一种超声振动辅助叶片自适应化学机械抛光智能装备及加工方法技术

本发明专利技术涉及一种超声振动辅助叶片自适应化学机械抛光智能装备及加工方法

【技术实现步骤摘要】
一种超声振动辅助叶片自适应化学机械抛光智能装备及加工方法


[0001]本专利技术涉及机械加工设备
，具体而言，尤其涉及一种超声振动辅助叶片自适应化学机械抛光智能装备及加工方法
。

技术介绍

[0002]在当前超精密加工领域，化学机械抛光
(chemical mechanical polishing,CMP)
被广泛认为是平整化加工硬脆材料最理想的方法，其通过化学反应与机械磨削复合作用完成材料的均匀去除，能在实现全局平坦化的条件下获得较高的加工效率
。
目前针对平面和球面的抛光技术已经比较成熟，但是针对复杂曲面
(
例如燃气轮机叶片
)
的超精密抛光工艺理论体系还不完整
。
当前燃气轮机叶片主要采用以机械应力去除材料的抛光方式，例如手工磨抛
、
砂带磨抛
、
机器人磨抛
、
数控磨抛等，这些方式存在抛光表面材料残留明显
、
损伤层大
、
抛光一致性差且抛光效率低等问题，严重制约了高品质燃气轮机的生产
。
因此，亟需研究一种重型燃机叶片高效
、
高精
、
低损伤的抛光方法，以期解决高品质燃气轮机制造难题
。
与传统的抛光工艺相比较，燃气轮机叶片的超精密抛光在材料去除机理
、
加工路径规划
、
抛光设备以及面型修正等方面更加复杂，抛光的效率也更加低，叶片表面所残留的加工刀痕
、
裂纹
、
面型误差以及亚表面的损伤都会对燃气轮机的性能产生很大的影响
。
为了实现高品质燃气轮机的制造，必须从燃气轮机叶片的高质量高效率低损伤制造方向来研究叶片抛光的材料去除工艺
。

技术实现思路

[0003]根据上述提出的技术问题，而提供一种超声振动辅助叶片自适应化学机械抛光智能装备及加工方法，使用整体浸入式化学机械抛光方法，将叶片浸入可旋转的抛光浆料中，通过激光三角测量仪实时检测叶片表面形貌和轮廓精度，进而反馈给总控系统控制叶片的上下往复运动
、
多角度悬停
、
自转和绕主轴公转等运动轨迹，再配合研磨桶的超声振动辅助，实现燃气轮机叶片的自适应化学机械抛光；通过自适应控制技术，能够实现汽轮机叶片表面的高效
、
高精
、
低损伤自适应化学机械抛光，避免了传统抛光过程中因叶片表面不均匀而造成的抛光不足或抛光过度问题以及手工抛光存在的劳动强度大
、
抛光效率低
、
抛光一致性差
、
抛光表面材料残留及划痕杂乱问题，提高了抛光的精度和效率，同时减少了人工干预的时间和成本，降低了生产成本，提高了生产效率和产品质量，对汽轮机叶片加工领域具有一定的推广价值和应用前景
。
[0004]本专利技术采用的技术手段如下：
[0005]一种超声振动辅助叶片自适应化学机械抛光智能装备，包括床身
、
总控系统和设置在床身内的主轴
、
超声振动装置
、
研磨桶
、
抛光液供给装置
、
抛光磨粒供给装置和叶片扫描装置，所述主轴的末端通过夹具与待抛光叶片相连，所述研磨桶设置于主轴下方，且其底端通过超声振动装置与床身的底部相连，所述抛光液供给装置和抛光磨粒供给装置的输出
端能够将抛光液和磨粒输送到研磨桶中，所述叶片扫描装置用于对叶片进行扫描，所述主轴
、
超声振动装置
、
抛光液供给装置
、
抛光磨粒供给装置和叶片扫描装置均与总控系统相连，抛光过程中，待抛光叶片在主轴的控制下进入研磨桶中，并基于叶片扫描装置的数据，总控系统控制主轴
、
超声振动装置
、
抛光液供给装置
、
抛光磨粒供给装置和叶片扫描装置的工作状态，进而调节叶片的上下往复运动
、
多角度悬停
、
自转和绕主轴公转的运动轨迹
。
[0006]进一步地，所述研磨桶为多边形研磨桶，所述研磨桶的下方设置有安装在研磨筒底座上的研磨筒转盘，所述研磨筒转盘与总控系统相连，所述超声振动装置包括超声振动电机和超声振动弹簧，所述超声振动电机的输出端与研磨筒底座中心相连，若干超声振动弹簧设置于研磨筒底座的四周和床身之间
。
[0007]进一步地，所述主轴的输出端连接有可浮动转盘，所述可浮动转盘上开设有导轨，叶片旋转电机通过导轨安装于可浮动转盘上，所述叶片旋转电机的输出端与待抛光叶片相连，所述可浮动转盘上设置有第一力矩传感器，所述力矩传感器和叶片旋转电机与总控系统相连，基于力矩传感器实时获取的抛光过程叶片的受力数据，总控系统控制相应装置动作，调整叶片的运动轨迹；总控系统控制叶片旋转电机在滑轨上的位置，调整叶片绕主轴旋转的线速度，以满足不同类型叶片对不同线速度的抛光要求
。
[0008]进一步地，所述主轴安装于主轴箱内，主轴安装有第二力矩传感器，该力矩传感器用于实时监测抛光过程中可浮动转盘的受力情况，从而调整转速，主轴的轴向旋转和径向移动，带动浮动转盘旋转和上下往复运动，再加上叶片旋转电机使叶片自转和一定角度偏转，从而同时实现叶片绕主轴轴心公转和叶片自转
。
[0009]进一步地，所述抛光液供给装置安装于床身上，其存储有多种抛光液成分，通过总控系统控制与叶片抛光要求相匹配的抛光液经管道输送到研磨桶中；所述抛光磨粒供给装置安装于床身上，其存储有多种不同粒径的磨粒，通过总控系统控制与叶片抛光要求相匹配的磨粒经管道输送到多边形研磨桶中
。
[0010]进一步地，还包括抛光浆料抽吸装置，其与总控系统相连，所述抛光浆料抽吸装置安装于床身上，用于对参与叶片抛光后失效的抛光浆料进行抽吸收集，通过总控系统的分析决定进行抛光浆料回收循环或废浆处理
。
[0011]进一步地，还包括
CCD
监测装置，其与总控系统相连，所述
CCD
监测装置安装于床身上，用于对叶片的装夹
、
定位和抛光过程进行实时监测，设备处于非正常运行状态和
/
或抛光过程中出现异常情况下，及时将信息反馈总控系统
。
[0012]进一步地，所述叶片扫描装置包括激光三角测量仪，所述激光三角测量仪用于对待加工叶片和已加工叶片的表面形貌和轮廓进行全方位扫描，检测数据回传总控系统后，总控系统调节叶片的运动轨迹，实现叶片表面自适应抛光，抛光完成后再次扫描，进行抛光前后对比，总控系统记录每次叶片的抛光数据为后续叶片抛光提供工艺参考
。
[0013]本专利技术还提供了一种基于上述超声振动辅助叶片自适应化学机械抛光智能装备的加工方法，用于对叶片进行自适应化学机械抛光，包括如下步骤：<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种超声振动辅助叶片自适应化学机械抛光智能装备，其特征在于，包括床身
、
总控系统和设置在床身内的主轴
、
超声振动装置
、
研磨桶
、
抛光液供给装置
、
抛光磨粒供给装置和叶片扫描装置，所述主轴的末端通过夹具与待抛光叶片相连，所述研磨桶设置于主轴下方，且其底端通过超声振动装置与床身的底部相连，所述抛光液供给装置和抛光磨粒供给装置的输出端能够将抛光液和磨粒输送到研磨桶中，所述叶片扫描装置用于对叶片进行扫描，所述主轴
、
超声振动装置
、
抛光液供给装置
、
抛光磨粒供给装置和叶片扫描装置均与总控系统相连，抛光过程中，待抛光叶片在主轴的控制下进入研磨桶中，并基于叶片扫描装置的数据，总控系统控制主轴
、
超声振动装置
、
抛光液供给装置
、
抛光磨粒供给装置和叶片扫描装置的工作状态，进而调节叶片的上下往复运动
、
多角度悬停
、
自转和绕主轴公转的运动轨迹
。2.
根据权利要求1所述的超声振动辅助叶片自适应化学机械抛光智能装备，其特征在于，所述研磨桶为多边形研磨桶，所述研磨桶的下方设置有安装在研磨筒底座上的研磨筒转盘，所述研磨筒转盘与总控系统相连，所述超声振动装置包括超声振动电机和超声振动弹簧，所述超声振动电机的输出端与研磨筒底座中心相连，若干超声振动弹簧设置于研磨筒底座的四周和床身之间
。3.
根据权利要求1所述的超声振动辅助叶片自适应化学机械抛光智能装备，其特征在于，所述主轴的输出端连接有可浮动转盘，所述可浮动转盘上开设有导轨，叶片旋转电机通过导轨安装于可浮动转盘上，所述叶片旋转电机的输出端与待抛光叶片相连，所述可浮动转盘上设置有第一力矩传感器，所述力矩传感器和叶片旋转电机与总控系统相连，基于力矩传感器实时获取的抛光过程叶片的受力数据，总控系统控制相应装置动作，调整叶片的运动轨迹；总控系统控制叶片旋转电机在滑轨上的位置，调整叶片绕主轴旋转的线速度，以满足不同类型叶片对不同线速度的抛光要求
。4.
根据权利要求3所述的超声振动辅助叶片自适应化学机械抛光智能装备，其特征在于，所述主轴安装于主轴箱内，主轴安装有第二力矩传感器，该力矩传感器用于实时监测抛光过程中可浮动转盘的受力情况，从而调整转速，主轴的轴向旋转和径向移动，带动浮动转盘旋转和上下往复运动，再加上叶片旋转电机使叶片自转和一定角度偏转，从而同时实现叶片绕主轴轴心公转和叶片自转
。5.
根据权利要求1所述的超声振动辅助叶片自适应化学机械抛光智能装备，其特征在于，所述抛光液供给装置安装于床身上，其存储有多种抛光液成分，通过总控系统控制与叶片抛光要求相匹配的抛光液经管道输送到研磨桶中；所述抛光磨粒供给装置安装于床身上，其存储有多种不同粒径的磨粒，通过总控系统控制与叶片抛光要求相匹配的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张振宇，袁小虎，吴耀文，李定骏，张建普，李启元，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：