試論整體葉盤機(jī)器人自動(dòng)化拋光技術(shù)

【摘 要】整體葉盤技術(shù)是一種在航天航空領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛的技術(shù)，其技術(shù)的核心在于結(jié)構(gòu)與技術(shù)的綜合。整體夜盤技術(shù)的應(yīng)用能夠極大的提高機(jī)械的性能，并對(duì)機(jī)械的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)化，減少了機(jī)械能耗以及故障發(fā)生率，使得整體的性能有了極大的提升。本文從整體葉盤的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)技術(shù)入手，分析了這一技術(shù)在應(yīng)用型機(jī)器人拋光過程中的應(yīng)用，并對(duì)具體工藝的控制提出了一些建議。

【關(guān)鍵詞】整體葉盤；機(jī)器人；自動(dòng)化拋光

整體葉盤技術(shù)在20世紀(jì)80年代第一次出現(xiàn)，當(dāng)時(shí)的整體葉盤技術(shù)主要是用于將發(fā)動(dòng)機(jī)的葉片進(jìn)行整合，對(duì)于一些結(jié)構(gòu)復(fù)雜、操作性差的機(jī)器具有良好的應(yīng)用效果。當(dāng)前我國(guó)對(duì)整體葉盤的加工主要有數(shù)字加工和手工加工兩種模式。這兩種方式在加工效率和質(zhì)量上都難以有良好的保障，尤其是手工加工的方式下，加工人員需要長(zhǎng)期在惡劣的工作環(huán)境中進(jìn)行工作，并且故障的發(fā)生率極高，不光給企業(yè)造成了經(jīng)濟(jì)損失，甚至?xí){到加工人員的生命安全。機(jī)器人的自動(dòng)拋光技術(shù)較好的解決了這些問題。

1.整體葉盤的結(jié)構(gòu)特性

與傳統(tǒng)的葉盤結(jié)構(gòu)相比，整體葉盤在結(jié)構(gòu)的整體性上有了明顯的提高。在整體葉盤結(jié)構(gòu)中省去了榫頭、榫槽等部件，較少了氣流在榫頭上的損失，同時(shí)還減輕了整體葉盤的重量。此外，在整體葉盤的結(jié)構(gòu)上采用的是窄流道的布局方式，能夠有效的提高氣體的流動(dòng)性，但這也給整體葉盤的拋光帶來了一定的難度，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

首先，在整體葉盤中盤體的結(jié)構(gòu)通常是錐型的，從而導(dǎo)致重量分布不均勻，通道較窄，可使用的模具類型十分有限，在加工的過程中還容易對(duì)葉盤產(chǎn)生損害。

第二，整體葉盤的葉片較薄，延展性大，但強(qiáng)度差，一旦受到外力作用容易發(fā)生形變甚至斷裂的現(xiàn)象，并且拋光的程度難以控制，在拋光的過程中容易產(chǎn)生拋光過度的現(xiàn)象。

第三，由于整體葉盤的葉盤結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，在數(shù)據(jù)計(jì)算的過程中容易產(chǎn)生誤差，另外，拋光設(shè)備的使用、夾具的使用、機(jī)床的操作過程等都容易使數(shù)據(jù)發(fā)生偏差，從而導(dǎo)致最終的成品不符合加工要求。

第四，整體葉盤的排氣口在兩邊，并且在橫截面積上較小，在形狀輪廓上也有較高的要求，在外力的作用下容易產(chǎn)生磨損或故障。

第五，在整體葉盤的拋光過程中主要采用的是球頭刀，容易對(duì)葉片產(chǎn)生不均勻的拋光效果，在表面的平整光滑度上難以達(dá)到要求。

2.機(jī)床設(shè)計(jì)要求

為了保證整體葉盤的功能實(shí)現(xiàn)及加工質(zhì)量，在拋光工藝上要做到良好的把控，并在保證加工質(zhì)量的前提下，盡量提高加工的經(jīng)濟(jì)性。具體的設(shè)計(jì)要求有以下幾點(diǎn)：

2.1多軸聯(lián)動(dòng)

整體葉盤結(jié)構(gòu)中多曲面，在加工過程中采用多軸聯(lián)動(dòng)的方式可以提高加工效率。在數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展下，多軸聯(lián)動(dòng)的加工方式已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)，對(duì)于部分部件的加工甚至能夠達(dá)到五軸以上的聯(lián)動(dòng)。多軸聯(lián)動(dòng)的加工方式不僅能夠提高材料的利用效率，還能減少刀具對(duì)材料的影響。

2.2高精度

整體葉盤的拋光對(duì)于精度的要求較高，為此首先應(yīng)當(dāng)保證數(shù)據(jù)計(jì)算的精確性，其次在加工設(shè)備的選擇上也應(yīng)盡量選擇穩(wěn)定性高、加工效率高的加工設(shè)備。當(dāng)前我國(guó)的整體葉盤加工對(duì)于精度的要求已經(jīng)達(dá)到了納米級(jí)別，并通過機(jī)床的有效調(diào)控得以實(shí)現(xiàn)。要保證加工表面具有良好的表面一致性，形成均勻的拋光紋路，必須使切觸點(diǎn)數(shù)量與加工表面外形很好地結(jié)合起來。

2.3自動(dòng)化程度高

提高整體葉盤加工的自動(dòng)化程度可以有效減少外部因素對(duì)加工效果的影響，此外還能有效提高加工的效率，降低加工成本，確保企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

3.關(guān)鍵零部件設(shè)計(jì)

3.1直線導(dǎo)軌

直線導(dǎo)軌是整體葉盤中重要的部件，在一定程度上直線導(dǎo)軌的質(zhì)量將直接決定數(shù)控機(jī)床的功能。當(dāng)前，我國(guó)在整體葉盤加工中使用的直線導(dǎo)軌主要是滾柱式的直線導(dǎo)軌。這種直線導(dǎo)軌強(qiáng)度大、穩(wěn)定性強(qiáng)、摩擦系數(shù)小、使用年限長(zhǎng)，對(duì)于提高加工的精度和效率具有良好的效果。

3.2滾珠絲

滾珠絲的作用主要是將葉片的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，因此滾珠絲是作為直線驅(qū)動(dòng)設(shè)置在整體葉盤結(jié)構(gòu)中的。滾珠絲可以提高數(shù)控機(jī)床的加工速率以及加工精度。選用傳動(dòng)效率高、定位精度高、傳動(dòng)可逆性、使用壽命長(zhǎng)和同步性能好的內(nèi)循環(huán)墊片預(yù)緊螺母式滾珠絲。

3.3柔性磨頭

柔性磨頭是實(shí)現(xiàn)葉盤表面拋光效果的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。柔性磨頭通常由四個(gè)氣缸和四個(gè)傳感器構(gòu)成。通過柔性磨頭的使用可以實(shí)現(xiàn)拋光磨具與工件間壓力數(shù)據(jù)的采集、傳送及調(diào)節(jié)。3個(gè)氣缸通過氣缸座安裝于電主軸套上，用來調(diào)節(jié)徑向的壓力，軸向氣缸安裝于拋光機(jī)構(gòu)的頂部，用來調(diào)節(jié)軸向的。

3.4刀位點(diǎn)數(shù)據(jù)生成

拋光軌跡主要是指刀具切觸點(diǎn)的運(yùn)行軌跡，要保證拋光紋路的均勻，就需要加工表面外形與使切觸點(diǎn)數(shù)量吻合，避免出現(xiàn)欠切或過切現(xiàn)象，從而提高加工效率。刀位點(diǎn)數(shù)據(jù)主要是指刀心點(diǎn)的刀軸矢量及坐標(biāo)。具體公式為：

rt=rP+Rn

式中rt表示刀心的點(diǎn)矢；rP表示加工表面點(diǎn)P的點(diǎn)矢；R表示刀具半徑；n表示在P的處加工表面的法向矢量。

3.5切削行距的確定

在滿足設(shè)定的殘余高度下，合理的走刀行距應(yīng)該是最大走刀行距，其與殘余高度和刀具半徑密切相關(guān)。由幾何關(guān)系表示為：

1=2

式中：lh表示切削行距；k表示加工表面沿著切削方向的法曲率。

4.數(shù)控拋光機(jī)總體控制方案設(shè)計(jì)

整體葉盤與傳統(tǒng)的葉盤相比薄度較大，能夠承受的拋光力度較小，為控制葉盤的加工效果，必須制定良好的控制方案。整體葉盤機(jī)器人自動(dòng)化拋光系統(tǒng)由關(guān)節(jié)型機(jī)器人、拋光刀具、機(jī)器人控制器、高精度伺服工作臺(tái)、力傳感器、工業(yè)PC機(jī)等組成。在整體葉盤的控制系統(tǒng)中應(yīng)當(dāng)包括中心的控制計(jì)算機(jī)、數(shù)控設(shè)備、數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備等。通過這些設(shè)備的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)對(duì)柔性磨頭的數(shù)字化控制，從而確保柔性磨頭能夠進(jìn)行精確、規(guī)范的作業(yè)，此外這一控制系統(tǒng)的使用還實(shí)現(xiàn)了對(duì)加工效果的實(shí)時(shí)監(jiān)控，操作人員能夠根據(jù)加工的效果調(diào)整機(jī)器的運(yùn)行和加工流程。

整體葉盤的外部造型也是控制的主要內(nèi)容。在進(jìn)行外部造成的加工前需要先通過計(jì)算機(jī)模擬葉片的截面曲線，在通過光順處理和放樣處理來確定加工的細(xì)節(jié)。內(nèi)、外環(huán)實(shí)體的造型是先生成內(nèi)、外環(huán)截面封閉曲線，再通過中心軸旋轉(zhuǎn)掃描而成。

5.結(jié)語

實(shí)現(xiàn)拋光刀具軌跡的自動(dòng)生成，構(gòu)建整體葉盤自動(dòng)化拋光系統(tǒng)，利用工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行整體葉盤的自動(dòng)化拋光，可以克服手工打磨的不足，提高拋光效率，完善整體葉盤表面質(zhì)量。拋光機(jī)器人的控制是一個(gè)復(fù)雜工程，現(xiàn)在處于摸索階段，需要進(jìn)一步完善，才能使本系統(tǒng)具有更強(qiáng)的控制能力。 [科]

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