【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及高温合金叶片加工的，具体来说，涉及一种具有力位复合控制的高温叶片流道曲面加工装置及方法。
技术介绍
1、高温合金叶片一般用于航空发动机和燃气轮机的涡轮部分，一般工作在超过1000°c的高温环境，其高温机械性能决定了发动机的动力输出能力，其流道型面精度决定了发动机的机械效率，高温叶片及燃烧室和包容机匣构成了航空发动机和燃气轮机的核心机，通常说：一代动力一代新机，就是按照核心机的水平代差区分的。因此，高温叶片的制造水平代表着航空发动机和燃气轮机的技术水平。
2、高温合金叶片所用金属材料一般是镍基合金，均采用熔模铸造精密成型。由于对材料组织性能技术要求较为严格，铸造成品率不高，铸造后叶片流道的尺寸精度一般在0.15mm～0.3mm。对于高温叶片成品要求，一般是要求尺寸精度0.05～0.2mm。因此，铸造成型后的叶片均需再对流道表面进行加工以满足技术要求。
3、鉴于高温叶片高强度的材料性能，无法采用常见的五轴加工中心进行铣削，高昂的刀具消耗使得叶片成本高到不可用，流道加工只能采用磨削方式。
4、目前，高温合金叶片的流道加工绝大多数仍采用手工磨削抛光方式进行，期间需反复与样板进行比对，通过观察叶片截面和样板轮廓的吻合程度，反复修磨，生产效率低、尺寸偏差大，且打磨粉尘对劳动者伤害较大。
5、随着数控机床技术的发展，国内外叶片制造企业采用了数控机床或关节机器人进行流道加工，期间典型代表如下：
6、以北航技术为基础的山东天舟精密机械有限公司阵列式磨削，通过将cbn磨料嵌入
7、加拿大av&r公司的机器人集成加工，采用六关节机械手夹持叶片，分别在周边的砂轮机和砂带机上采用不同工具磨削抛光叶片流道曲面，期间每次磨削后由测量装置进行测量以确定余量，迭代加工。该方案基于叶片余量的测量值，能够较好的完成叶片流道的加工，但由于其最初开发针对的对象是精锻叶片前后缘加工，因此对于叶根部分大余量加工效果不好，目前主要用于铣削后的压气机叶片抛光加工，未在高温叶片流道加工中使用。该方案为力控模式加工，依赖于检测和模型重构，机器人定位精度不高对测量精度有一定的影响，且需反复测量、迭代加工效率不高。
8、重庆三磨海达数控砂带磨床，该方案采用砂带磨削方式，六轴联动磨削抛光流道，在接触压力控制下，能够完成叶片型面和前后缘的磨削抛光。但由于接触轮宽度和直径的影响，单一的砂带磨削工具实质上无法完成r＜3mm的叶根圆角和缘板磨削，尚不能满足高温叶片磨削抛光要求。该机床砂带磨削采用力控模式加工，无法实现可控精度的加工。
9、北京胜为弘技数控砂带磨床，该方案配置了两套砂带磨削装置和砂轮磨削装置，能够以砂带磨削完成叶片型面和前后缘磨削抛光，以砂轮装置进行叶根圆角和缘板抛光，由于两种装置均采用了浮动的压力控制磨削抛光，该方案尚不能对叶根圆角和缘板的大余量进行有效加工。该机床砂带磨削采用力控模式加工，无法实现可控精度的加工。
10、据上所述，对于高温合金叶片流道加工，现有技术中存在的问题和缺点主要为：
11、现有方案无法完整地实现高温叶片流道加工的全部要求，高温合金叶片流道加工既需要小直径工具进行圆角和缘板部位的大余量硬性去除，又需要高效磨削抛光工具对型面和前后缘部位进行小余量磨削抛光，单一工具配置方案缺乏对叶片型面全特征的适用性覆盖。
12、目前的多工具方案虽能在曲面特征的加工适应性上有对策，但加工效率不高，难以满足高温叶片流道加工经济性要求。
13、上述方案，虽有多工具系统的实施例，但或为力控模式或为位置控制模式加工，对于既需要大余量去除又需要小余量抛光的高温叶片不适用，还必须采用人工修磨，严重降低了设备的自动化程度。
技术实现思路
1、针对相关技术中的上述技术问题，本专利技术提供一种具有力位复合控制的高温叶片流道曲面加工装置及方法，能够解决上述问题。
2、为实现上述技术目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：
3、一种具有力位复合控制的高温叶片流道曲面加工装置，包括机械执行系统和控制所述机械执行系统的电气控制系统，所述机械执行系统包括机床床身，所述机床床身包括机床座，所述机床座上端面的一侧垂直设有u型的机床架，所述机床座上设有可沿x轴方向滑移的工件运动机构，所述机床架上设有可沿y轴、z轴方向滑移的工具运动机构，所述工具运动机构位于所述工件运动机构的上方，所述工具运动机构上安装有球头打磨工具和砂带打磨工具，所述工件运动机构包括可绕y轴回转的第一回转件、可绕z轴回转的第二回转件、可绕x轴回转的第三回转件，所述电气控制系统包括控制所述工件运动机构的工件位置控制模块、控制所述工具运动机构的工具位置控制模块和控制打磨工具打磨力度的打磨控制模块。
4、进一步的，所述机床座上滑动连接有工件座板，所述工件座板通过驱动机构四驱动，所述工件座板上端面的前侧固定连接有所述工件运动机构，所述工件座板上端面的后侧固定连接有刀库机构，所述工件座板的后侧端穿过所述机床架下侧的避让开口。
5、进一步的，所述刀库机构包括刀库座，所述刀库座上端设有可转动的电控刀盘，所述电控刀盘上设有若干型号的球头刀具。
6、进一步的，所述工具运动机构包括可沿y轴方向滑移的第一工具座板、可沿z轴方向滑移的第二工具座板和可沿z轴方向滑移的第三工具座板，其中第一工具座板滑动连接于所述机床架的滑轨上并通过驱动机构一驱动，所述第二工具座板滑动连接于所述第一工具座板的滑轨上并通过驱动机构二驱动，所述第三工具座板滑动连接于所述第二工具座板的滑轨上并通过驱动机构三驱动。
7、进一步的，所述第二工具座板上安装有所述球头打磨工具，所述球头打磨工具包括多个通过所述电气控制系统控制的电主轴，所述第三工具座板上安装有所述砂带打磨工具，所述砂带打磨工具包括与所述电主轴相同数量且通过所述电气控制系统控制的砂带打磨机构，所述砂带打磨机构包括砂带和驱动所述砂带的驱动轮组，所述砂带的打磨部分连接有接触轮，所述接触轮通过可调节杆连接有浮动单元。
8、进一步的，所述浮动单元包括安装于所述第三工具座板内侧面上的保护罩，所述保护罩内设有通过所述电气控制系统控制的低摩擦气缸，所述低摩擦气缸的驱动轴连接有导向杆，所述导向杆的一端通过导向组件伸出所述保护罩，所述导向杆的末端通过连接块连接所述可调节杆，所述导向组件包括连接于所述保护罩的密封导向杆套、连接于所述密封导向杆套和所述连本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.具有力位复合控制的高温叶片流道曲面加工装置，包括机械执行系统和控制所述机械执行系统的电气控制系统，其特征在于，所述机械执行系统包括机床床身，所述机床床身包括机床座（100），所述机床座（100）上端面的一侧垂直设有U型的机床架（200），所述机床座（100）上设有可沿X轴方向滑移的工件运动机构，所述机床架（200）上设有可沿Y轴、Z轴方向滑移的工具运动机构，所述工具运动机构位于所述工件运动机构的上方，所述工具运动机构上安装有球头打磨工具和砂带打磨工具，所述工件运动机构包括可绕Y轴回转的第一回转件（510）、可绕Z轴回转的第二回转件（520）、可绕X轴回转的第三回转件（530），所述电气控制系统包括控制所述工件运动机构的工件位置控制模块、控制所述工具运动机构的工具位置控制模块和控制打磨工具打磨力度的打磨控制模块。
2.根据权利要求1所述的具有力位复合控制的高温叶片流道曲面加工装置，其特征在于，所述机床座（100）上滑动连接有工件座板（110），所述工件座板（110）通过驱动机构四驱动，所述工件座板（110）上端面的前侧固定连接有所述工件运动机构，所述工件座板（110
3.根据权利要求2所述的具有力位复合控制的高温叶片流道曲面加工装置，其特征在于，所述刀库机构包括刀库座（310），所述刀库座（310）上端设有可转动的电控刀盘（320），所述电控刀盘（320）上设有若干型号的球头刀具（330）。
4.根据权利要求3所述的具有力位复合控制的高温叶片流道曲面加工装置，其特征在于，所述工具运动机构包括可沿Y轴方向滑移的第一工具座板（410）、可沿Z轴方向滑移的第二工具座板（420）和可沿Z轴方向滑移的第三工具座板（430），其中第一工具座板（410）滑动连接于所述机床架（200）的滑轨上并通过驱动机构一驱动，所述第二工具座板（420）滑动连接于所述第一工具座板（410）的滑轨上并通过驱动机构二驱动，所述第三工具座板（430）滑动连接于所述第二工具座板（420）的滑轨上并通过驱动机构三驱动。
5.根据权利要求4所述的具有力位复合控制的高温叶片流道曲面加工装置，其特征在于，所述第二工具座板（420）上安装有所述球头打磨工具，所述球头打磨工具包括多个通过所述电气控制系统控制的电主轴（421），所述第三工具座板（430）上安装有所述砂带打磨工具，所述砂带打磨工具包括与所述电主轴（421）相同数量且通过所述电气控制系统控制的砂带打磨机构，所述砂带打磨机构包括砂带（431）和驱动所述砂带（431）的驱动轮组（432），所述砂带（431）的打磨部分连接有接触轮（433），所述接触轮（433）通过可调节杆连接有浮动单元（440）。
6.根据权利要求5所述的具有力位复合控制的高温叶片流道曲面加工装置，其特征在于，所述浮动单元（440）包括安装于所述第三工具座板（430）内侧面上的保护罩（441），所述保护罩（441）内设有通过所述电气控制系统控制的低摩擦气缸（442），所述低摩擦气缸（442）的驱动轴连接有导向杆，所述导向杆的一端通过导向组件伸出所述保护罩（441），所述导向杆的末端通过连接块（443）连接所述可调节杆，所述导向组件包括连接于所述保护罩（441）的密封导向杆套（444）、连接于所述密封导向杆套（444）和所述连接块（443）之间的可伸缩橡胶护套（445），所述可调节杆上设有一个长型的可调节孔，调节螺钉穿过所述可调节孔连接所述连接块（443），所述低摩擦气缸（442）的驱动轴与所述导向杆之间设有压力传感器（446）。
7.根据权利要求6所述的具有力位复合控制的高温叶片流道曲面加工装置，其特征在于，所述工件座板（110）的上端面的前侧固定连接有工件座（540），所述工件座（540）上转动连接有所述第一回转件（510），所述第一回转件（510）为U型结构并通过驱动机构五驱动，所述第一回转件（510）上转动连接多个所述第二回转件（520），所述第二回转件（520）的数量与所述电主轴（421）的数量相同，所述第二回转件（520）为L型结构并通过驱动机构六驱动，所述第二回转件（520）的一端转动连接有所述第三回转件（530），另一端滑动连接有副工件支座（550），所述第三回转件（530）通过驱动机构七驱动，所述第三回转件（530）上设有叶片夹具。
8.根据权利要求7所述的具有力位复合控制的高温叶片流道曲面加工装置，其特征在于，所述第一回转件（510）驱动轴的轴线、所述第二回转件（520）驱动轴的轴线和所述第三回转件（530）驱动轴的轴线相交于一点；相邻两个所...
【技术特征摘要】
1.具有力位复合控制的高温叶片流道曲面加工装置，包括机械执行系统和控制所述机械执行系统的电气控制系统，其特征在于，所述机械执行系统包括机床床身，所述机床床身包括机床座（100），所述机床座（100）上端面的一侧垂直设有u型的机床架（200），所述机床座（100）上设有可沿x轴方向滑移的工件运动机构，所述机床架（200）上设有可沿y轴、z轴方向滑移的工具运动机构，所述工具运动机构位于所述工件运动机构的上方，所述工具运动机构上安装有球头打磨工具和砂带打磨工具，所述工件运动机构包括可绕y轴回转的第一回转件（510）、可绕z轴回转的第二回转件（520）、可绕x轴回转的第三回转件（530），所述电气控制系统包括控制所述工件运动机构的工件位置控制模块、控制所述工具运动机构的工具位置控制模块和控制打磨工具打磨力度的打磨控制模块。
2.根据权利要求1所述的具有力位复合控制的高温叶片流道曲面加工装置，其特征在于，所述机床座（100）上滑动连接有工件座板（110），所述工件座板（110）通过驱动机构四驱动，所述工件座板（110）上端面的前侧固定连接有所述工件运动机构，所述工件座板（110）上端面的后侧固定连接有刀库机构，所述工件座板（110）的后侧端穿过所述机床架（200）下侧的避让开口。
3.根据权利要求2所述的具有力位复合控制的高温叶片流道曲面加工装置，其特征在于，所述刀库机构包括刀库座（310），所述刀库座（310）上端设有可转动的电控刀盘（320），所述电控刀盘（320）上设有若干型号的球头刀具（330）。
4.根据权利要求3所述的具有力位复合控制的高温叶片流道曲面加工装置，其特征在于，所述工具运动机构包括可沿y轴方向滑移的第一工具座板（410）、可沿z轴方向滑移的第二工具座板（420）和可沿z轴方向滑移的第三工具座板（430），其中第一工具座板（410）滑动连接于所述机床架（200）的滑轨上并通过驱动机构一驱动，所述第二工具座板（420）滑动连接于所述第一工具座板（410）的滑轨上并通过驱动机构二驱动，所述第三工具座板（430）滑动连接于所述第二工具座板（420）的滑轨上并通过驱动机构三驱动。
5.根据权利要求4所述的具有力位复合控制的高温叶片流道曲面加工装置，其特征在于，所述第二工具座板（420）上安装有所述球头打磨工具，所述球头打磨工具包括多个通过所述电气控制系统控制的电主轴（421），所述第三工具座板（430）上安装有所述砂带打磨工具，所述砂带打磨工具包括与所述电主轴（421）相同数量且通过所述电气控制系统控制的砂带打磨机构，所述砂带打磨机构包括砂带（431）和驱动所述砂带（431）的驱动轮组（432），所述砂带（431）的打磨部分连接有...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘树生，方旭映，
申请(专利权)人：北京胜为弘技数控装备有限公司，
类型：发明
国别省市：
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