[发明专利]一种双侧超声滚压协同强化系统及其控制方法

说明书

本发明涉及一种双侧超声滚压协同强化系统及其控制方法，所述系统包括：第一机械臂子系统、第二机械臂子系统、第一超声滚压强化子系统、第二超声滚压强化子系统和伺服转台；所述伺服转台用于固定待加工的叶片；所述第一超声滚压强化子系统设置在所述第一机械臂子系统的末端；所述第二超声滚压强化子系统设置在所述第二机械臂子系统的末端。本发明采用机械臂搭载超声滚压强化装置的方式提高叶片加工的自由度，并设置第一机械臂子系统、第二机械臂子系统、第一超声滚压强化子系统、第二超声滚压强化子系统和伺服转台进行配合实现双面加工。

技术领域

本发明涉及零件加工技术领域，特别是涉及一种双侧超声滚压协同强化系统及其控制方法。

背景技术

由于航空发动机的生产周期长且测试成本高，在航空发动机的生产和制造达到标准之前需要投入大量的成本进行研发，随着航空科技的不断发展，航空发动机必须满足超高速，高空，长航时，超远航程的需求，并且航空发动机要能在高温高压高速的恶劣工作环境中运行，生命周期较短，易产生各种缺陷，如裂纹、磨损、扭曲等破坏，是一种典型限寿部件。相比于在一定行程后去更换叶片，更加经济而且安全的做法是提升叶片的工作寿命，发动机中压气机叶片属于薄壁复杂曲面零件，由于其刚度较低的缺点，在强化过程中容易导致工件变形，影响其工作寿命，因此还需要尽可能减小加工变形。

超声滚压强化技术是一种新兴的表面强化技术，其原理是利用静压力和高频高速的超声振动联合作用下，在材料表面产生塑性变形，细化零件表层，提高金属表层硬度，克服了传统工艺在这方面的不足，引入有益的残余压应力，从而改善了表面的质量，提高零件的寿命。相比于磨削、抛光等传统工艺，超声滚压技术在原理上和操作上更加的简单、高效，并且对工件表面质量的影响有大的作用。但是超声滚压工艺仍处于实验摸索阶段，大多加工在形状规则的零件上来测试其参数和效果，加工设备主要在现有的车床上集成超声强化系统，对叶片复杂曲面的强化加工研究较少，由于搭载加工头的机床自由度有限，容易造成加工头与叶片其他部位造成干涉，导致零件不能完全的强化或是意外的划伤和损坏。而且目前表面强化方式大多采用单侧加工，单侧加工的方式容易造成压气机叶片受到接触力而产生变形。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种双侧超声滚压协同强化系统及其控制方法，以克服搭载加工头的机床自由度有限，容易造成加工头与叶片其他部位造成干涉，导致零件不能完全的强化或是意外的划伤和损坏的技术缺陷，并实现双面加工。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种双侧超声滚压协同强化系统，所述系统包括：第一机械臂子系统、第二机械臂子系统、第一超声滚压强化子系统、第二超声滚压强化子系统和伺服转台；

所述伺服转台用于固定待加工的叶片；

所述第一超声滚压强化子系统设置在所述第一机械臂子系统的末端；

所述第二超声滚压强化子系统设置在所述第二机械臂子系统的末端；

所述第一机械臂子系统用于带动所述第一超声滚压强化子系统对所述叶片的一面进行强化加工，所述第二机械臂子系统用于带动所述第二超声滚压强化子系统对所述叶片的另一面进行强化加工。

可选的，所述第一机械臂子系统和所述第二机械臂子系统均包括六自由度机械臂。

可选的，所述第一机械臂子系统和所述第一超声滚压强化子系统之间及所述第二机械臂子系统和所述第二超声滚压强化子系统之间均设置有六维力传感器。

可选的，所述第一超声滚压强化子系统和所述第二超声滚压强化子系统均包括超声滚压工具头和超声发生器；

所述超声发生器与所述超声滚压工具头中的超声波换能器连接，所述超声发生器用于产生预设频率的信号。

可选的，所述超声滚压工具头包括套筒、换能器压盘、超声波换能器、变幅杆、保持架和滚轮；