一种航空发动机叶片自动化激光冲击强化工艺装备系统技术方案

本发明专利技术公开了一种航空发动机叶片自动化激光冲击强化工艺装备系统，包括：底座，所述底座上设有上下料机械手、工作机械手、反求机构、涂敷装置和激光冲击强化装置；所述上下料机械手用于抓取叶片并将叶片放置到反求机构上，所述反求机构包括相互连接的反求仪和控制器，所述反求仪能够生成所述叶片的三维数字量，所述控制器根据三维数字量生成用于涂敷和激光冲击强化的工作路径，并将所述工作路径传输至工作机械手；上下料机械手将叶片放入随行夹具内，由工作机械手按照所述工作路径带动叶片至相应的位置完成涂敷和激光冲击强化操作。本发明专利技术随行夹具与叶片，随行夹具与机械手的独立的定位夹紧系统使叶片相对于机械手的位置固定。定位夹紧系统使叶片相对于机械手的位置固定。定位夹紧系统使叶片相对于机械手的位置固定。

【技术实现步骤摘要】
一种航空发动机叶片自动化激光冲击强化工艺装备系统


[0001]本专利技术涉及激光冲击
，尤其涉及一种航空发动机叶片自动化激光冲击强化工艺装备系统。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]激光冲击强化技术广泛应用于航空航天、船舶、化工等方面，对于航空发动机叶片而言，工作环境温度高、负荷大、应力状态复杂、工作环境非常恶劣，所以表面强化必不可少，对于表面强化而言，早期技术主要以喷丸强化为主，喷丸强化以其设备简单，成本低廉而受到广泛采用，但随着航空航天技术的发展使得叶片工作环境更加极端、对叶片抗疲劳能力的需求不断提高，喷丸强化便逐渐不再作为高精尖叶片表面处理技术的主要手段；
[0004]激光冲击强化是在传统喷丸基础上发展起来的新型强化技术。其采用高频、高功率、短脉冲激光束穿过中间约束层(水)冲击带有吸收层(黑漆)的工件表面，吸收层受激光辐照迅速气化、电离，形成等离子体。等离子体持续吸收能量体积急剧膨胀，其膨胀过程受到约束层的约束作用，产生向靶材内部传播的强冲击波。由于冲击波的峰值压力(GPa级)远远高于材料的动态屈服强度，可引起材料表层内部组织的改变，进而改善材料的微观结构及其应力分布，提高其抗疲劳、抗磨损和抗应力腐蚀等性能。
[0005]现有技术公开了一种叶片定位和固定装置，采用六个类“支承钉”实现六点定位原理,并且以叶片榫头的两个支承钉作为主定位平面，在主定位平面的一侧设有顶杆，手动拧动顶杆实现夹紧，但顶杆与两个支承钉的夹紧导致叶片在榫头部位产生弯矩，导致叶身部位因此而产生微小位移，激光聚焦位置发生偏移，影响激光冲击强化效果，并且采用紧定螺钉作为锁紧装置，但在激光冲击强化过程中，每次脉冲都会存在一次振动，多次振动的累加使得紧定螺钉产生松动，造成夹紧不可靠。
[0006]现有技术公开了一种飞机叶片夹具，该夹具采用与榫头形状相同的成型夹具，该夹具虽可同时实现定位与夹紧，但在夹具的加工制造过程中，其成型夹具的加工难度几乎等同于再一次加工汽轮机轮盘，并且夹具需要反复夹紧不同的飞机叶片，不同的飞机叶片存在不同的误差，所以每一次夹紧后的相对位置都有微小变化，甚至还有夹不紧的状况产生，如此会使激光冲击强化效果减弱，严重者更会在强化过程中出现掉落，从而伤害到操作人员。
[0007]现有技术公开了一种随动式激光冲击强化处理装置和方法，该专利公开了一种光水同轴的随动式激光冲击强化装置，将吸收层构成的吸收带紧贴于激光冲击头，通过电机转动来输送吸收带，虽然该专利使用的吸收带不贴附于工件表面，但是该专利智能应用于大平面的激光冲击强化，面对具有自由平面的叶片，尤其是在叶根部位，吸收带便无法贴附叶片表面，导致激光冲击强化效果不佳，叶片的抗疲劳寿命降低，叶片的工作时长也会大大减少。
[0008]综上所述，目前的航空发动机叶片激光冲击强化过程中，存在如下技术问题：
[0009](1)运动夹持机构在激光脉冲过程中会产生松动的情况，从而影响激光冲击强化效果；
[0010](2)夹持部分的形状设计更是直接影响重复夹装的精度，致使每次激光冲击强化加工效果都不一样，良莠不齐；
[0011](3)由于夹具的设计精度不高，容易导致机械手在调整角度过程中干涉激光，产生事故。

技术实现思路

[0012]为了解决上述问题，本专利技术提出了一种航空发动机叶片自动化激光冲击强化，上下料机械手通过与漫反射光电传感器的联动，完成反求工作的叶片的装夹，通过反求仪生成航空发动机叶片叶身部位的三维数字量，电脑根据激光冲击强化的不同位置，筛选出不同的加工位置，生成相应的加工路径，并将该加工路径数据传输到工作机械手上，工作机械手通过与两个漫反射光电传感器的联动实现随行夹具的夹装，确定叶片与机械手的相对坐标，通过该加工路径，完成吸收层的涂敷与激光冲击强化。
[0013]在一些实施方式中，采用如下技术方案：
[0014]一种航空发动机叶片自动化激光冲击强化工艺装备系统，包括：底座，所述底座上设有上下料机械手、工作机械手、反求机构、涂敷装置和激光冲击强化装置；
[0015]所述上下料机械手用于抓取叶片并将叶片放置到反求机构上，所述反求机构包括相互连接的反求仪和控制器，所述反求仪能够生成所述叶片的三维数字量，所述控制器根据三维数字量生成用于涂敷和激光冲击强化的工作路径，并将所述工作路径传输至工作机械手；
[0016]所述工作机械手上设有用于夹紧叶片的随行夹具；上下料机械手将叶片放入随行夹具内，由工作机械手按照所述工作路径带动叶片至相应的位置完成涂敷和激光冲击强化操作。
[0017]进一步地，还包括：用于存放待处理叶片的上料架和用于存放激光冲击强化处理后叶片的下料架；所述上料架或者下料架包括气缸、夹紧件和漫反射光电开关；所述漫反射光电开关检测到上下料机械臂后，通过气缸控制夹紧件松开，以使上下料机械臂将叶片取出。
[0018]进一步地，所述反求机构还包括：底座，所述底座上分别设有夹具、X轴进给装置和Z轴进给装置；
[0019]夹具设置在X轴进给装置上，并能够沿X轴方向移动；反求仪设置在Z轴进给装置上，并能够沿Z轴方向移动；
[0020]夹具沿X轴方向移动时，反求仪能够对夹具上的叶片进行反求。
[0021]进一步地，所述夹具以伺服电机作为主动件，一端采用曲柄滑块的方式实现X轴方向夹紧，另一端采用凸轮推杆机构实现Y轴方向夹紧。
[0022]进一步地，所述反求机构上设有漫反射式光电开关，所述漫反射式光电开关能够在检测到夹具到达设定位置时，联动上下料机械手进行上下料操作，同时联动控制夹具的夹紧和松开。
[0023]进一步地，所述随行夹具包括：伺服电机、第一夹具体、第二夹具体和第三夹具体；所述伺服电机主轴上连接有螺旋齿轮，螺旋齿轮与螺旋齿圈构成交错轴齿轮副，控制每一个夹具体的直线运动；所述随行夹具夹紧时，第一夹具体、第二夹具体和第三夹具体的端面紧密贴合，形成一个完整的平面。
[0024]进一步地，所述随行夹具上设有锁止装置，所述锁止装置包括：解锁杆、支撑架、杠杆、第一滑块和第二滑块；所述解锁杆一端与随行夹具壳体连接，另一端与第一滑块连接；解锁杆内设有与第一滑块运动方向相反的第二滑块；杠杆通过铰链头与解锁杆连接；支撑架两端设有矩形凹槽，铰链头能够通过矩形凹槽；矩形凹槽的短边作为杠杆的支点；第二滑块和支撑架之间设置弹簧，杠杆穿过所述第二滑块末端的通孔。
[0025]进一步地，工作机械手通过反求中获得的路径实现叶片的吸收层涂敷与激光冲击强化，并在激光冲击强化下部设有水槽收集激光冲击强化过程中的水。
[0026]进一步地，所述底座上还设有随行夹具待机站，用于放置随行夹具并通过轴流风机进行烘干；所述随行夹具待机站上设有解锁杆，用于将随行夹具内的锁止装置解锁，以实现随行夹具脱离工作机械手。
[0027]进一步地，所述随行夹具待机站包括伺服电机以及均匀布置的若干气缸，所述伺服电机通过输出本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种航空发动机叶片自动化激光冲击强化工艺装备系统，其特征在于，包括：底座，所述底座上设有上下料机械手、工作机械手、反求机构、涂敷装置和激光冲击强化装置；所述上下料机械手用于抓取叶片并将叶片放置到反求机构上，所述反求机构包括相互连接的反求仪和控制器，所述反求仪能够生成所述叶片的三维数字量，所述控制器根据三维数字量生成用于涂敷和激光冲击强化的工作路径，并将所述工作路径传输至工作机械手；所述工作机械手上设有用于夹紧叶片的随行夹具；上下料机械手将叶片放入随行夹具内，由工作机械手按照所述工作路径带动叶片至相应的位置完成涂敷和激光冲击强化操作。2.如权利要求1所述的一种航空发动机叶片自动化激光冲击强化工艺装备系统，其特征在于，还包括：用于存放待处理叶片的上料架和用于存放激光冲击强化处理后叶片的下料架；所述上料架或者下料架包括气缸、夹紧件和漫反射光电开关；所述漫反射光电开关检测到上下料机械臂后，通过气缸控制夹紧件松开，以使上下料机械臂将叶片取出。3.如权利要求1所述的一种航空发动机叶片自动化激光冲击强化工艺装备系统，其特征在于，所述反求机构还包括：底座，所述底座上分别设有夹具、X轴进给装置和Z轴进给装置；夹具设置在X轴进给装置上，并能够沿X轴方向移动；反求仪设置在Z轴进给装置上，并能够沿Z轴方向移动；夹具沿X轴方向移动时，反求仪能够对夹具上的叶片进行反求。4.如权利要求3所述的一种航空发动机叶片自动化激光冲击强化工艺装备系统，其特征在于，所述夹具以伺服电机作为主动件，一端采用曲柄滑块的方式实现X轴方向夹紧，另一端采用凸轮推杆机构实现Y轴方向夹紧。5.如权利要求1所述的一种航空发动机叶片自动化激光冲击强化工艺装备系统，其特征在于，所述反求机构上设有漫反射式光电开关，所述漫反射式光电开关能够在检测到夹具到达设定位置时，联动上下料机械手进行上下料操作，同时联动控制夹具的夹紧和松开。6.如...

【专利技术属性】
技术研发人员：李长河，张泽晨，刘波，周宗明，张舜，王彬伟，姚佳志，李昂，高巍，张宇，卢秉恒，张彦彬，刘明政，
申请(专利权)人：四川明日宇航工业有限责任公司，
类型：发明
国别省市：