叶片进排气边光学测量系统的实现

针对航空发动机叶片进排气边的制造精度和一致性较差等问题,搭建了非接触式的叶片进排气边光学测量系统,以实现叶片进排气边的几何尺寸和轮廓形状的快速精确测量。该系统以传统的三坐标测量机框架为平台,采用由两个互成一定角度的新型激光扫描测头构成的专用测头作为前端传感器,并且内置了多种数据后置处理算法。在测量过程中,在每个叶片截面的进排气边处选取5条截线,分别测量这5条截线上的轮廓信息,从而确定叶片进排气边的几何尺寸和加工余量。该系统可以作为叶片加工系统的组成部分,从而将叶片的设计、制造和测量3个环节紧密地联系在一起。最后,应用该系统对某一精锻叶片的3个等高截面上的进排气边进行了多次测量实验,结果验证了所搭建的叶片进排气边光学测量系统的实用性和有效性,而且测量结果的重复性精度能够满足系统的设计要求和叶片进排气边的检测需求。该项研究为叶片进排气边的加工质量提供了一种高效率、高精度和高一致性的评定手段。     

基于柔性砂轮的叶片前后缘磨削技术研究

在航空领域中,叶片的前缘和后缘对于发动机的气动性能有着很大影响。为了实现叶片前后缘的高精高效磨削,提出了应用柔性砂轮进行前后缘磨削加工的工艺方法,并进行了可行性的实验验证。在分析叶片前后缘的磨削加工难点的基础上,对柔性砂轮的适用性、基本组成、磨削过程及磨削特点等进行了详细阐述。为了验证柔性砂轮在叶片前后缘磨削加工中的应用效果,采用轻型柔性砂轮对某精锻压气机叶片的前后缘进行了磨削实验,并对磨削后的截线加工误差和加工余量进行了测量。实验结果表明,柔性砂轮磨削的加工方式是可行的,而且加工精度也能够满足要求,因而在叶片前后缘的磨削加工方面具有很大的应用潜力。     

机器人柔性磨削机床的恒磨削力补偿机构及其动力学分析

介绍了用于机器人柔性磨削系统的柔性砂带磨削机床,提出了恒磨削力补偿机构。分析了机器人柔性砂带磨削机床转位机构实现在线多工位磨削加工的创新设计和恒磨削力补偿机构的原理。建立了恒磨削力补偿机构的运动学、静力学和动力学数学模型,并对其进行了数值仿真。讨论了机器人柔性砂带磨削机床的结构参数对恒磨削力补偿机构的运动学特性和动力学特性的影响,为机器人柔性砂带磨削机床的机械设计和机器人的轨迹规划提供了理论依据。最后,对具有恒磨削力补偿机构的柔性磨床组成的机器人柔性磨削系统进行叶片加工实验,结果表明其加工精度完全满足复杂曲面的高加工精度要求。     

基于Roboguide的叶片边缘机器人磨削加工方法与仿真

采用精密锻造方法制造的航发叶片具有更优异的综合力学性能,且锻造成型后叶片的叶身型面不需要二次加工,仅对其边缘进行加工处理即可达到技术要求,制造工艺更简单。目前叶片进排气边缘加工主要采用线切割机床切边后手工打磨,效率较低,产品一致性差,严重影响叶片的气动性能。采用机器人砂带磨削方式加工进排气边缘,应用截平面法和曲率差值法,计算磨削加工中的行距和步长,规划磨削加工路径,生成机器人加工轨迹,并基于Roboguide进行了虚拟仿真验证,可有效提高加工质量与效率。     

机器人柔性砂带磨削加工力控制研究与应用

为了实现柔性加工复杂曲面工件,设计了一种机器人柔性砂带磨削力控制系统。该系统不仅可以兼顾灵活变换机器人的位姿,而且又根据砂带磨抛机加工效率高的特点,比传统磨床更具柔性,更能适应加工复杂曲面工件。磨抛机既能使砂带柔性张紧和快速地调偏,还能实现被动力控制。机器人末端通过安装的六维力传感器,实现机器人的主动力控制。将这两种力控制技术有效结合起来,组成了机器人柔性砂带磨削力控制系统,能够更好地实现磨削过程中的磨削力控制。最后,该机器人柔性磨削力控制系统对钛合金试块和航空复杂曲面叶片进行加工实验,结果都表明工件的表面加工一致性好,而且其表面质量完全满足加工工艺要求,证明了该机器人柔性砂带磨削加工力控制系统的实用性和有效性。     

圆筒砂轮磨损量自动测量与补偿装置设计

针对龙门立式平面磨床在磨削过程中因其圆筒砂轮磨损导致磨削精度降低的问题,设计了一套新型的磨损量自动测量装置,该装置通过对已加工工件表面的在位测量获得砂轮磨损量并将其传输给数控系统实现了砂轮磨损补偿,在分析砂轮磨损过程和特征基础上,提出了获取砂轮磨损量的分析方法,对该测量装置的工作原理、机械结构、硬件设计、软件功能和使用场合进行了详细的说明.研究结果证明,该装置可以较好地实现圆筒砂轮磨损量的自动测量,并可以对加工平面直线度误差进行精确测量,砂轮磨损量测量精度达到0.009 mm,直线度测量精度达0.008 mm/100 mm,为砂轮磨损补偿和评价加工精度提供了测量数据,显著提高了磨削精度和加工效率.     

磨削加工自动化、智能化及虚拟化

磨削加工中,由于砂轮线速度高引起的破碎现象时常发生,砂轮破碎及磨损状态的监测是关系到磨削工作能否顺利进行和保证加工质量和零件表面完整性的关键;在高速加工中,砂轮与工件的对刀精度,砂轮与修整轮的对刀精度将直接影响到工件的尺寸精度和砂轮的修整质量，因此，在高速磨削加工中，在线智能监测系统是保证磨削加工质量和提高加工生产率的重要因素。     

复杂型面洁具机器人磨削抛光系统

为了实现复杂型面工件的柔性加工,研制了一套机器人柔性加工系统,完成了具有复杂型面水龙头的自动化磨削抛光过程.设计了具有力控制功能及接触轮在线调整功能的磨削单元,可以实现在线误差实时补偿及自动更换机器人TCP(Tool Center Point);设计了具有力控制功能及轮径在线检测与补偿功能的抛光单元,不仅能够实时补偿机器人系统各种误差,而且当抛光轮半径变化很大时,仍能够保证工件与抛光轮接触;采用机器人离线编程技术,设计了离线编程软件,提高了机器人编程效率及精度;采用三维激光扫描技术,能够自动实现工件校准及在线装卡误差检测与补偿,保证产品加工一致性.该系统技术先进且简单实用,能够满足产品生产要求.     

基于声发射信号的精密外圆切入磨削时间评估算法及试验研究

针对精密外圆切入磨削智能监控的需求,设计一种基于声发射信号的磨削时间在线评估方法。通过建立声发射信号方均根值曲线预测模型,获得声发射信号与磨削系统时间常数的关系,设计磨削系统时间常数在线计算方法;利用在线检测的声发射信号识别砂轮运动去除状态,推导基于声发射信号的外圆切入磨削表面粗糙度评价和工件几何精度预测模型,以此建立砂轮进给与驻留时间的评估算法;编写磨削时间分析评估软件,设计磨削时间在线评估方法,通过加工试验分析磨削时间对磨削加工精度与表面粗糙度的影响规律,并对评估算法进行验证。试验结果表明:该评估方法能够根据磨削时间有效评价加工质量,为精密外圆切入磨削智能监控与工艺优化提供决策依据。     

非球面光学元件加工检测方法的研究

对非球面光学元件加工检测进行了试验和研究,得出了具体的测试方案。在非球面大口径光学元件的精密磨削中,其磨削阶段的检测技术是工件加工的关键。通过对大口径非球面光学元件加工中工件旋转轴(A轴)、砂轮旋转轴(B轴)、工件平移轴(X轴)、砂轮平移轴(Y轴)、砂轮回转轴(C轴)的位置和速度所进行的检测,证明了所使用的检测方法是可靠的,能够顺利地完成对非球面光学元件加工过程的检测,实现了非球面光学元件的精密磨削,满足了设计的要求。