一種葉片進排氣邊磨削機器人自動化裝備的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于機器人加工領(lǐng)域，更具體地，涉及一種葉片進排氣邊磨削機器人自動化裝備。
【背景技術(shù)】
[0002]葉片是航空發(fā)動機、燃氣輪機、汽輪機組件中數(shù)量最多、直接參與能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵零件，其進排氣邊的加工精度、表面質(zhì)量直接決定了動力設(shè)備性能、作業(yè)效率和使役壽命。因此，葉片經(jīng)過精鍛、精鑄、冷軋或者機加工后，均需對其進排氣邊進行磨削加工，以此來保證輪廓精度和表面光潔度。當(dāng)前，掌握葉片進排氣邊高效高精磨削技術(shù)對于提高我國葉片制造水平，推進航空、能源和國防等行業(yè)的發(fā)展具有重要意義。
[0003]通過對現(xiàn)有文獻的檢索，發(fā)現(xiàn)有以下現(xiàn)有技術(shù):一、申請?zhí)枮镃N201420188053.6的中國專利申請公開了一種用于磨削加工的新型3P3R機器人，但是該發(fā)明并不針對葉片進排氣邊，且未提出“測量-操作-加工”一體化解決方案，不能解決葉片磨削過程中的關(guān)鍵問題；二、申請?zhí)枮镃N201010603399.4的中國專利申請公開了一種基于視覺信息的工業(yè)機器人磨削系統(tǒng)及方法，本發(fā)明利用視頻攝像頭采集工件圖像，利用計算機識別并定位工件，通過在線規(guī)劃機械手爪從當(dāng)前位置到抓取位置的運動軌跡來控制機械手爪抓取工件，然后按照預(yù)先設(shè)定好的磨削操作步驟控制砂帶轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，并打磨拋光工件，該發(fā)明并不針對葉片進排氣邊，亦無法實現(xiàn)加工零件的三維掃描和重建；三、申請?zhí)枮镃N201210456485.6的中國專利申請公開了一種全自動磨削機器人，但是該系統(tǒng)并非采用工業(yè)機器人，其工作空間十分有限，無法實現(xiàn)對葉片進排氣邊的磨削；四、申請?zhí)枮镃N201210567038.8的中國專利申請公開了一種基于傳感器反饋的機器人磨削系統(tǒng)，該專利側(cè)重于基于砂輪與工件之間磨削力、工件輪廓三維測量數(shù)據(jù)、以及砂輪的磨損程度檢測來實時調(diào)整砂輪轉(zhuǎn)速，但專利中的輪廓測量并不適用于葉片進排氣邊測量。
[0004]另外，上述技術(shù)中并不適用于對葉片曲率變化較大的進排氣邊進行測量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明提供了一種集成自適應(yīng)磨削和三維測量的葉片進排氣邊磨削機器人自動化裝備；本發(fā)明采用六自由度關(guān)節(jié)式工業(yè)機器人為執(zhí)行單元，采用變位機夾持葉片的工裝方式，同時采用三軸運動平臺搭配三維激光測量裝置進行三坐標非接觸式測量手段，能夠解決現(xiàn)有技術(shù)中不能對葉片進排氣邊進行高精度磨削和測量的問題。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明，提供了一種葉片進排氣邊磨削機器人自動化裝備，包括基臺、六自由度機器人、磨削裝置、變位機、三維激光測量裝置和系統(tǒng)控制主機，所述六自由度機器人、變位機和系統(tǒng)控制主機均安裝在基臺上，其特征在于:
[0007]六自由度機器人，用于夾持磨削裝置移動和驅(qū)動磨削裝置作業(yè)，其包括末端腕部；
[0008]磨削裝置，與六自由度機器人的末端腕部連接，用于磨削葉片進排氣邊；
[0009]變位機，用于夾持葉片并帶動葉片旋轉(zhuǎn)，其包括轉(zhuǎn)臺和臺架，所述轉(zhuǎn)臺包括固定安裝在基臺上的機殼和設(shè)置在機殼內(nèi)的旋轉(zhuǎn)軸，所述臺架固定安裝在機殼上，所述旋轉(zhuǎn)軸用于帶動葉片旋轉(zhuǎn)且其旋轉(zhuǎn)中心線豎直設(shè)置；
[0010]三維激光測量裝置，用于在每道磨削工序完成后對葉片進排氣邊進行在線測量，其包括三軸運動平臺和三維激光測量裝置，其中，三軸運動平臺安裝在臺架上，能帶動三維激光測量裝置沿三軸移動，所述三維激光測量裝置用于對葉片靠近進排氣邊的部位的側(cè)面輪廓進行測量，以將測量數(shù)據(jù)傳送給系統(tǒng)控制主機；
[0011]系統(tǒng)控制主機，與六自由度機器人和三維激光測量裝置連接，用于采集三維激光測量裝置測量得到的葉片側(cè)面輪廓并將該輪廓與葉片理論模型進行比對，以對加工路徑進行修正或者補償，進而將更新后的加工路徑發(fā)送給六自由度機器人執(zhí)行。
[0012]優(yōu)選地，所述磨削裝置包括氣動夾具、主軸、砂輪和冷卻裝置，所述氣動夾具與六自由度機器人的末端腕部連接，所述主軸為電主軸，所述砂輪安裝在主軸上，所述冷卻裝置用于對葉片進排氣邊進行冷卻。
[0013]優(yōu)選地，所述變位機還包括豎直位置可調(diào)整的變位機頂針，變位機頂針位于旋轉(zhuǎn)軸的上方，所述變位機頂針用于和轉(zhuǎn)臺配合對葉片進行上下裝夾固定。
[0014]優(yōu)選地，所述六自由度機器人包括機器人本體和機器人控制器，所述系統(tǒng)控制主機通過現(xiàn)場總線分別與機器人控制器和三維激光測量裝置連接。
[0015]總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得下列有益效果:
[0016]I)本發(fā)明集成了自適應(yīng)磨削和測量，可以保證葉片進排氣邊輪廓的加工精度；
[0017]2)本發(fā)明的機器人磨削裝備通過三維激光測量重建葉片進排氣邊的輪廓形貌，進而可以據(jù)此計算磨削余量，調(diào)整機器人加工代碼，從而保證磨削精度；
[0018]3)本發(fā)明的變位機能夠帶動葉片旋轉(zhuǎn)，而三維激光測量裝置能夠三軸移動，因此能夠很好地適用于葉片曲率變化較大的進排氣邊的測量；
[0019]4)葉片進排氣邊磨削機器人自動化裝備可在磨削過程中進行自適應(yīng)磨削和三維測量，實現(xiàn)對實際磨削量的加工監(jiān)測，對加工路徑進行修正或者補償，補償磨削誤差，提高表面加工精度和表面質(zhì)量；自適應(yīng)磨削基于三維測量得到的葉片進排氣邊輪廓信息，對系統(tǒng)控制主機規(guī)劃的刀具路徑進行修正或者補償；三維測量在三維激光測量裝置和轉(zhuǎn)臺電機聯(lián)動情況下實施輪廓掃描，精準獲取進排氣邊輪廓信息；機器人自動化裝備通過循環(huán)往復(fù)執(zhí)行“加工-測量”操作，實現(xiàn)葉片進排氣邊輪廓高精度加工。
【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明的機器人自動化裝備結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖2為本發(fā)明的磨削裝置示意圖；
[0022]圖3為本發(fā)明的變位機示意圖。
[0023]圖4為本發(fā)明的三維激光測量裝置示意圖。
【具體實施方式】
[0024]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0025]如圖1?圖4所示，一種葉片進排氣邊磨削機器人自動化裝備，用于實現(xiàn)葉片15的進排氣邊151的自適應(yīng)磨削和三維測量。本自動化裝備包括六自由度機器人10、磨削裝置11、變位機12、三維激光測量裝置13和系統(tǒng)控制主機14。
[0026]六自由度機器人10包括機器人本體101和機器人控制器102，機器人本體101包括末端腕部。磨削裝置11包括氣動夾具111、主軸112、砂輪113和冷卻裝置114。變位機12包括轉(zhuǎn)臺121、臺架122和變位機頂針123，轉(zhuǎn)臺121包括機殼和設(shè)置在機殼內(nèi)的旋轉(zhuǎn)軸，旋轉(zhuǎn)軸豎直設(shè)置，變位機頂針123的上下位置可調(diào)整。三維激光測量裝置13包括三軸運動平臺131和三維激光測量裝置132。系統(tǒng)控制主機14通過現(xiàn)場總線分別與機器人控制器102、三維激光測量裝置132連接。
[0027]六自由度機器人10固定于基臺I上，用于夾持磨削裝置11在大空間范圍內(nèi)移動和驅(qū)動磨削裝置11作業(yè)。機器人本體101的各關(guān)節(jié)軸電機、轉(zhuǎn)臺121的單自由度電機、三軸運動平臺131的三個伺服軸電機均與機器人控制器102相連且它們可以實現(xiàn)同步聯(lián)動。
[0028]磨削裝置11的主軸112通過氣動夾具111與機器人本體101的末端腕部連接，用于葉片15的進排氣邊151磨削，氣動夾具111通過氣動閥控制機器人本體101夾持主軸112，主軸112采用電主軸，并采用直接驅(qū)動方式連接砂輪113，冷卻裝置114采用空冷方式，對葉片15上的磨削部位進行跟蹤冷卻。
[0029]變位機12與六自由度機器人10固定于基臺I的同一平面，其旋轉(zhuǎn)中心線豎直設(shè)置，用于夾持葉片15并帶動葉片15旋轉(zhuǎn)，保證砂輪113與葉片15的進排氣邊151的良好接觸。轉(zhuǎn)臺121夾持葉片15，葉片15豎直安裝。臺架122用于放置轉(zhuǎn)臺121和三維激光測量裝置13。臺架122上端具有可做上下調(diào)整且與轉(zhuǎn)臺121同軸的變位機頂針123，用于和轉(zhuǎn)臺121配合對葉片15進行上下裝夾固定。
[0030]三維激光測量裝置13用于在每道磨削工序后對葉片15靠近進排氣邊151的部位的側(cè)面進行三維測量。三軸運動平臺131底座與臺架122固定，可實現(xiàn)笛卡爾空間三自由度移動，三維激光測量裝置132固定于三軸運動平臺131豎直的模組(Z軸)上，用于對葉片15靠近進排氣邊151的部位的側(cè)面進行輪廓測量。三軸運動平臺131能帶動三維激光測量裝置132沿X軸、Y軸和Z軸移動。
[0031]系統(tǒng)控制主機14與機器人控制器102以及三維激光測量裝置13連接。一方面用于規(guī)劃磨削裝置加工路徑并發(fā)送給機器人本體101和變位機12啟動執(zhí)行，另一方面用于規(guī)劃進排氣邊151輪廓測量多軸聯(lián)動指令并發(fā)送給變位機12和三維激光測量裝置13啟動執(zhí)行。
[0032]為了進一步驗證本發(fā)明實施例提供的葉片15的進排氣邊151磨削機器人自動化裝備可以實現(xiàn)葉片15的進排氣邊151的自適應(yīng)磨削和三維測量，可以大幅提升葉片15的進排氣邊151磨削加工的效率