一種自適應修型葉片砂帶拋磨機床的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種自適應修型葉片砂帶拋磨機床，包括床身、X軸拖板、Z軸拖板、C軸轉臺、Y軸滑塊、砂帶磨頭部件及氣缸等；其中，在砂帶磨頭部件與氣缸之間串聯(lián)設置了一種壓力補償元件，與氣缸共同作用形成拋磨接觸壓力；加工時按照理想拋磨軌跡進行插補進給，由于存在葉片面型誤差(或波紋度)，拋磨接觸點會沿壓力軸方向偏離理想拋磨軌跡，壓力補償元件的作用壓力也會隨之而變化，從而實現(xiàn)拋磨接觸壓力補償，壓力補償元件可采用具有對置氣墊的恒壓式氣浮支承，利用對置氣墊的壓力平衡作用實現(xiàn)拋磨接觸壓力的補償效果。本發(fā)明的優(yōu)點在于提高了壓力補償?shù)捻憫俣?，實現(xiàn)了葉片拋磨加工中面型誤差(或波紋度)的自適應修正，提高了面型精度。
【專利說明】一種自適應修型葉片砂帶拋磨機床

【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于機械加工【技術領域】，涉及一種用于葉片精加工的數(shù)控砂帶拋磨機床，具體涉及一種自適應修型葉片砂帶拋磨機床。

【背景技術】
[0002]葉片是航空航天發(fā)動機、汽輪機、渦輪、飛機引擎等設備的關鍵零部件，具有型面復雜，幾何精度和表面質量要求高等特點。葉片加工時通常首先采用精鑄、精鍛或數(shù)控銑削進行粗加工或半精加工，同時由于葉片精度要求很高，還需通過后續(xù)的拋磨加工來提高面型精度，去除前道工序殘留的刀痕，降低表面粗糙度，提高表面質量。傳統(tǒng)的拋磨加工多采用手工拋磨的方法，不僅費時、費力、效率低下，且操作工人的技能經(jīng)驗有很高的要求，使其加工質量不易穩(wěn)定。
[0003]鑒于此，實現(xiàn)葉片的數(shù)控拋磨，完成整個葉片加工工藝鏈的自動化和柔性化便成為葉片加工工藝及設備的發(fā)展方向。自上世紀50年代，國外一些專家通過研宄指出砂帶磨削比其它加工方法更能勝任葉片型面的精加工，因此，現(xiàn)有葉片拋磨機床主要采用了砂帶磨床的形式。
[0004]國外如德國Metabo公司和美國Ex-Cel 1_0等公司已經(jīng)開發(fā)出產(chǎn)品化的葉片砂帶磨床。我國在該領域也進行了一定的研宄，國家知識產(chǎn)權局公開的發(fā)明專利200910191541.6,200910190832.3,200810242767.X、ZL200710019843.6、ZL200810050541.X和實用新型專利ZL200720033896.9.ZL200520020307.4公開了幾種不同結構形式的砂帶拋磨機床，均采用恒定磨削力的形式，在加工過程中以等去除量的形式進行型面跟隨式拋磨加工，很難對面型誤差及波紋度誤差進行修正。
[0005]中國發(fā)明專利ZL 200710056223.X公開了一種具有曲面適應性的葉片拋磨光整加工機床，采用三桿并聯(lián)機構作為工作臺，巧妙地利用和回避了并聯(lián)機構在精度和剛性方面存在的不足，該發(fā)明所具備的曲目適應性能夠實現(xiàn)拋磨過程中磨削力方向的自調整，但卻不宜實現(xiàn)磨削力大小的精準控制，因此，也不易實現(xiàn)對波紋度的修正。
[0006]中國發(fā)明專利ZL 200610155853.8公開了一種五坐標自適應葉片拋光機，該發(fā)明將被拋葉片葉身放置在與其相吻合的軟體模具中，在一定的壓力夾持下并加入一定的拋光介質進行機械拋光作業(yè)，可避免人工橫向拋光產(chǎn)生的橫向拋光痕跡對產(chǎn)品疲勞壽命的降低，該發(fā)明能完成對葉片的拋光加工，但是由于軟模本身具有一定的柔性，對于前道工序所產(chǎn)生的面型誤差和波紋度均不易修正。
[0007]中國發(fā)明專利ZL 200610155853.8公開了一種用于葉片型面砂帶柔性拋光機構，采用拋光力可控的砂帶柔性磨頭拋光工藝方法，該方法對拋光接觸輪與葉片型面接觸力進行實時監(jiān)測和控制，避免了剛性沖擊及過切現(xiàn)象，可以去除銑削后所產(chǎn)生的表面波紋，從而實現(xiàn)在拋光的同時完成表面修型的目的。但是該方法對力傳感器的分辨率和響應速度及氣缸壓力控制回路的控制精度都提出了較高的要求，而反饋式壓力控制的特點決定了接觸壓力的調整不可避免的具有一定的滯后性，從而可能會引入一定的誤差。


【發(fā)明內容】

[0008]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的上述缺點，提供了一種自適應修型葉片砂帶拋磨機床，可根據(jù)葉片的實際面型誤差和波紋度實現(xiàn)拋磨接觸壓力的同步自適應調整，能在一定程度上實現(xiàn)面型誤差和波紋度修正。
[0009]為達到上述目的，本發(fā)明采用如下的技術方案予以實現(xiàn):
[0010]一種自適應修型葉片砂帶拋磨機床，包括床身、立柱、X軸拖板、Z軸拖板、C軸轉臺、頂尖座、Y軸滑塊、壓力軸滑板、壓力軸導軌和砂帶磨頭部件；其中，
[0011]X軸拖板由安裝在床身上的X軸導軌導向，并由安裝在床身內的X軸絲杠傳動部件驅動，能夠沿前后方向水平運動，在X軸拖板上端沿與X軸垂直方向安裝Z軸導軌，Z軸拖板由Z軸導軌導向并由安裝在X軸拖板內的Z軸絲杠傳動部件驅動，能夠沿左右方向水平運動，立柱安裝在床身上端后側，Y軸導軌沿豎直方向安裝在立柱前端面上，Y軸滑塊由Y軸導軌導向，并由安裝在立柱內的Y軸絲杠傳動部件驅動，能夠沿豎直方向運動；
[0012]在Z軸拖板上端左側設置C軸轉臺，加工時葉片在榫頭部位由安裝在C軸轉臺上的夾具夾緊，并由頂尖座沿擺動軸回轉軸線方向將其頂緊，C軸轉臺、頂尖座與葉片的回轉軸線同軸，頂尖座安裝在頂尖座拖板上，頂尖座拖板與導向塊之間采用燕尾導軌配合，頂尖座拖板帶動頂尖座能夠沿其軸線移動，導向塊安裝在Z軸拖板上端右側；
[0013]壓力軸滑板由沿X方向設置在Y軸滑塊上端面的壓力軸導軌導向，能夠沿前后方向水平移動，砂帶磨頭部件安裝在壓力軸滑板上端。
[0014]本發(fā)明進一步的改進在于:Y軸滑塊下設置氣缸，氣缸活塞桿穿過轉接板上的通孔，并在氣缸活塞桿前端設置螺母對轉接板進行限位，轉接板同時與壓力軸滑板采用螺釘固定連接，在轉接板與氣缸活塞桿之間串聯(lián)設置壓力補償元件，壓力補償元件一端與轉接板連接，另一端與氣缸活塞桿連接。
[0015]本發(fā)明進一步的改進在于:壓力軸導軌采用氣浮導軌，氣缸采用恒壓氣缸，在轉接板與氣缸活塞桿的結合部位設置石墨導套以減小摩擦，所述的壓力補償元件采用具有對置氣墊的恒壓式氣浮支承；在受到葉片表面型面誤差影響時，砂帶磨頭部件帶動壓力軸滑板及轉接板)能夠沿X方向發(fā)生微米量級的移動，串聯(lián)設置在轉接板與氣缸活塞桿之間的恒壓式氣浮支承利用自身對置氣墊的壓力平衡作用實現(xiàn)壓力補償。
[0016]本發(fā)明進一步的改進在于:砂帶磨頭部件包括基板和設置在基板上的接觸輪支架、驅動輪支架和張緊輪支架，接觸輪、驅動輪和張緊輪分別設置在接觸輪支架、驅動輪支架和張緊輪支架上，砂帶包絡在接觸輪、驅動輪和張緊輪外側，通過調整張緊輪的位置調整砂帶的張緊力，砂帶的運動方向位于垂直于葉片回轉軸線的平面內，基板與壓力軸滑板固定連接，在基板上安裝變頻無級調速交流電機，其通過同步帶傳動部件變速后帶動驅動輪轉動。
[0017]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下的優(yōu)點:
[0018]本發(fā)明在恒壓氣缸的活塞桿與砂帶磨頭部件之間串聯(lián)設置了壓力補償元件，由恒壓氣缸與壓力補償元件共同作用形成拋磨接觸壓力，砂帶對葉片的理論拋磨軌跡按照葉片的理想型面生成，數(shù)控系統(tǒng)按照該理論拋磨軌跡實現(xiàn)X軸、Y軸、Z軸及C軸的四軸聯(lián)動插補進給運動，在加工過程中，由于葉片本身面型誤差及波紋度的存在，拋磨接觸點會沿壓力軸方向而偏離理論拋磨軌跡，此時，恒壓氣缸始終保持恒定的壓力值，而壓力補償元件的作用壓力則會隨著偏離量的變化而發(fā)生變化，從而實現(xiàn)拋磨接觸壓力補償。在拋磨接觸點朝葉片自身偏離時(實際型面相對理想型面為凹陷狀態(tài)時)，壓力補償元件會隨之減小作用壓力，從而減小拋磨去除量，而在拋磨接觸點遠離葉片自身時(實際型面相對理想型面為凸起狀態(tài)時)，壓力補償元件會隨之增大作用壓力，從而增大拋磨去除量。本發(fā)明的優(yōu)點還在于進一步提出可采用具有對置氣墊的恒壓式氣浮支承作為壓力補償元件，利用對置氣墊的壓力平衡作用實現(xiàn)上述拋磨接觸壓力補償效果。在以往公開的采用傳感器檢測拋磨接觸壓力并通過調節(jié)氣缸的氣壓而實現(xiàn)壓力補償?shù)姆椒ㄖ校捎趥鞲衅鳈z測反饋及氣壓調節(jié)的響應時間而存在一定的滯后性。本發(fā)明將對置氣墊的恒壓式氣浮支承作為壓力補償元件，避免了控制系統(tǒng)的響應時間而引入的滯后問題，提高了壓力補償?shù)捻憫俣?，由于本發(fā)明中氣缸自身處于恒壓工作狀態(tài)，也提高了其穩(wěn)定性。綜上所述，本發(fā)明通過對拋磨接觸壓力的實時修正實現(xiàn)了葉片拋磨加工的自適應修型，在實現(xiàn)葉片拋光的前提下，可以在一定程度上修正葉片表面的面型誤差和波紋度，提高葉片的面型精度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明自適應修型葉片砂帶拋磨機床的結構示意圖；
[0020]圖2為本發(fā)明中壓力軸部件的結構示意圖；
[0021]圖3為本發(fā)明中壓力軸部件的剖視圖；
[0022]圖4為本發(fā)明中砂帶磨頭的結構示意圖；
[0023]圖5為本發(fā)明中具有對置氣墊的恒壓式氣浮支承原理圖；
[0024]圖6為本發(fā)明自適應修型葉片砂帶拋磨機床的工作原理圖。
[0025]圖中各標號的名稱分別為:1為床身，2為X軸導軌，3為X軸絲杠傳動部件，4為X軸拖板，5為Z軸導軌，6為Z軸拖板，7為C軸轉臺，8為夾具，9為葉片，10為砂帶磨頭部件，10-1為安裝基板，10-2為張緊輪安裝支架，10-3為張緊輪，10-4為同步帶傳動部件，10-5為驅動輪，10-6為驅動輪安裝支架，10-7為接觸輪安裝支架，10-8為接觸輪，10-9為砂帶，10-10為變頻無級調速交流電機，11為Y軸絲杠傳動部件，12為Y軸導軌，13為立柱，14為壓力軸滑板，15為Y軸滑塊，16為頂尖座，17為頂尖座拖板，18為導向塊，19為Z軸絲杠傳動部件，20為壓力軸導軌，21為氣缸，22為氣缸活塞桿，23為壓力補償元件，24為螺母，25為轉接板，231為動子，232為左氣膜，233為節(jié)流器，234為定子，235為右氣膜。

【具體實施方式】
[0026]下面結合附圖對本發(fā)明的結構原理和工作原理作進一步詳細說明，但本發(fā)明的實際結構并不僅限于下述的實施例。
[0027]參見圖1?3，本發(fā)明一種自適應修型葉片砂帶拋磨機床，包括床身1、立柱13、X軸拖板4、Z軸拖板6、C軸轉臺7、頂尖座16、Y軸滑塊15、壓力軸滑板14、壓力軸導軌20和砂帶磨頭部件10。
[0028]其中，X軸拖板4由安裝在床身I上的X軸導軌2導向，并由安裝在床身I內的X軸絲杠傳動部件3驅動，能夠沿前后方向水平運動，在X軸拖板4上端沿與X軸垂直方向安裝Z軸導軌5，Z軸拖板6由Z軸導軌5導向并由安裝在X軸拖板4內的Z軸絲杠傳動部件19驅動，能夠沿左右方向水平運動，立柱13安裝在床身I上端后側，Y軸導軌12沿豎直方向安裝在立柱13前端面上，Y軸滑塊15由Y軸導軌12導向，并由安裝在立柱13內的Y軸絲杠傳動部件11驅動，能夠沿豎直方向運動；在Z軸拖板6上端左側設置C軸轉臺7，加工時葉片9在榫頭部位由安裝在C軸轉臺7上的夾具8夾緊，并由頂尖座16沿擺動軸回轉軸線方向將其頂緊，C軸轉臺7、頂尖座16與葉片9的回轉軸線同軸，頂尖座16安裝在頂尖座拖板17上，頂尖座拖板17與導向塊18之間采用燕尾導軌配合，頂尖座拖板17帶動頂尖座16能夠沿其軸線移動，導向塊18安裝在Z軸拖板6上端右側；壓力軸滑板14由沿X方向設置在Y軸滑塊15上端面的壓力軸導軌20導向，能夠沿前后方向水平移動，砂帶磨頭部件10安裝在壓力軸滑板14上端。
[0029]參見圖2?3，所述的Y軸滑塊15下設置氣缸21，氣缸活塞桿22氣缸活塞桿22穿過轉接板25上的通孔，并在氣缸活塞桿22前端設置螺母24對轉接板25進行限位，轉接板25同時與壓力軸滑板14采用螺釘固定連接，在轉接板25與氣缸活塞桿22之間串聯(lián)設置壓力補償元件23，壓力補償元件23 —端與轉接板25連接，另一端與氣缸活塞桿22連接。
[0030]本發(fā)明中所述的壓力軸導軌20采用氣浮導軌，所述的氣缸21采用恒壓氣缸，在轉接板25氣缸活塞桿22的結合部位可設置石墨導套以減小摩擦，所述的壓力補償元件23可采用具有對置氣墊的恒壓式氣浮支承，在受到葉片9表面型面誤差影響時，砂帶磨頭部件10帶動壓力軸滑板14及轉接板25能夠沿X方向發(fā)生微米量級的移動，串聯(lián)設置在轉接板25與氣缸活塞桿22之間的恒壓式氣浮支承可利用自身對置氣墊的壓力平衡作用實現(xiàn)壓力補償。
[0031]參見圖1和圖4，所述的砂帶磨頭部件10包括基板10-1和設置在基板10-1上的接觸輪支架10-7、驅動輪支架10-6和張緊輪支架10-2，接觸輪10-8、驅動輪10_5和張緊輪10-3分別設置在接觸輪支架10-7、驅動輪支架10-6和張緊輪支架10-2上，砂帶10_9包絡在接觸輪10-8、驅動輪10-5和張緊輪10-3外側，通過調整張緊輪10-3的位置調整砂帶10-9的張緊力，砂帶10-9的運動方向位于垂直于葉片9回轉軸線的平面內，基板10-1與壓力軸滑板14固定連接，在基板10-1上安裝變頻無級調速交流電機10-10，其通過同步帶傳動部件10-4變速后帶動驅動輪10-5轉動。
[0032]本發(fā)明在實際結構設計當中，要求接觸輪外圓砂帶的拋磨加工點處于壓力軸氣缸活塞的軸線上。另外，設置配重部件用于平衡豎直軸運動部件的重力。
[0033]本發(fā)明中所述的具有對置氣墊的恒壓式氣浮支承的工作原理如圖5所示，當定子234與動子231之間沿X方向產(chǎn)生相對位移時，左氣膜232與右氣膜235的厚度會發(fā)生變化，在節(jié)流器233作用下，氣膜壓力也會隨之發(fā)生變化；當左氣膜232的厚度減小而右氣膜235的厚度增加時，動子231會受到一個沿X負方向的壓力增量，反之，當左氣膜232的厚度增加而右氣膜235的厚度減小時，動子231會受到一個沿X正方向的壓力增量。在本發(fā)明的具體實施中，當采用具有對置氣墊的恒壓式氣浮支承作為壓力補償元件23時，可將其定子234與氣缸活塞桿22連接，動子231與轉接板25連接，則壓力補償元件23的作用壓力等于左氣膜232的氣膜壓力與右氣膜235的氣膜壓力的差值；在加工開始時，由于接觸輪10-8與葉片9預壓的作用，右氣膜235的厚度大于左氣膜232的厚度，在加工過程中當拋磨接觸點朝葉片自身偏離時(實際型面相對理想型面為凹陷狀態(tài)時)，即動子231相對定子234向X負方向偏移時，左氣膜232的厚度增加，其氣膜壓力減小，右氣膜235的厚度減小，其氣膜壓力增大，則壓力補償元件23的作用壓力隨之減小，拋磨去除量也隨之減?。环粗?，當拋磨接觸點遠離葉片自身時(實際型面相對理想型面為凸起狀態(tài)時)，即動子231相對定子234向X正方向偏移時，左氣膜232的厚度減小，其氣膜壓力增大，右氣膜235的厚度增加，其氣膜壓力減小，即壓力補償元件23的作用壓力隨之增大，拋磨去除量也隨之增大；所述左氣膜232與右氣膜235的氣膜設計厚度為15?30微米。
[0034]本發(fā)明所述的一種自適應修型葉片砂帶拋磨機床的工作過程如下:首先由葉片9的理想型面生成加工軌跡，在加工起始時，接觸輪10-8與葉片9之間進行預壓，即氣缸21處于恒定工作壓力狀態(tài)，通過X軸拖板4帶動砂帶磨頭部件10的進給調整使壓力補償元件23存在一定的預壓力，加工時通過數(shù)控系統(tǒng)控制使X軸、Y軸、Z軸和C軸實現(xiàn)聯(lián)動插補，使接觸輪10-8與加工型面的理論接觸點沿著由葉片9的理想型面生成的加工軌跡進行插補運動，在該過程中，氣缸21保持恒定的工作壓力，而壓力補償元件23根據(jù)上述原理自適應調整壓力大小，接觸輪10-8與加工型面之間的法向壓力Fpg在加工過程中的變化趨勢如圖6所示，拋磨去除量也會隨著Fpg的變化而發(fā)生變化，從而實現(xiàn)了葉片拋磨加工的自適應修型，在保證實現(xiàn)葉片拋光的前提下，可以在一定程度上修正葉片表面的面型誤差和波紋度，提尚葉片的面型精度。
【權利要求】
1.一種自適應修型葉片砂帶拋磨機床，其特征在于:包括床身(I)、立柱(13)、X軸拖板⑷、Z軸拖板(6)、C軸轉臺(7)、頂尖座(16)、Y軸滑塊(15)、壓力軸滑板(14)、壓力軸導軌(20)和砂帶磨頭部件(10);其中， X軸拖板⑷由安裝在床身⑴上的X軸導軌⑵導向，并由安裝在床身⑴內的X軸絲杠傳動部件(3)驅動，能夠沿前后方向水平運動，在X軸拖板(4)上端沿與X軸垂直方向安裝Z軸導軌(5)，Z軸拖板(6)由Z軸導軌(5)導向并由安裝在X軸拖板⑷內的Z軸絲杠傳動部件(19)驅動，能夠沿左右方向水平運動，立柱(13)安裝在床身(I)上端后側，Y軸導軌(12)沿豎直方向安裝在立柱(13)前端面上，Y軸滑塊(15)由Y軸導軌(12)導向，并由安裝在立柱(13)內的Y軸絲杠傳動部件(11)驅動，能夠沿豎直方向運動； 在Z軸拖板(6)上端左側設置C軸轉臺(7)，加工時葉片(9)在榫頭部位由安裝在C軸轉臺(7)上的夾具(8)夾緊，并由頂尖座(16)沿擺動軸回轉軸線方向將其頂緊，C軸轉臺(7)、頂尖座(16)與葉片(9)的回轉軸線同軸，頂尖座(16)安裝在頂尖座拖板(17)上，頂尖座拖板(17)與導向塊(18)之間采用燕尾導軌配合，頂尖座拖板(17)帶動頂尖座(16)能夠沿其軸線移動，導向塊(18)安裝在Z軸拖板(6)上端右側； 壓力軸滑板(14)由沿X方向設置在Y軸滑塊(15)上端面的壓力軸導軌(20)導向，能夠沿前后方向水平移動，砂帶磨頭部件(10)安裝在壓力軸滑板(14)上端。
2.根據(jù)權利要求1所述的自適應修型葉片砂帶拋磨機床，其特征在于:Y軸滑塊(15)下設置氣缸(21)，氣缸活塞桿(22)穿過轉接板(25)上的通孔，并在氣缸活塞桿(22)前端設置螺母(24)對轉接板(25)進行限位，轉接板(25)同時與壓力軸滑板(14)采用螺釘固定連接，在轉接板(25)與氣缸活塞桿(22)之間串聯(lián)設置壓力補償元件(23)，壓力補償元件(23) —端與轉接板(25)連接，另一端與氣缸活塞桿(22)連接。
3.根據(jù)權利要求2所述的自適應修型葉片砂帶拋磨機床，其特征在于:壓力軸導軌(20)采用氣浮導軌，氣缸(21)采用恒壓氣缸，在轉接板(25)與氣缸活塞桿(22)的結合部位設置石墨導套以減小摩擦，所述的壓力補償元件(23)采用具有對置氣墊的恒壓式氣浮支承；在受到葉片(9)表面型面誤差影響時，砂帶磨頭部件(10)帶動壓力軸滑板(14)及轉接板(25)能夠沿X方向發(fā)生微米量級的移動，串聯(lián)設置在轉接板(25)與氣缸活塞桿(22)之間的恒壓式氣浮支承利用自身對置氣墊的壓力平衡作用實現(xiàn)壓力補償。
4.根據(jù)權利要求1所述的自適應修型葉片砂帶拋磨機床，其特征在于:砂帶磨頭部件(10)包括基板(10-1)和設置在基板(10-1)上的接觸輪支架(10-7)、驅動輪支架(10-6)和張緊輪支架(10-2)，接觸輪(10-8)、驅動輪(10-5)和張緊輪(10-3)分別設置在接觸輪支架(10-7)、驅動輪支架(10-6)和張緊輪支架(10-2)上，砂帶(10-9)包絡在接觸輪(10_8)、驅動輪(10-5)和張緊輪(10-3)外側，通過調整張緊輪(10-3)的位置調整砂帶(10-9)的張緊力，砂帶(10-9)的運動方向位于垂直于葉片(9)回轉軸線的平面內，基板(10-1)與壓力軸滑板(14)固定連接，在基板(10-1)上安裝變頻無級調速交流電機(10-10)，其通過同步帶傳動部件(10-4)變速后帶動驅動輪(10-5)轉動。
【文檔編號】B24B21/16GK104440474SQ201410726896
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月28日 優(yōu)先權日:2014年11月28日
【發(fā)明者】薛飛, 宋冬冬 申請人:西安交通大學