[发明专利]一种叶片全特征机器人磨抛装置

说明书

本发明属于复杂曲面制造领域，并公开了一种叶片全特征机器人磨抛装置。该叶片磨抛装置包括自适应砂带磨抛机构、接触轮式砂带磨抛机构和自适应砂轮磨抛机构，三者分别磨抛叶片的叶背和叶缘、叶盆、阻尼台和叶根转角位置，由此实现叶片所有特征的磨抛；其中，每个机构均包括连接法兰、音圈电机、力传感器、电机和打磨模块，音圈电机设置在连接法兰上，且与力传感器之间通过滑块连接，力传感器与打磨模块连接用于测量打磨模块实际的磨削力，电机与打磨模块连接用于驱动打磨模块，连接法兰用于将磨抛装置与外界机器人连接。通过本发明，实现根据磨削余量的不同的变力磨抛，同时实现叶片表面全特征的磨抛，力反馈响应速度快，磨抛精度高。

技术领域

本发明属于复杂曲面制造领域，更具体地，涉及一种叶片全特征机器人磨抛装置。

背景技术

叶片表面质量和型面精度对航空发动机、燃气轮机以及汽轮机的气流动力性和使用性能影响巨大，提高叶片表面加工精度是改进其质量的重要措施之一。叶片曲面相对复杂，叶身扭曲程度大，普通机床难以实现对叶片的表面精加工。目前一些发达国家在叶片复杂曲面自动化磨抛加工装备研制方面成果突出，已将数控砂带磨床、机器人磨抛系统等广泛应用于工业生产。典型的如德国Metabo公司于1986年研制的叶片六轴联动砂带磨削机床，通过增加压力轴实现叶片的恒力磨抛，能够对复杂自由曲面进行高效、高精密磨抛；瑞士Willemin公司研制的W518TB和W528TB磨抛加工中心，也实现了叶片型面的高精密加工；另外世界上知名的机器人制造商如KUKA、ABB、FUNUC等结合人工智能、传感、视觉识别等技术成功研制了新一代的机器人磨抛设备。我国叶片砂带磨抛研究起步较晚，针对复杂自由曲面零部件的数控加工技术还不成熟，目前国内叶片型面的打磨主要以人工打磨为主，人工打磨劳动强度大，工作效率低，打磨质量受工人技术水平和环境影响较大，很难保证叶片的打磨精度一致。

叶片自动化磨抛的方式主要包括数控机床磨抛和机器人磨抛两种。机器人由于具有容易控制、运动灵活、成本低等特点，在复杂工件的加工中应用较多。但是机器人的运动精度有限，再加上工件的装夹误差，实际加工的表面精度并不是很理想。目前在机器人打磨应用中，存在的难点之一就是打磨力的控制。国内针对机器人打磨力控制做了大量研究，申请号为201610528002.7的发明专利中公开了一种“机器人磨抛系统及被动柔顺与主动柔顺混合控制方法”，通过力传感器测量磨抛机构与工件表面的磨抛力，并反馈给机器人本体的力控制器，通过被动柔顺装置和力控制器实现恒力控制。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种叶片全特征机器人磨抛装置，通过自适应砂带磨抛机构、接触轮式砂带磨抛机构和自适应砂轮磨抛机构的设置，对叶片不同区域采用不同的磨抛方式，提高磨抛精度，同时通过控制器的设置，实现变力磨削的闭环控制，由此解决磨抛精度低和磨削力难于控制的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种叶片全特征机器人磨抛装置，该磨抛装置包括自适应砂带磨抛机构、接触轮式砂带磨抛机构和自适应砂轮磨抛机构，其特征在于，

所述自适应砂带磨抛机构用于磨抛叶片的叶背和叶缘；

所述接触轮式砂带磨抛机构用于磨抛叶片的叶盆；

所述自适应砂轮磨抛机构用于磨抛叶片的阻尼台和叶根转角位置，由此实现叶片所有特征的磨抛；

其中，所述自适应砂带磨抛机构、接触轮式砂带磨抛机构和自适应砂轮磨抛机构均包括连接法兰、音圈电机、力传感器、电机和打磨模块，

所述音圈电机设置在所述连接法兰上，该音圈电机与所述力传感器之间通过滑块连接，所述力传感器与所述打磨模块连接，用于测量所述打磨模块实际的磨削力，所述电机与所述打磨模块连接，用于驱动所述打磨模块，所述音圈电机驱动所述滑块沿该音圈电机的中心轴上线性运动，由此带动所述打磨模块横向线性运动，从而实现打磨模块磨削力的调整，此外，所述连接法兰用于将所述磨抛装置与外界机器人连接。