CN106271977A - 一种用于叶片抛光的柔性机构及抛光方法 - Google Patents

一种用于叶片抛光的柔性机构及抛光方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于叶片抛光的柔性机构，包括刀柄，刀柄上连接有中空圆柱状的内壳体，内壳体的内部设有橡皮囊，橡皮囊的底部设有抛光件，内壳体的侧壁上开设有孔a，橡皮囊的囊口连接在孔a处，内壳体的外部套接有外壳体，外壳体的侧壁上开设有孔b。本发明还公开了利用上述柔性机构进行抛光的方法，解决了目前曲面零件采用人工抛光方式存在的抛光效率低及抛光质量难以保证的问题。

Description

一种用于叶片抛光的柔性机构及抛光方法
技术领域
本发明属于曲面零件的机械加工技术领域，涉及一种用于叶片抛光的柔性机构，还涉及利用上述柔性机构进行抛光的方法。
背景技术
叶片作为航空发动机的心脏，是其动力能源装置的关键部件，为了提高发动机的性能，叶片形状日益趋于复杂，几何尺寸逐渐增大，新型结构不断得到研发，对叶片的关键制造技术提出了更高的要求。而叶片型面为典型的空间自由曲面，对叶片表面质量、型面精度的要求非常高，而抛光加工工艺作为叶片加工成型的最终工艺直接决定了叶片的表面质量，因此对叶片的抛光工艺研究尤为重要。
由于叶片形状复杂且非常薄，为高自由度复杂曲面，且叶片型面尺寸精度要求严格，在抛光过程中容易受力产生变形，影响了叶片的尺寸精度。目前国内对叶片抛光普遍采用人工打磨的方法，该方法效率低下、劳动强度大且质量难以保证，制约着航空事业的发展。因此目前亟需设计一种抛光装置，以便提高叶片等曲面类零件的抛光效率和抛光质量。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于叶片抛光的柔性机构，解决了目前曲面零件采用人工抛光方式存在的抛光效率低及抛光质量难以保证的问题。
本发明的目的还提供利用上述柔性机构进行抛光的方法。
本发明所采用的一种技术方案是，一种用于叶片抛光的柔性机构，包括刀柄，刀柄上连接有中空圆柱状的内壳体，内壳体的内部设有橡皮囊，橡皮囊的底部设有抛光件，内壳体的侧壁上开设有孔a，橡皮囊的囊口连接在孔a处，内壳体的外部套接有外壳体，外壳体的侧壁上开设有孔b。
本发明的第一种技术方案的特点还在于，
其中刀柄为类圆锥状结构，刀柄的锥底端面中心处加工有螺纹孔，内壳体一端的圆周外壁上设有外螺纹，内壳体的一端套接在螺纹孔内并通过螺纹与刀柄连接，橡皮囊的囊口穿套在孔a中并通过铆钉固定在内壳体的侧壁上。
其中外壳体为中空套筒状，外壳体的内部分别同轴设有环状的定位盘a和环状的定位盘b，内壳体套接在定位盘a与定位盘b的中心处，刀柄的锥底所在端套接有轴承a且刀柄的锥底端面恰好顶在定位盘a上，且轴承a的一端端面与定位盘a接触，轴承a的另一端端面与外壳体的一端端面平齐，外壳体的一端端面上连接有挡圈a，挡圈a套接在刀柄上并靠近刀柄的锥底所在端；
其中内壳体的外壁上加工一圈凸台a和一圈凸台b，凸台a与凸台b沿内壳体的中心轴线依次呈阶梯状设置，且凸台a的半径小于凸台b的半径，定位盘b恰好卡在凸台a上，内壳体上还套接有轴承b，轴承b位于凸台a与凸台b之间，轴承b的一端端面与定位盘b接触，轴承b的另一端端面与外壳体的另一端端面平齐，外壳体的另一端端面上连接有挡圈b，挡圈b套接在内壳体上。
其中轴承a和轴承b均为角接触轴承。
其中挡圈a和挡圈b均为环形薄板状零件。
其中挡圈a与外壳体一端的连接处、挡圈b与外壳体另一端的连接处、定位盘a与内壳体的接触处、定位盘b与内壳体的接触处及橡皮囊囊口与内壳体的连接处均设有密封圈。
其中内壳体为一端封闭另一端开口，内壳体的封闭端与刀柄通过螺纹连接，橡皮囊的底部从内壳体的开口端伸出内壳体。
其中抛光件为砂纸。
其中孔a和孔b同轴。
本发明所采用的第二种方案是，一种叶片抛光方法，具体包括以下步骤：
步骤1，将刀柄的锥顶端部与机床主轴连接；
步骤2，将孔b与液压站连通，通过液压站向外壳体与内壳体之间的腔体冲压，然后液压油再通过孔a进入橡皮囊内部对橡皮囊进行冲压；
步骤3，用砂纸将冲压后的橡皮囊底部进行包裹，同时将砂纸的边缘塞入内壳体与橡皮囊之间的间隙，即通过内壳体与橡皮囊之间的间隙将砂纸卡住；
步骤4，启动机床，机床主轴带动刀柄转动，内壳体和橡皮囊随刀柄一起转动，橡皮囊底部的砂纸与叶片接触并对叶片进行抛光，当抛光到叶片表面粗糙度达到Ra0.8μm～Ra1.2μm时，抛光过程结束。
本发明的有益效果是，本发明采用冲压橡皮囊结构对曲面零件进行抛光，整个抛光过程没有刚性力的参与，保证了抛光的柔性；液压在整个抛光过程中保持恒定，使得抛光过程中整个结构稳定；橡皮囊和内壳体的连接保证了结构的位置性。本发明结构简单，安装方便，可以安装在机床上实现数控抛光，实现复杂曲面类零件的柔性抛光。
附图说明
图1是本发明一种用于叶片抛光的柔性机构的结构示意图；
图2是本发明一种用于叶片抛光的柔性机构的剖视图。
图中，1.刀柄，2.挡圈a，3.挡圈b，4.轴承a，5.轴承b，6.外壳体，7.内壳体，8.橡皮囊，9.螺纹孔，10.孔a，11.孔b，12.定位盘a，13.铆钉，14.定位盘b，15.凸台a，16.凸台b，17.凸起，18.凹坑。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种用于叶片抛光的柔性机构，结构如图1、2所示，包括刀柄1，刀柄1上连接有中空圆柱状的内壳体7，内壳体7的内部设有橡皮囊8，橡皮囊8的底部设有抛光件，内壳体7的侧壁上开设有孔a10，橡皮囊8的囊口连接在孔a10处，内壳体7的外部套接有外壳体6，外壳体6的侧壁上开设有孔b11。
刀柄1为类圆锥状结构，刀柄1的锥底端面中心处加工有螺纹孔9，内壳体7一端的圆周外壁上设有外螺纹，内壳体7的一端套接在螺纹孔9内并通过螺纹与刀柄1连接，橡皮囊8的囊口穿套在孔a10中并通过铆钉13固定在内壳体7的侧壁上。
外壳体6为中空套筒状，外壳体6的内部分别同轴设有环状的定位盘a12和环状的定位盘b14(定位盘a12与定位盘b14之间存在空腔)，内壳体7套接在定位盘a12与定位盘b14的中心处，刀柄1的锥底所在端套接有轴承a4且刀柄1的锥底端面恰好顶在定位盘a12上，且轴承a4的一端端面与定位盘a12接触，轴承a4的另一端端面与外壳体6的一端端面平齐，外壳体6的一端端面上连接有挡圈a2，挡圈a2套接在刀柄1上并靠近刀柄1的锥底所在端；
内壳体7的外壁上加工一圈凸台a15和一圈凸台b16，凸台a15与凸台b16沿内壳体7的中心轴线依次呈阶梯状设置，且凸台a15的半径小于凸台b16的半径，定位盘b14恰好卡在凸台a15上，内壳体7上还套接有轴承b5，轴承b5位于凸台a15与凸台b16之间，轴承b5的一端端面与定位盘b14接触，轴承b5的另一端端面与外壳体6的另一端端面平齐，外壳体6的另一端端面上连接有挡圈b3，挡圈b3套接在内壳体7上。
轴承a4和轴承b5均为角接触轴承，轴承a4和轴承b5在本装置中承受自重和抛光的较小轴向力以及高的转速，故轴承a4和轴承b5选用角接触轴承
挡圈a2和挡圈b3均为环形薄板状零件。
挡圈a2与外壳体6一端的连接处、挡圈b3与外壳体6另一端的连接处、定位盘a12与内壳体7的接触处、定位盘b14与内壳体7的接触处及橡皮囊8囊口与内壳体7的连接处均设有密封圈。
挡圈a2与外壳体6一端的连接处、挡圈b3与外壳体6另一端的连接处、定位盘a12与内壳体7的接触处、定位盘b14与内壳体7的接触处安装密封圈，保证了液压腔体内的密封性，橡皮囊8与内壳体7通过铆钉连接，并在橡皮囊8与内壳体7的连接处设置密封圈是为了保证橡皮囊8内的压力和整个结构的气密性。内壳体7为一端封闭另一端开口，内壳体7的封闭端与刀柄1通过螺纹连接，橡皮囊8的底部从内壳体7的开口端伸出内壳体7。
抛光件为砂纸。
孔a10和孔b11同轴。
为了对橡皮囊8进行固定，内壳体7的内壁相对两侧分别设有凸起17和凹坑18，凸起17和凹坑18靠近内壳体7的下端设置且对橡皮囊8施压起定位作用，由于橡皮囊8具有弹性且本身是不成型结构，因此当橡皮囊8内部冲压膨胀时，与内壳体7的内壁结构相适应，内壳体7为上窄下宽状结构，内壳体7底部开有圆形孔。砂纸将橡皮囊8的底部全部包裹且砂纸的边缘被夹在橡皮囊8与内壳体7(开口端)之间的缝隙处，当橡皮囊8内被液压气体充满时，橡皮囊8与内壳体7内壁紧密接触，则砂纸将被夹紧，砂纸、纱布没有被固定死，这样当砂纸被磨坏时方便更换。
本发明一种用于叶片抛光的柔性机构的使用方法为，将刀柄1与机床主轴连接，孔b11连接液压站，当通过液压站经孔b11向本装置内冲压时，外壳体6与内壳体7之间的部分首先形成液压腔体，挡圈a2与外壳体6一端的连接处、挡圈b3与外壳体6另一端的连接处、定位盘a12与内壳体7的接触处、定位盘b14与内壳体7的接触处的密封圈对整个结构的气密性进行保障，橡皮囊8囊口与内壳体7的连接处的密封圈保障了液压油不进入内壳体7和橡皮囊8之间的缝隙，液压油经过内壳体7上的孔a10冲入橡皮囊8，橡皮囊8冲压膨胀，通过内壳体7内壁的凸起17和凹坑18对橡皮囊8起定位作用，此时抛光件被夹在内壳体7与橡皮囊8之间，启动机床对零件进行抛光。在整个抛光过程中，刀柄1、内壳体7和橡皮囊8为转动体，随机床主轴进行转动带动抛光件对零件进行抛光，挡圈a2、挡圈b3和轴承a4、轴承b5以及外壳体6对整个构件起到支撑和定位作用，不随机床主轴转动。本发明结构简单，安装方便，可以实现复杂曲面类零件的柔性抛光。
本发明一种叶片抛光方法，具体包括以下步骤：
步骤1，将刀柄1的锥顶端部与机床主轴连接；
步骤2，将孔b11与液压站连通，通过液压站向外壳体6与内壳体7之间的腔体冲压(冲压时液压站内的液压油会进入外壳体6与内壳体7之间的腔体)，然后液压油再通过孔a10进入橡皮囊8内部对橡皮囊8进行冲压(因为孔a10位于外壳体6的腔体内部，因此孔a10与橡皮囊8的内腔连通，同时橡皮囊8的囊口有固定在孔a10处，因此液压油进入外壳体6的内腔后会进入橡皮囊8内部)；
步骤3，用砂纸将冲压后的橡皮囊8底部进行包裹(此处指代的橡皮囊8的底部指的是当把橡皮囊8塞进内壳体7后，同时向橡皮囊8内加冲入液压油橡皮囊8膨胀，膨胀后的液压囊8鼓起后与内壳体7的内壁紧贴，砂纸将膨胀后的橡皮囊8底部进行包裹)，同时将砂纸的边缘塞入内壳体7与橡皮囊8之间的间隙，即通过内壳体7与橡皮囊8之间的间隙将砂纸卡住；
步骤4，启动机床，机床主轴带动刀柄1转动，内壳体7和橡皮囊8随刀柄1一起转动，橡皮囊8底部的砂纸叶片接触并对叶片进行抛光。当抛光到叶片表面粗糙度达到Ra0.8μm～Ra1.2μm时，抛光过程结束。
其中步骤4中抛光时机床主轴的线速度控制在7m/s～10m/s；
其中步骤3中砂纸选取150目～320目，磨料成份为SiC；
其中步骤2中的冲压压力为1MPa～6MPa。
本发明一种用于叶片抛光的柔性机构的特点为，利用冲压橡皮囊8对叶片(曲面零件)进行抛光，砂纸(抛光耗材)固定简单且可以方便的进行更换；整个抛光过程没有刚性力的参与，保证了抛光的柔性；液压压力在整个抛光过程中保持恒定，使得抛光过程中整个结构的稳定。

Claims (10)

1.一种用于叶片抛光的柔性机构，其特征在于：包括刀柄(1)，刀柄(1)上连接有中空圆柱状的内壳体(7)，内壳体(7)的内部设有橡皮囊(8)，橡皮囊(8)的底部设有抛光件，内壳体(7)的侧壁上开设有孔a(10)，橡皮囊(8)的囊口连接在孔a(10)处，内壳体(7)的外部套接有外壳体(6)，外壳体(6)的侧壁上开设有孔b(11)。
2.根据权利要求1所述的一种用于叶片抛光的柔性机构，其特征在于：所述刀柄(1)为类圆锥状结构，刀柄(1)的锥底端面中心处加工有螺纹孔(9)，内壳体(7)一端的圆周外壁上设有外螺纹，内壳体(7)的一端套接在螺纹孔(9)内并通过螺纹与刀柄(1)连接，橡皮囊(8)的囊口穿套在孔a(10)中并通过铆钉(13)固定在内壳体(7)的侧壁上。
3.根据权利要求2所述的一种用于叶片抛光的柔性机构，其特征在于：所述外壳体(6)为中空套筒状，外壳体(6)的内部分别同轴设有环状的定位盘a(12)和环状的定位盘b(14)，内壳体(7)套接在定位盘a(12)与定位盘b(14)的中心处，所述刀柄(1)的锥底所在端套接有轴承a(4)且刀柄(1)的锥底端面恰好顶在定位盘a(12)上，且轴承a(4)的一端端面与定位盘a(12)接触，轴承a(4)的另一端端面与外壳体(6)的一端端面平齐，外壳体(6)的一端端面上连接有挡圈a(2)，挡圈a(2)套接在刀柄(1)上并靠近刀柄(1)的锥底所在端；
所述内壳体(7)的外壁上加工一圈凸台a(15)和一圈凸台b(16)，凸台a(15)与凸台b(16)沿内壳体(7)的中心轴线依次呈阶梯状设置，且凸台a(15)的半径小于凸台b(16)的半径，定位盘b(14)恰好卡在凸台a(15)上，内壳体(7)上还套接有轴承b(5)，轴承b(5)位于凸台a(15)与凸台b(16)之间，轴承b(5)的一端端面与定位盘b(14)接触，轴承b(5)的另一端端面与外壳体(6)的另一端端面平齐，外壳体(6)的另一端端面上连接有挡圈b(3)，挡圈b(3)套接在内壳体(7)上。
4.根据权利要求3所述的一种用于叶片抛光的柔性机构，其特征在于：所述轴承a(4)和轴承b(5)均为角接触轴承。
5.根据权利要求3所述的一种用于叶片抛光的柔性机构，其特征在于：所述挡圈a(2)和挡圈b(3)均为环形薄板状零件。
6.根据权利要求3所述的一种用于叶片抛光的柔性机构，其特征在于：所述挡圈a(2)与外壳体(6)一端的连接处、挡圈b(3)与外壳体(6)另一端的连接处、定位盘a(12)与内壳体(7)的接触处、定位盘b(14)与内壳体(7)的接触处及橡皮囊(8)囊口与内壳体(7)的连接处均设有密封圈。
7.根据权利要求2所述的一种用于叶片抛光的柔性机构，其特征在于：所述内壳体(7)为一端封闭另一端开口，内壳体(7)的封闭端与刀柄(1)通过螺纹连接，所述橡皮囊(8)的底部从内壳体(7)的开口端伸出内壳体(7)。
8.根据权利要求1所述的一种用于叶片抛光的柔性机构，其特征在于：所述抛光件为砂纸。
9.根据权利要求1所述的一种用于叶片抛光的柔性机构，其特征在于：所述孔a(10)和孔b(11)同轴。
10.一种叶片抛光方法，其特征在于：采用一种用于叶片抛光的柔性机构，包括刀柄(1)，刀柄(1)上连接有中空圆柱状的内壳体(7)，内壳体(7)的内部设有橡皮囊(8)，橡皮囊(8)的底部设有抛光件，内壳体(7)的侧壁上开设有孔a(10)，橡皮囊(8)的囊口连接在孔a(10)处，内壳体(7)的外部套接有外壳体(6)，外壳体(6)的侧壁上开设有孔b(11)；
具体按照以下步骤实施：
步骤1，将刀柄(1)的锥顶端部与机床主轴连接；
步骤2，将孔b(11)与液压站连通，通过液压站向外壳体(6)与内壳体(7)之间的腔体冲压，然后液压油再通过孔a(10)进入橡皮囊(8)内部对橡皮囊(8)进行冲压
步骤3，用砂纸将冲压后的橡皮囊(8)底部进行包裹，同时将砂纸的边缘塞入内壳体(7)与橡皮囊(8)之间的间隙，即通过内壳体(7)与橡皮囊(8)之间的间隙将砂纸卡住；
步骤4，启动机床，机床主轴带动刀柄转动，内壳体(7)和橡皮囊(8)随刀柄(1)一起转动，橡皮囊(8)底部的砂纸与叶片接触并对叶片进行抛光，当抛光到叶片表面粗糙度达到Ra0.8μm～Ra1.2μm时，抛光过程结束。
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