叶片砂带磨削系统的建立及叶片磨削研究

论文摘要

叶片作为航空发动机的关键零件,具有复杂的几何形状、极高的表面光洁度和加工精度。这些特点使得叶片的加工制造非常困难,表面质量与尺寸精度难以保证。目前,叶片的制造工艺多采用高精度铣削、反复人工磨削和离线测量相结合的方法。使用此工艺加工的叶片边缘厚度一致性差,尺寸精度低,加工质量难以保证。本文针对以上问题建立了叶片砂带磨削系统,开展叶片砂带磨削技术的研究工作。设计的叶片砂带磨削系统,主要由六自由度关节型机器人和砂带磨削机组成,用于磨削长度50mm左右的小型叶片。针对小型叶片的加工特点对系统进行以下改造：固定机器人本体和砂带磨削机,采用20mm宽度的接触轮,增设变频器,设计加工试件夹具与叶片夹具。使用简单的圆柱试件完成系统初试。通过磨削圆柱试件测试系统磨削加工能力,并进行初步的轨迹规划研究,以此为基础进行复杂叶片试件的轨迹规划与磨削研究。使用标定过的标定针建立用户坐标系,利用标定针确定砂带磨削机坐标,根据砂带磨削机坐标,使用仿真软件DPTS建立仿真磨削系统。在此基础上通过规划轨迹点、轨迹编程、仿真运行调整、实际轨迹点位姿微调、增加轨迹点以及轨迹补偿这一系列操作完成轨迹规划。设计磨削试验方案,通过磨削试验结果对比分析砂带线速度、砂带粒度和磨削温度等因素对叶片磨削的影响。本系统最优磨削砂带线速度为17m/s,叶片试件最高表面粗糙度可达0.592μm。最后测量分析系统加工误差并提出补偿措施。文中所述叶片砂带磨削系统可以完成小型叶片试件的磨削加工。本文的研究工作对叶片砂带磨削系统的实际应用有一定的指导意义,为叶片砂带磨削技术的进一步研究奠定了基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外砂带磨削装备的发展现状
• 1.2.1 国外砂带磨削装备的发展现状
• 1.2.2 国内砂带磨削装备的发展现状
• 1.3 机器人磨削系统
• 1.4 研究课题的目的意义及主要思路与内容
• 1.4.1 研究课题的目的与意义
• 1.4.2 本文研究的思路与内容
• 第2章 叶片砂带磨削系统的建立
• 2.1 砂带磨削概述
• 2.1.1 砂带磨削基本理论
• 2.1.2 砂带磨削的主要特点
• 2.2 叶片磨削系统的组成
• 2.2.1 机器人本体
• 2.2.2 砂带磨削机
• 2.3 磨削系统电路控制
• 2.4 磨削系统的安装
• 2.4.1 机器人本体的安装固定
• 2.4.2 砂带磨削机的安装调整
• 2.5 夹具的设计制造
• 2.6 接触轮的设计与加工
• 2.7 本章小结
• 第3章 系统设定与轨迹规划
• 3.1 机器人的TCP调整
• 3.2 机器人用户坐标系的建立
• 3.3 磨削初试
• 3.3.1 磨削试验-1
• 3.3.2 磨削试验-2
• 3.3.3 磨削试验-3
• 3.4 轨迹规划流程
• 3.5 规划轨迹点
• 3.6 轨迹编程与仿真
• 3.6.1 软件简介与设置
• 3.6.2 外部建模与调入
• 3.7 轨迹运行与调整
• 3.7.1 轨迹点微调
• 3.7.2 轨迹优化
• 3.8 磨削轨迹的补偿
• 3.8.1 平滑轨迹补偿
• 3.8.2 橡胶接触轮对轨迹的补偿
• 3.9 本章小结
• 第4章 叶片磨削试验
• 4.1 速度调节
• 4.2 参数测量
• 4.3 磨削速度
• 4.4 磨削温度
• 4.5 砂带粒度对加工精度的影响
• 4.6 叶身与叶片边缘的磨削分析
• 4.7 误差分析
• 4.7.1 机器人本体的重复定位误差
• 4.7.2 叶片夹具与装卡误差
• 4.7.3 砂带和接触轮误差
• 4.8 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录 磨削加工程序