專利名稱：具有曲面適應(yīng)性的葉片拋磨光整加工機(jī)床的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機(jī)械制造領(lǐng)域。
技術(shù)背景葉片作為特殊的自由曲面零件，是發(fā)電設(shè)備制造業(yè)的水輪機(jī)、汽 輪機(jī)，船舶制造業(yè)的船用汽輪機(jī)，航空制造業(yè)的飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)等透平機(jī) 械的最核心部件之一，其型面的設(shè)計(jì)、制造水平和制造質(zhì)量直接影響 透平機(jī)械的性能、效率和可靠性。近十幾年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代控制理論等相關(guān)技術(shù)的發(fā) 展，以五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工為代表的加工技術(shù)和設(shè)備日趨完善，已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)透平葉片的自動(dòng)化形狀加工。瑞士威力銘一馬科黛爾公司的TB 系列五軸葉片加工中心、意大利C. B. Ferrari公司的五軸高速葉片銑 床可以滿足汽輪機(jī)葉片和航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的加工需求。東方汽輪機(jī)廠 與北京機(jī)電院合作開(kāi)發(fā)的XKH系列五軸聯(lián)動(dòng)葉片加工中心適合加工汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)的各類葉片。葉片形狀加工后的表面仍需經(jīng)過(guò)拋磨等光整加工工序，才能獲 得預(yù)期的表面質(zhì)量。拋磨光整加工的目的是在對(duì)葉片表面形狀精度進(jìn) 行修正的同時(shí)，去除形狀加工在表面殘留的刀痕，降低表面粗糙度， 提高表面質(zhì)量。葉片表面手工研拋加工不僅費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、效率低下， 且難以保證形狀精度，加工質(zhì)量不穩(wěn)定。葉片拋磨光整加工自動(dòng)化技 術(shù)和裝備的欠缺已成為生產(chǎn)、制造中的薄弱環(huán)節(jié)和制約行業(yè)發(fā)展的瓶頸。國(guó)內(nèi)西南科技大學(xué)開(kāi)發(fā)了三維振動(dòng)拋光裝置用于航空渦輪發(fā)動(dòng) 機(jī)葉片的拋光，為了保證葉片上、下表面拋光的一致性，葉片拋光一段時(shí)間后需要翻轉(zhuǎn)180。，繼續(xù)拋光相同的時(shí)間。雖然該技術(shù)一定程度上提高了拋光效率，但是由于技術(shù)本身存在一定的隨機(jī)性，葉片拋光質(zhì)量不穩(wěn)定，且難以實(shí)現(xiàn)表面的確定性去除。意大利C.B. Ferrari公 司開(kāi)發(fā)的五軸高速葉片磨床，沒(méi)有脫離普遍采用的五軸聯(lián)動(dòng)葉片加工 設(shè)備的串聯(lián)構(gòu)型，實(shí)質(zhì)是在該公司五軸高速葉片銑床的基礎(chǔ)上更換了 工具系統(tǒng)。國(guó)內(nèi)廊坊智通機(jī)器人公司以ABB工業(yè)機(jī)器人為平臺(tái)開(kāi)發(fā)了 葉片磨削系統(tǒng)。對(duì)于中小型葉片采用工業(yè)機(jī)器人夾持葉片的加工方 式，通過(guò)工業(yè)機(jī)器人完成葉片和固定磨削砂帶之間的復(fù)雜空間運(yùn)動(dòng)實(shí) 現(xiàn)葉片磨削；對(duì)于大型葉片，則采用工業(yè)機(jī)器人夾持磨削工具的加工 方式，通過(guò)工業(yè)機(jī)器人帶動(dòng)工具進(jìn)行葉片型面的磨削。智通公司依托 于ABB工業(yè)機(jī)器人開(kāi)發(fā)的葉片磨削系統(tǒng)一定程度上受制于機(jī)器人的運(yùn) 動(dòng)空間、運(yùn)動(dòng)精度、數(shù)據(jù)處理能力和硬件水平，技術(shù)上無(wú)法做到獨(dú)立 和自成體系，因此屬于利用機(jī)器人的磨削系統(tǒng)。綜上所述， 一方面現(xiàn)有的葉片拋磨機(jī)床和機(jī)器人拋磨系統(tǒng)沒(méi)有 擺脫傳統(tǒng)構(gòu)型；另一方面，葉片型面屬于復(fù)雜的自由曲面，目前拋磨 設(shè)備配備的工具系統(tǒng)無(wú)法根據(jù)葉片曲面曲率的變化適時(shí)地更換工具， 影響拋磨效率。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供的一種具有曲面適應(yīng)性的葉片拋磨光整加工機(jī)床，以 解決葉片特別是大型葉片拋磨光整加工中自動(dòng)化程度不高的問(wèn)題。 本發(fā)明采取的技術(shù)方案
包括底座、機(jī)架、成水平垂直分布的縱向滑道/滑塊副和橫向滑道 /滑塊副、下平臺(tái)、上平臺(tái)、連接上平臺(tái)與下平臺(tái)的分支、工件夾具、 拋磨工具系統(tǒng)。其特征在于底座、機(jī)架構(gòu)成固定臺(tái)；成水平垂直分布 的縱向滑道/滑塊副和橫向滑道/滑塊副提供兩維移動(dòng)；上平臺(tái)與下平 臺(tái)通過(guò)三個(gè)分支相連，所說(shuō)的三個(gè)分支兩端分別通過(guò)三個(gè)成120。布置 的鉸鏈與上平臺(tái)和下平臺(tái)相連；所說(shuō)的三個(gè)分支均可采用伸縮連桿構(gòu) 成單自由度運(yùn)動(dòng)副，伸縮連桿與下平臺(tái)連接為轉(zhuǎn)動(dòng)副，與上平臺(tái)連接 為三自由度球鉸鏈；所說(shuō)的伸縮連桿的驅(qū)動(dòng)方式可以采用電機(jī)和絲杠 副驅(qū)動(dòng)，也可以采用伺服油缸驅(qū)動(dòng)；所說(shuō)的上平臺(tái)上安裝工件夾具， 工件夾具實(shí)現(xiàn)葉片的裝夾和自動(dòng)翻轉(zhuǎn)，滿足葉片雙面拋磨的需要；拋 磨工具系統(tǒng)包括砂帶、工具板、安裝在工具板上的兩個(gè)張緊輪、 一個(gè) 驅(qū)動(dòng)輪和換輪機(jī)構(gòu)；所說(shuō)的換輪機(jī)構(gòu)包括十字滑道、四個(gè)滑動(dòng)桿和四 個(gè)不同直徑的接觸輪；所說(shuō)的十字滑道可繞其中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，在十字滑 道內(nèi)滑動(dòng)的四個(gè)滑動(dòng)桿的末端分別裝有不同直徑接觸輪。所說(shuō)的成水平垂直分布的縱向滑道和橫向滑道可安裝在機(jī)架的 上部，所說(shuō)的下平臺(tái)可固定在底座上，所說(shuō)的拋磨工具系統(tǒng)可通過(guò)橫 向滑塊沿橫向滑道移動(dòng)，橫向滑道可通過(guò)縱向滑塊沿縱向滑道移動(dòng)。所說(shuō)的縱向滑道可安裝在底座上，所說(shuō)的橫向滑道可安裝在機(jī)架 上部，縱向滑道與橫向滑道成水平垂直分布，所說(shuō)的下平臺(tái)可通過(guò)縱 向滑塊沿縱向滑道移動(dòng)，所說(shuō)的拋磨工具系統(tǒng)可通過(guò)橫向滑塊沿橫向 滑道移動(dòng)。所說(shuō)的成水平垂直分布的縱向滑道和橫向滑道可疊加安裝在底 座上構(gòu)成上、下兩層滑道，所說(shuō)的下平臺(tái)可通過(guò)縱向滑塊沿上層縱向 滑道移動(dòng)，上層縱向滑道可通過(guò)橫向滑塊沿下層橫向滑道移動(dòng)；所說(shuō)
的拋磨工具系統(tǒng)可固定在機(jī)架的上部。所說(shuō)的換輪機(jī)構(gòu)可以根據(jù)葉片曲率半徑變化通過(guò)滑動(dòng)桿將現(xiàn)有 接觸輪收回，十字滑道繞其中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)到所需接觸輪垂直向下的位 置，滑動(dòng)桿推動(dòng)所需接觸輪將砂帶壓向葉片表面。所說(shuō)的縱向滑塊和橫向滑塊與上、下平臺(tái)及其連接分支在運(yùn)動(dòng)控 制上實(shí)行聯(lián)動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)葉片的拋磨加工。本發(fā)明提供一種全新的具有曲面適應(yīng)性的葉片拋磨光整加工機(jī)床。該機(jī)床可以提供三維移動(dòng)和兩維轉(zhuǎn)動(dòng)；采用砂帶系統(tǒng)作為拋磨工 具，通過(guò)換輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)根據(jù)葉片曲率半徑的變化選擇相應(yīng)尺寸的接觸 輪，提高了拋磨效率；采用三桿并聯(lián)機(jī)構(gòu)作為工作臺(tái)，適應(yīng)了拋磨加 工屬于彈性加工的特點(diǎn)，巧妙地利用和回避了并聯(lián)機(jī)構(gòu)存在的精度和 剛度方面的不足；工作臺(tái)上安裝可以實(shí)現(xiàn)葉片裝夾和自動(dòng)翻轉(zhuǎn)的夾 具，實(shí)現(xiàn)葉片的雙面拋磨；通過(guò)配置縱向滑道實(shí)現(xiàn)機(jī)床沿葉片長(zhǎng)度方 向移動(dòng)，拓展了機(jī)床的運(yùn)動(dòng)空間，彌補(bǔ)了并聯(lián)機(jī)構(gòu)工作臺(tái)工作空間的 不足。通過(guò)系統(tǒng)的集成創(chuàng)新，該機(jī)床可以解決葉片特別是大型葉片拋 磨光整加工自動(dòng)化問(wèn)題。 本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)在于(1) 拋磨加工屬于彈性加工，本發(fā)明采用三桿并聯(lián)機(jī)構(gòu)作為工 作臺(tái)，巧妙地利用和回避了并聯(lián)機(jī)構(gòu)在精度和剛性方面存在的不足。(2) 根據(jù)葉片的造型特點(diǎn)，本發(fā)明通過(guò)配置縱向滑道實(shí)現(xiàn)機(jī)床 沿葉片長(zhǎng)度方向移動(dòng)，拓展了機(jī)床的工作空間，彌補(bǔ)了并聯(lián)機(jī)構(gòu)工作 臺(tái)工作空間的不足，使機(jī)床適應(yīng)大型葉片的拋磨加工。(3) 本發(fā)明采用砂帶作為拋磨工具，采用換輪機(jī)構(gòu)根據(jù)葉片曲 面曲率半徑的變化提供不同尺寸的接觸輪，提高了拋磨作業(yè)效率。


圖l是本發(fā)明實(shí)施例一的總體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明拋磨工具系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明實(shí)施例二的總體結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本發(fā)明實(shí)施例三的總體結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的三種實(shí)施例作進(jìn)一步詳述。 實(shí)施例一本實(shí)施例的總體結(jié)構(gòu)如圖l所示，底座l和機(jī)架ll構(gòu)成固定臺(tái)，縱 向滑道9和橫向滑道8成水平垂直分布安裝在機(jī)架11的上部，拋磨工具系統(tǒng)5通過(guò)橫向滑塊6沿橫向滑道8移動(dòng)，橫向滑道8通過(guò)縱向滑塊7沿 縱向滑道9移動(dòng)。下平臺(tái)13固定在底座1上，三支可伸縮連桿3兩端分 別通過(guò)三個(gè)成120。布置的鉸鏈與上平臺(tái)10和下平臺(tái)13相連，其中連接 上平臺(tái)10的鉸鏈為三自由度球鉸鏈4，連接下平臺(tái)13的鉸鏈為轉(zhuǎn)動(dòng)副 2，伸縮連桿3的驅(qū)動(dòng)方式可以采用電機(jī)和絲杠副驅(qū)動(dòng)，也可以采用伺 服油缸驅(qū)動(dòng)。上平臺(tái)10上安裝工件夾具12，工件夾具12實(shí)現(xiàn)葉片的裝 夾和翻轉(zhuǎn)。拋磨工具系統(tǒng)5的結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括砂帶504、工具板 505、安裝在工具板505上的兩個(gè)張緊輪502， 一個(gè)驅(qū)動(dòng)輪506和換輪機(jī) 構(gòu)；換輪機(jī)構(gòu)包括十字滑道503、在十字滑道503內(nèi)滑動(dòng)的與滑動(dòng)桿508 相同的四個(gè)滑動(dòng)桿、四個(gè)滑動(dòng)桿末端的不同直徑的接觸輪501。換輪 機(jī)構(gòu)可以根據(jù)葉片曲率半徑變化通過(guò)滑動(dòng)桿508將現(xiàn)有接觸輪501收 回，十字滑道503繞其中心軸507轉(zhuǎn)動(dòng)到所需接觸輪垂直向下的位置， 滑動(dòng)桿推動(dòng)所需接觸輪將砂帶504壓向葉片表面。縱向滑塊7和橫向滑 塊6與上平臺(tái)10、下平臺(tái)13及其連接分支在運(yùn)動(dòng)控制上實(shí)行聯(lián)動(dòng)控制，
實(shí)現(xiàn)對(duì)葉片的拋磨加工。 實(shí)施例二本實(shí)施例的總體結(jié)構(gòu)如圖3所示，底座l和機(jī)架ll構(gòu)成固定臺(tái)，縱向滑道9安裝在底座1上，橫向滑道8安裝在機(jī)架11上部，縱向滑道9 與橫向滑道8成水平垂直分布，下平臺(tái)13通過(guò)縱向滑塊7沿縱向滑道9 移動(dòng)，拋磨工具系統(tǒng)5通過(guò)橫向滑塊6沿橫向滑道8移動(dòng)。三支可伸縮 連桿3兩端分別通過(guò)三個(gè)成120。布置的鉸鏈與上平臺(tái)10和下平臺(tái)13相 連，其中連接上平臺(tái)10的鉸鏈為三自由度球鉸鏈4，連接下平臺(tái)13的 鉸鏈為轉(zhuǎn)動(dòng)副2，伸縮連桿3的驅(qū)動(dòng)方式可以采用電機(jī)和絲杠副驅(qū)動(dòng)， 也可以采用伺服油缸驅(qū)動(dòng)。上平臺(tái)10上安裝工件夾具12，工件夾具12 實(shí)現(xiàn)葉片的裝夾和翻轉(zhuǎn)。拋磨工具系統(tǒng)5結(jié)構(gòu)同實(shí)施例一。換輪機(jī)構(gòu) 可以根據(jù)葉片曲率半徑變化通過(guò)滑動(dòng)桿將現(xiàn)有接觸輪收回，十字滑道 繞其中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)到所需接觸輪垂直向下的位置，滑動(dòng)桿推動(dòng)所需接觸 輪將砂帶壓向葉片表面?？v向滑塊7和橫向滑塊6與上平臺(tái)10、下平臺(tái) 13及其連接分支在運(yùn)動(dòng)控制上實(shí)行聯(lián)動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)葉片的拋磨加 工。實(shí)施例三本實(shí)施例的總體結(jié)構(gòu)如圖4所示，底座l和機(jī)架ll構(gòu)成固定臺(tái)，成 水平垂直分布的縱向滑道9和橫向滑道8疊加安裝在底座上1構(gòu)成上、 下兩層滑道，下平臺(tái)13通過(guò)縱向滑塊7沿縱向滑道9移動(dòng)，縱向滑道9 通過(guò)橫向滑塊6沿橫向滑道8移動(dòng)，拋磨工具系統(tǒng)5固定在機(jī)架11的上 部。三支可伸縮連桿3兩端分別通過(guò)三個(gè)成120。布置的鉸鏈與上平臺(tái) 10和下平臺(tái)13相連，其中連接上平臺(tái)10的鉸鏈為三自由度球鉸鏈4， 連接下平臺(tái)13的鉸鏈為轉(zhuǎn)動(dòng)副2，伸縮連桿3的驅(qū)動(dòng)方式可以采用電機(jī)
和絲杠副驅(qū)動(dòng)，也可以采用伺服油缸驅(qū)動(dòng)。上平臺(tái)io上安裝工件夾具12，工件夾具12實(shí)現(xiàn)葉片的裝夾和翻轉(zhuǎn)。拋磨工具系統(tǒng)5結(jié)構(gòu)同實(shí)施 例一。換輪機(jī)構(gòu)可以根據(jù)葉片曲率半徑變化通過(guò)滑動(dòng)桿將現(xiàn)有接觸輪 收回，十字滑道繞其中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)到所需接觸輪垂直向下的位置，滑動(dòng) 桿推動(dòng)所需接觸輪將砂帶壓向葉片表面?？v向滑塊7和橫向滑塊6與上 平臺(tái)IO、下平臺(tái)13及其連接分支在運(yùn)動(dòng)控制上實(shí)行聯(lián)動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)對(duì) 葉片的拋磨加工。
權(quán)利要求
1、一種具有曲面適應(yīng)性的葉片拋磨光整加工機(jī)床，其特征在于底座與機(jī)架固定連接構(gòu)成固定臺(tái)；成水平垂直分布的縱向滑道與滑塊副和橫向滑道與滑塊副提供兩維移動(dòng)；上平臺(tái)與下平臺(tái)通過(guò)三個(gè)分支相連，該三個(gè)分支兩端分別通過(guò)三個(gè)成120°布置的鉸鏈與上平臺(tái)和下平臺(tái)相連；該三個(gè)分支均可采用伸縮連桿構(gòu)成單自由度運(yùn)動(dòng)副，伸縮連桿與下平臺(tái)連接為轉(zhuǎn)動(dòng)副，與上平臺(tái)連接為三自由度球鉸鏈；該伸縮連桿采用電機(jī)和絲杠副驅(qū)動(dòng)或采用伺服油缸驅(qū)動(dòng)；該上平臺(tái)上安裝實(shí)現(xiàn)葉片裝夾和自動(dòng)翻轉(zhuǎn)的工件夾具；拋磨工具系統(tǒng)包括砂帶、工具板、安裝在工具板上的兩個(gè)張緊輪、一個(gè)驅(qū)動(dòng)輪和換輪機(jī)構(gòu)；所說(shuō)的換輪機(jī)構(gòu)包括十字滑道、四個(gè)滑動(dòng)桿和四個(gè)不同直徑的接觸輪；所說(shuō)的十字滑道可繞其中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，在十字滑道內(nèi)滑動(dòng)的四個(gè)滑動(dòng)桿的末端分別裝有不同直徑接觸輪。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的具有曲面適應(yīng)性的葉片拋磨光整加工機(jī) 床，其特征在于該成水平垂直分布的縱向滑道和橫向滑道可安裝在 機(jī)架的上部，該下平臺(tái)可固定在底座上，該拋磨工具系統(tǒng)可通過(guò)橫向 滑塊沿橫向滑道移動(dòng)，橫向滑道可通過(guò)縱向滑塊沿縱向滑道移動(dòng)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的具有曲面適應(yīng)性的葉片拋磨光整加工機(jī) 床，其特征在于該縱向滑道可安裝在底座上，該橫向滑道可安裝在 機(jī)架上部，縱向滑道與橫向滑道成水平垂直分布，所說(shuō)的下平臺(tái)可通 過(guò)縱向滑塊沿縱向滑道移動(dòng)，所說(shuō)的拋磨工具系統(tǒng)可通過(guò)橫向滑塊沿 橫向滑道移動(dòng)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的具有曲面適應(yīng)性的葉片拋磨光整加工機(jī) 床，其特征在于該成水平垂直分布的縱向滑道和橫向滑道可疊加安 裝在底座上構(gòu)成上、下兩層滑道，該下平臺(tái)可通過(guò)縱向滑塊沿上層縱向滑道移動(dòng)，上層縱向滑道可通過(guò)橫向滑塊沿下層橫向滑道移動(dòng)；所 說(shuō)的拋磨工具系統(tǒng)可固定在機(jī)架的上部。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l、 2、 3或4所述的具有曲面適應(yīng)性的葉片拋磨 光整加工機(jī)床，其特征在于換輪機(jī)構(gòu)可以根據(jù)葉片曲率半徑變化通 過(guò)滑動(dòng)桿將現(xiàn)有接觸輪收回，十字滑道繞其中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)到所需接觸輪 垂直向下的位置，滑動(dòng)桿推動(dòng)所需接觸輪將砂帶壓向葉片表面。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l、 2、 3或4所述的具有曲面適應(yīng)性的葉片拋磨 光整加工機(jī)床，其特征在于縱向滑塊和橫向滑塊與上、下平臺(tái)及其 連接分支在運(yùn)動(dòng)控制上實(shí)行聯(lián)動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)葉片的拋磨加工。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有曲面適應(yīng)性的葉片拋磨光整加工機(jī)床，屬于機(jī)械制造領(lǐng)域。底座與機(jī)架固定連接構(gòu)成固定臺(tái)；成水平垂直分布的縱向滑道與滑塊副和橫向滑道與滑塊副提供兩維移動(dòng)；上平臺(tái)與下平臺(tái)通過(guò)三個(gè)分支相連，該上平臺(tái)上安裝實(shí)現(xiàn)葉片裝夾和自動(dòng)翻轉(zhuǎn)的工件夾具；拋磨工具系統(tǒng)包括砂帶、工具板、安裝在工具板上的兩個(gè)漲緊輪、一個(gè)驅(qū)動(dòng)輪和換輪機(jī)構(gòu)。本發(fā)明采用三桿并聯(lián)機(jī)構(gòu)作為工作臺(tái)，巧妙地利用和回避了并聯(lián)機(jī)構(gòu)在精度和剛性方面存在的不足。拓展了機(jī)床的工作空間，彌補(bǔ)了并聯(lián)機(jī)構(gòu)工作臺(tái)工作空間的不足，使機(jī)床適應(yīng)大型葉片的拋磨加工，提高了拋磨作業(yè)效率。
文檔編號(hào)B24B19/00GK101148021SQ20071005622
公開(kāi)日2008年3月26日 申請(qǐng)日期2007年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月26日
發(fā)明者雷 張, 旭 楊, 楊兆軍, 昕 王, 繼 趙 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)