叶片测量轨迹规划方法的示意图。主要是对叶片型面待测区域的CAD模型数据按照叶身分层进行截面化离散和测头的进、退刀设置，并通过测头按照完整环绕扫描的方式逐个截面对待测叶片进行各坐标数据的实时采样，最终对采样数据生成分析报告或实物重构CAD模型传输给上位机进行数控修磨程序生成。
图8所示，为本发明的叶片测量轨迹规划方法的技术示范性实施例示意图。主要是显示叶片在位扫描测量过程测头与叶片接触姿态及整机***各运动组件的位置情况。
按照上述实施例，便可较佳地实现本发明。值得说明的是，基于上述设计原理的前提下，为解决同样的技术问题，即使在本发明所公开的结构基础上做出的一些无实质性的改动或润色，所采用的技术方案的实质仍然与本发明一样，故其也应当在本发明的保护范围内。
Claims (7)
1.叶片磨削测量一体化机床及方法，其特征在于：包括在床身底座(10)上固定用于实现坐标检测的测量立柱机构(3)和实现磨削的加工立柱机构(12)，设置在床身底座台面中央的十字滑板机构(31)驱动装夹有叶片工件(7)的转台(8)实现直线运动，另外安装在十字滑板机构(31)上的转台(8)自身驱动实现叶片工件实现连续360°回转运动，在加工立柱机构上设置有Z向立柱滑板(13)，Z向立柱滑板上固定有主轴支撑座机构(10)，在主轴支持座机构上设置摆动轴(14)，并通过与主轴电机(15)固接，主轴电机一端安装有轮形磨具(9)，在测量立柱机构上的横柱(1)一端设置有进行三坐标测量的测头(6)。
2.根据权利要求1所述的叶片磨削测量一体化机床，其特征在于：所述测量立柱机构包括横柱(1)、Z1向导轨(2)、Z1向伺服电机(4)、Z1向丝杆(13)和测头(6)构成，横柱(1)设置测量立柱机构的Z1向导轨(2)上，通过Z1向伺服电机(4)驱动Z1向丝杆(13)带动横柱沿着Z1向导轨实现上下运动。
3.根据权利要求1所述的叶片磨削测量一体化机床，其特征在于：所述的加工立柱机构包括Z向立柱滑板(13)，A向导轨(14)，Z向丝杆(17)，Z向导轨(18)，丝杆支座(19)组成，Z向立柱滑板设置在加工立柱机构的A向导轨上，通过Z向伺服电机(11)驱动Z向丝杆(17)带动Z向立柱滑板沿着Z向导轨实现上下运动。
4.根据权利要求1所述的叶片磨削测量一体化机床，其特征在于：所述的主轴支撑座机构包括摆动电机(14)，主轴电机(15)，摆 动轴(16)和轮形砂轮(9)组成，主轴电机(15)固定在摆动轴(16)的中部，摆动轴安装在主轴支撑的双耳式结构之间，摆动电机(14)驱动摆动轴带动主轴电机实现摆动运动，在主轴电机工作端面设置有轮形磨具。
5.根据权利要求1所述的叶片磨削测量一体化机床，其特征在于：所述的十字滑板机构包括X向伺服电机(22)，X向导轨(23)，Y向伺服电机(24)，Y向导轨(25)，第一滑板(26),第二滑板(27),Y向丝杆(28)，Y向丝杆支座(29)，X向丝杆(30)，伺服电机(22)驱动X向丝杆(30)带动第二滑板(27)实现一个方向的直线运动，伺服电机(24)驱动Y向丝杆(28)带动第一滑板(26)实现与前述方向正交的另一个直线运动。
6.根据权利要求1所述的叶片磨削测量一体化机床的实现方法，其特征在于：所述的磨削方法包括通过对叶片型面待加工区域的CAD模型数据进行数字化离散，按照逐行加工方式实现区域遍历规划和磨具的进、退刀设置，最终生成加工程序通过数控***驱动相关伺服电机实施磨削轨迹控制。
7.根据权利要求1所述的叶片磨削测量一体化机床的在机测量实现方法，其特征在于：所述的在机测量方法包括对叶片型面待测区域的CAD模型数据按照叶身分层进行截面化离散和测头的进、退刀设置，并通过测头按照环绕扫描的方式逐个截面地对待测区域实施坐标数据采样及分析处理。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |