本發(fā)明涉及一種葉片打磨機(jī)器人工作站及葉片打磨方法。

背景技術(shù)：

葉片是發(fā)動(dòng)機(jī)、汽輪機(jī)等裝置的核心部件，由于其復(fù)雜的曲面結(jié)構(gòu)，以及比較苛刻的應(yīng)用環(huán)境，使得葉片成為最為典型的難加工結(jié)構(gòu)件。在我國(guó)，一般的制造工藝都是先制造葉片模具然后再利用模具制造毛坯。但毛坯無(wú)論是模鍛、還是鑄造出，生產(chǎn)后都會(huì)留出一定的余量，需要進(jìn)行打磨和拋光才能投入使用。而若利用銑削作為葉片輪廓的粗加工，刀具的紋路特別明顯，所以也必須對(duì)葉片進(jìn)行打磨和拋光才能投入使用。

目前工業(yè)生產(chǎn)中對(duì)葉片的打磨絕大多數(shù)還是對(duì)葉片毛坯利用普通磨床采用人工打磨方式。這種方式不僅需要耗費(fèi)大量人力資源、浪費(fèi)大量的打磨拋光耗材，而且打磨效率低、葉片成品率低、葉片型面一致性差，打磨產(chǎn)生的有毒氣體和金屬磨料粉塵會(huì)對(duì)人身造成危害。在科技日新月異的今天，自動(dòng)化打磨設(shè)備替代傳統(tǒng)手工打磨方式勢(shì)在必行。

在機(jī)加方面，葉片的葉盆與葉背表面分別為內(nèi)弧式曲面和外弧式曲面，沒(méi)有適合的函數(shù)模型，不利于一般形式的機(jī)加加工。而葉片通常的機(jī)加方式多采用多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床，而多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床所采用的數(shù)控系統(tǒng)一般屬于高端數(shù)控系統(tǒng)，價(jià)格較為昂貴。并且由于剛體剛性或者材料成本關(guān)系對(duì)機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)的要求是盡量緊湊的，如要實(shí)現(xiàn)加工葉片中額外的如測(cè)量反饋功能會(huì)對(duì)整機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)的要求更高。另外數(shù)控系統(tǒng)的坐標(biāo)系一般使用直角坐標(biāo)系統(tǒng)，操作及編程開(kāi)發(fā)較為復(fù)雜，不利于加工葉片這種復(fù)雜曲面。而一些加工方式如銑削，若要達(dá)到一定良好的加工表面，加工效率往往很低，對(duì)于目前我國(guó)各廠通過(guò)模具制造葉片的工藝流程來(lái)說(shuō)并不適用，也不利于對(duì)葉片的成批量生產(chǎn)。

相對(duì)于數(shù)控磨削機(jī)床成本高，缺乏柔性，設(shè)備使用范圍窄，可拓展范圍小等諸多缺點(diǎn)而言，機(jī)器人柔性磨削加工系統(tǒng)具有靈活性高、通用性強(qiáng)、易于擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)，而且由于機(jī)器人柔性磨削加工系統(tǒng)基于通用設(shè)備，造價(jià)和開(kāi)發(fā)成本大大低于機(jī)床。

近年來(lái)，通過(guò)人們不斷地嘗試和研究，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)得到了飛速的發(fā)展，并朝著技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化和設(shè)備的通用化方向邁進(jìn)。機(jī)器人技術(shù)也逐漸形成一門(mén)獨(dú)立的新興學(xué)科，推動(dòng)了工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的迅速前進(jìn)。由于歐美國(guó)家在機(jī)器人磨削領(lǐng)域研發(fā)力度的加大和關(guān)鍵技術(shù)的突破，美國(guó)、芬蘭等國(guó)家相繼推出了商用的機(jī)器人磨削系統(tǒng)。國(guó)際上最具有代表性的機(jī)器人砂帶磨削加工系統(tǒng)有美國(guó)GE公司的汽輪機(jī)葉片磨削系統(tǒng)，芬蘭ORAS公司的水暖管件(水龍頭)機(jī)器人磨削系統(tǒng)。日本MOTOMAN機(jī)器人公司的水龍頭機(jī)器人磨削系統(tǒng)使用MOTOMAN機(jī)器人，主要用于水龍頭工件外表面的磨削和拋光加工，系統(tǒng)的特點(diǎn)是其擁有一套自編程系統(tǒng)，可以自動(dòng)生成機(jī)器人加工程序。這些系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用適用于一些材料易于加工、精度要求較低，表面光潔度較高的毛坯的打磨和拋光。

本發(fā)明目的在于設(shè)計(jì)制造整體的機(jī)器人葉片打磨站，通過(guò)實(shí)施打磨工藝，完成模具鑄造出的中小型葉片的后續(xù)粗、中打磨。本發(fā)明可以替代工人手動(dòng)磨削，降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善葉片打磨的環(huán)境。解決加工效率低、成品率低、葉型差、葉片型面一致性差的問(wèn)題，并且本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，基于通用設(shè)備的開(kāi)發(fā)，操作簡(jiǎn)單，生產(chǎn)調(diào)試周期短，適用性強(qiáng)，成本較低。軟件編制的功能豐富，便于生產(chǎn)加工。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提供了一種葉片打磨機(jī)器人工作站及葉片打磨方法，解決加工效率低、成品率低、葉型差、葉片型面一致性差的問(wèn)題。

本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種葉片打磨機(jī)器人工作站，包括工業(yè)關(guān)節(jié)機(jī)器人、葉盆葉背打磨砂帶機(jī)、葉片葉根打磨機(jī)、葉片定位工裝、高精度測(cè)量傳感器、除塵器、主控柜及安全圍欄；

所述工業(yè)關(guān)節(jié)機(jī)器人作為夾持設(shè)備，并且該工業(yè)關(guān)節(jié)機(jī)器人作為該設(shè)備的主體，并在工業(yè)關(guān)節(jié)機(jī)器人末端上安裝葉片定位工裝；

所述葉盆葉背打磨砂帶機(jī)其砂帶由柔性接觸輪帶動(dòng)進(jìn)行打磨，無(wú)需更換刀具即可完成葉片葉盆和葉背的磨削加工；

所述葉片葉根打磨機(jī)采用砂輪作為葉片葉根打磨刀具；

所述葉片定位工裝安裝待磨削工件，用于加工不同型號(hào)的工件；

所述高精度測(cè)量傳感器用于葉片及夾具的測(cè)量及檢測(cè)；

所述除塵器用于去除打磨過(guò)程中的有毒煙塵和金屬、磨料粉塵。

本發(fā)明還提供了一種采用如權(quán)利要求1所述的葉片打磨機(jī)器人工作站進(jìn)行葉片打磨的方法，包括定標(biāo)步驟、建模步驟、曲面設(shè)計(jì)和刀具路徑設(shè)計(jì)及仿真步驟、編制軟件步驟及生產(chǎn)加工步驟；

所述定標(biāo)步驟，通過(guò)光電設(shè)備確定各部件的坐標(biāo)系；

所述建模步驟，運(yùn)用3D軟件建立準(zhǔn)確的葉片模型；

所述曲面設(shè)計(jì)和刀具路徑設(shè)計(jì)及仿真步驟，在CAM軟件中根據(jù)需求設(shè)定參數(shù)，按照進(jìn)刀量、進(jìn)刀次數(shù)、進(jìn)刀速度及剩余磨量由CAM軟件生成葉片打磨的刀路，并聯(lián)合機(jī)器人軟件仿真；

所述編制軟件步驟，將加工刀路路徑程序轉(zhuǎn)換為機(jī)器人的葉片加工軌跡程序，同時(shí)編制主程序?qū)崿F(xiàn)測(cè)量、檢測(cè)、報(bào)警、補(bǔ)償功能；

所述生產(chǎn)加工步驟，執(zhí)行整體設(shè)備打磨測(cè)量動(dòng)作，即由機(jī)器人系統(tǒng)調(diào)用執(zhí)行加工。

進(jìn)一步的，所述葉片加工軌跡程序是基于CAM軟件應(yīng)用機(jī)器人離線編程技術(shù)生成。

進(jìn)一步的，所述生產(chǎn)加工步驟具體包括：

步驟A，設(shè)置葉片參數(shù)，安裝夾具及工件；

步驟B，高精度測(cè)量傳感器定點(diǎn)進(jìn)行夾具檢測(cè)和工件檢測(cè)；

步驟C，測(cè)量并計(jì)算出余量確定加工范圍；

步驟D，機(jī)器人開(kāi)始打磨；

步驟E，打磨后，高精度測(cè)量傳感器進(jìn)行二次工件余量測(cè)量，根據(jù)二次測(cè)量余量判斷是否達(dá)到要求，如果達(dá)到要求則加工完成，如果未達(dá)到要求則將偏差補(bǔ)償后繼續(xù)磨削至設(shè)定尺寸從而完成加工。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果：

本發(fā)明使用工業(yè)關(guān)節(jié)機(jī)器人作為工作站的主體，工業(yè)關(guān)節(jié)機(jī)器人多軸多自由度的特點(diǎn)有利于對(duì)復(fù)雜的曲面進(jìn)行加工，而且機(jī)械結(jié)構(gòu)基于通用設(shè)備，整體設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單，開(kāi)發(fā)周期短。

現(xiàn)有方式采用砂輪磨削方式溫度高，易燒傷，浪費(fèi)磨具材料。本發(fā)明中采用砂帶磨削替代砂輪磨削方式。

現(xiàn)有方式用機(jī)器人示教方式生成加工軌跡程序，本發(fā)明中采用CAM離線編程技術(shù)生成加工軌跡程序替代。

現(xiàn)有方式只是對(duì)葉片葉盆葉背進(jìn)行修型，沒(méi)有對(duì)整體葉片進(jìn)行打磨并利用傳感器確定打磨范圍、控制尺寸。

另外本發(fā)明還應(yīng)用了高精度測(cè)量傳感器。使用高精度測(cè)量傳感器減少打磨的空刀，對(duì)工件的測(cè)量反饋補(bǔ)償也保證了加工精度，提高了成品率。

使用了高效除塵設(shè)備，在磨削過(guò)程中高效除塵設(shè)備可將大部分的帶有煙塵粉塵的空氣吸收過(guò)濾，防止磨屑擴(kuò)散，影響環(huán)境。

附圖說(shuō)明

圖1：葉片打磨機(jī)器人工作站結(jié)構(gòu)圖；

圖2：葉片打磨方法流程圖；

圖3：生產(chǎn)加工流程圖；

①高精度測(cè)量傳感器

②葉盆葉背打磨砂帶機(jī)

③工業(yè)關(guān)節(jié)機(jī)器人

④葉片定位工裝

⑤除塵器

⑥葉片葉根打磨機(jī)

⑦主控柜

⑧安全圍欄

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

實(shí)施例1

參見(jiàn)圖1，圖1為葉片打磨機(jī)器人工作站結(jié)構(gòu)圖，包括工業(yè)關(guān)節(jié)機(jī)器人、葉盆葉背打磨砂帶機(jī)、葉片葉根打磨機(jī)、葉片定位工裝、高精度測(cè)量傳感器、除塵器、主控柜及安全圍欄；

所述工業(yè)關(guān)節(jié)機(jī)器人作為夾持設(shè)備，并且該工業(yè)關(guān)節(jié)機(jī)器人作為該設(shè)備的主體，并在工業(yè)關(guān)節(jié)機(jī)器人末端上安裝葉片定位工裝；

所述葉盆葉背打磨砂帶機(jī)其砂帶由柔性接觸輪帶動(dòng)進(jìn)行打磨，無(wú)需更換刀具即可完成葉片葉盆和葉背的磨削加工；

所述葉片葉根打磨機(jī)采用砂輪作為葉片葉根打磨刀具；

所述葉片定位工裝安裝待磨削工件，用于加工不同型號(hào)的工件；

所述高精度測(cè)量傳感器用于葉片及夾具的測(cè)量及檢測(cè)；

所述除塵器用于去除打磨過(guò)程中的有毒煙塵和金屬、磨料粉塵。

圖2為葉片打磨方法流程圖，包括定標(biāo)步驟、建模步驟、曲面設(shè)計(jì)和刀具路徑設(shè)計(jì)及仿真步驟、編制軟件步驟及生產(chǎn)加工步驟；

所述定標(biāo)步驟，通過(guò)光電設(shè)備確定各部件的坐標(biāo)系；

所述建模步驟，運(yùn)用3D軟件建立準(zhǔn)確的葉片模型；

所述曲面設(shè)計(jì)和刀具路徑設(shè)計(jì)及仿真步驟，在CAM軟件中根據(jù)需求設(shè)定參數(shù)，按照進(jìn)刀量、進(jìn)刀次數(shù)、進(jìn)刀速度及剩余磨量由CAM軟件生成葉片打磨的刀路，并聯(lián)合機(jī)器人軟件仿真；

所述編制軟件步驟，將加工刀路路徑程序轉(zhuǎn)換為機(jī)器人的葉片加工軌跡程序，同時(shí)編制主程序?qū)崿F(xiàn)測(cè)量、檢測(cè)、報(bào)警、補(bǔ)償功能；

所述生產(chǎn)加工步驟，執(zhí)行整體設(shè)備打磨測(cè)量動(dòng)作，即由機(jī)器人系統(tǒng)調(diào)用執(zhí)行加工。

所述葉片加工軌跡程序是基于CAM軟件應(yīng)用機(jī)器人離線編程技術(shù)生成。

參考圖3，圖為生產(chǎn)加工流程圖，步驟A，設(shè)置葉片參數(shù)，安裝夾具及工件；

步驟B，高精度測(cè)量傳感器定點(diǎn)進(jìn)行夾具檢測(cè)和工件檢測(cè)；

步驟C，測(cè)量并計(jì)算出余量確定加工范圍；

步驟D，機(jī)器人開(kāi)始打磨；

步驟E，打磨后，高精度測(cè)量傳感器進(jìn)行二次工件余量測(cè)量，根據(jù)二次測(cè)量余量判斷是否達(dá)到要求，如果達(dá)到要求則加工完成，如果未達(dá)到要求則將偏差補(bǔ)償后繼續(xù)磨削至設(shè)定尺寸從而完成加工。

實(shí)施例2

某廠委托我公司開(kāi)發(fā)適用于通過(guò)模具鑄造出的小型葉片的后續(xù)打磨工藝的整體葉片打磨工藝方法。我公司基于此方法為該廠設(shè)計(jì)多個(gè)快換夾具，并設(shè)計(jì)多種工件刀具路徑程序，調(diào)試并打磨多種型號(hào)的葉片葉型。經(jīng)廠內(nèi)專業(yè)人員的檢測(cè)驗(yàn)收，打磨后的葉片確定滿足余量和表面工藝要求，葉型及型面的一致性都比手工打磨的葉片效果好。機(jī)器人磨削效率相比人工磨削提高50％。

本發(fā)明適應(yīng)于葉片的磨削，目的在于設(shè)計(jì)制造整體的機(jī)器人葉片打磨站，通過(guò)實(shí)施打磨工藝，完成模具鑄造出的中小型葉片的后續(xù)粗、中磨削。機(jī)器人末端安裝有葉片定位工裝，夾具的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于針對(duì)不同型號(hào)的葉片進(jìn)行快速更換。打磨砂帶機(jī)只用一個(gè)接觸輪帶動(dòng)砂帶就可以磨削葉片型面。高精度測(cè)量傳感器用于對(duì)磨削范圍的確定以達(dá)到最快磨削效率。基于CAM加工軟件進(jìn)行了離線編程技術(shù)用于葉片曲面的設(shè)計(jì)和刀具路徑仿真分析，更貼合葉片的軌跡規(guī)劃。本設(shè)備中的軟件功能豐富，便于操作者進(jìn)行自動(dòng)化生產(chǎn)和排除錯(cuò)誤操作。搭配硬件的處理可以實(shí)現(xiàn)工件及夾具檢測(cè)、確定工件余量便于高效加工以及補(bǔ)償?shù)墓δ埽忍岣吡思庸ば剩纸鉀Q了葉形及葉形型面一致性差的問(wèn)題。本發(fā)明整體機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，基于通用設(shè)備的開(kāi)發(fā)便于推廣，操作方便，一鍵式加工避免了過(guò)多的對(duì)于操作者的使用培訓(xùn)。生產(chǎn)調(diào)試開(kāi)發(fā)周期短，適用性強(qiáng)，成本較低。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)葉片打磨由機(jī)器人替代人工進(jìn)行作業(yè)，大量減少了人力輸出，極大改善了工人的勞動(dòng)環(huán)境，減少的企業(yè)生產(chǎn)成本。

以上對(duì)本發(fā)明所提供的一種葉片打磨機(jī)器人工作站及葉片打磨方法，進(jìn)行了詳細(xì)介紹，本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說(shuō)明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實(shí)施方式及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處，綜上所述，本說(shuō)明書(shū)內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。