机器人砂带磨削航发叶片关键技术研究

【摘要】：叶片作为航空发动机的关键零部件之一,其制造质量和加工精度对整机性能具有重要影响。对于航空发动机而言,压气机叶片的压气能力直接决定压缩比,满足要求的叶片可最大限度的提高压气比并降低压气机级数,从而减轻航空发动机质量并最大限度的提高推重比。因此研制相应的加工设备,实现航发叶片全型面自动化加工具有重要意义。航空发动机叶片型面结构复杂,叶身薄且加工易变形,铣削后叶身残留的铣削纹路会影响压缩气体的气动性能,同时进排气边的加工精度难以保证。目前国内研制的多轴数控砂带磨床能在保证精度的要求下去除铣削纹路、解决进排气边加工难题,但其成本高昂,故需要想办法在保证质量的情况下降低成本。本课题旨在研究利用机器人的低成本优势,运用浮动带补偿功能的磨头结构对叶片进行砂带磨削,探究浮动带补偿技术运用在叶片机器人砂带磨削的可行性。本文完成的主要研究工作如下:(1)针对叶片曲面造型复杂、砂带微元面接触加工等特点,提出六轴联动机器人加工方案;针对机器人运动精度不高的特性,设计并制造浮动带补偿功能的砂带磨头装置。(2)研究叶片砂带磨削加工工艺,规划叶片磨削加工轨迹,结合砂带磨削双矢量加工特性确定加工点位坐标、步长及刀位姿态;通过分析六轴联动机器人运动特性,建立相应坐标系变换准则,采用先位置后位姿的求解方案计算机器人各轴转角,最终编制相应的加工轨迹指令。(3)利用机器人IO模块与砂带磨头PLC控制器实现机器人与磨头集成,完成机器人与砂带磨头通讯,利用PLC控制伺服电机实现砂带磨头磨削压力开环控制。针对叶片特性,制作叶片三坐标检测所需的理论文件并进行测量,根据检测结果重构其三维模型,提取加工点位的加工余量,以此确定磨削工艺参数,完成材料精准去除。(4)在自行搭建的实验平台上进行航发叶片机器人砂带磨削实验,对磨削后叶片进行三坐标型面检测,分析相关的检测结果并根据结果判定本文提出的利用浮动补偿技术对航发叶片机器人砂带磨削方案的可行性。