本發(fā)明涉及一種葉片打磨機器人工作站及葉片打磨方法。

背景技術：

葉片是發(fā)動機、汽輪機等裝置的核心部件，由于其復雜的曲面結構，以及比較苛刻的應用環(huán)境，使得葉片成為最為典型的難加工結構件。在我國，一般的制造工藝都是先制造葉片模具然后再利用模具制造毛坯。但毛坯無論是模鍛、還是鑄造出，生產后都會留出一定的余量，需要進行打磨和拋光才能投入使用。而若利用銑削作為葉片輪廓的粗加工，刀具的紋路特別明顯，所以也必須對葉片進行打磨和拋光才能投入使用。

目前工業(yè)生產中對葉片的打磨絕大多數還是對葉片毛坯利用普通磨床采用人工打磨方式。這種方式不僅需要耗費大量人力資源、浪費大量的打磨拋光耗材，而且打磨效率低、葉片成品率低、葉片型面一致性差，打磨產生的有毒氣體和金屬磨料粉塵會對人身造成危害。在科技日新月異的今天，自動化打磨設備替代傳統(tǒng)手工打磨方式勢在必行。

在機加方面，葉片的葉盆與葉背表面分別為內弧式曲面和外弧式曲面，沒有適合的函數模型，不利于一般形式的機加加工。而葉片通常的機加方式多采用多軸聯動數控機床，而多軸聯動數控機床所采用的數控系統(tǒng)一般屬于高端數控系統(tǒng)，價格較為昂貴。并且由于剛體剛性或者材料成本關系對機床的機械結構的要求是盡量緊湊的，如要實現加工葉片中額外的如測量反饋功能會對整機機械結構的要求更高。另外數控系統(tǒng)的坐標系一般使用直角坐標系統(tǒng)，操作及編程開發(fā)較為復雜，不利于加工葉片這種復雜曲面。而一些加工方式如銑削，若要達到一定良好的加工表面，加工效率往往很低，對于目前我國各廠通過模具制造葉片的工藝流程來說并不適用，也不利于對葉片的成批量生產。

相對于數控磨削機床成本高，缺乏柔性，設備使用范圍窄，可拓展范圍小等諸多缺點而言，機器人柔性磨削加工系統(tǒng)具有靈活性高、通用性強、易于擴展等優(yōu)點，而且由于機器人柔性磨削加工系統(tǒng)基于通用設備，造價和開發(fā)成本大大低于機床。

近年來，通過人們不斷地嘗試和研究，工業(yè)機器人技術得到了飛速的發(fā)展，并朝著技術的標準化和設備的通用化方向邁進。機器人技術也逐漸形成一門獨立的新興學科，推動了工業(yè)機器人產業(yè)的迅速前進。由于歐美國家在機器人磨削領域研發(fā)力度的加大和關鍵技術的突破，美國、芬蘭等國家相繼推出了商用的機器人磨削系統(tǒng)。國際上最具有代表性的機器人砂帶磨削加工系統(tǒng)有美國GE公司的汽輪機葉片磨削系統(tǒng)，芬蘭ORAS公司的水暖管件(水龍頭)機器人磨削系統(tǒng)。日本MOTOMAN機器人公司的水龍頭機器人磨削系統(tǒng)使用MOTOMAN機器人，主要用于水龍頭工件外表面的磨削和拋光加工，系統(tǒng)的特點是其擁有一套自編程系統(tǒng)，可以自動生成機器人加工程序。這些系統(tǒng)設計應用適用于一些材料易于加工、精度要求較低，表面光潔度較高的毛坯的打磨和拋光。

本發(fā)明目的在于設計制造整體的機器人葉片打磨站，通過實施打磨工藝，完成模具鑄造出的中小型葉片的后續(xù)粗、中打磨。本發(fā)明可以替代工人手動磨削，降低工人的勞動強度，改善葉片打磨的環(huán)境。解決加工效率低、成品率低、葉型差、葉片型面一致性差的問題，并且本發(fā)明整體結構簡單，基于通用設備的開發(fā)，操作簡單，生產調試周期短，適用性強，成本較低。軟件編制的功能豐富，便于生產加工。

技術實現要素：

本發(fā)明的目的在于克服現有技術的缺點與不足，提供了一種葉片打磨機器人工作站及葉片打磨方法，解決加工效率低、成品率低、葉型差、葉片型面一致性差的問題。

本發(fā)明的目的通過以下技術方案實現：一種葉片打磨機器人工作站，包括工業(yè)關節(jié)機器人、葉盆葉背打磨砂帶機、葉片葉根打磨機、葉片定位工裝、高精度測量傳感器、除塵器、主控柜及安全圍欄；

所述工業(yè)關節(jié)機器人作為夾持設備，并且該工業(yè)關節(jié)機器人作為該設備的主體，并在工業(yè)關節(jié)機器人末端上安裝葉片定位工裝；

所述葉盆葉背打磨砂帶機其砂帶由柔性接觸輪帶動進行打磨，無需更換刀具即可完成葉片葉盆和葉背的磨削加工；

所述葉片葉根打磨機采用砂輪作為葉片葉根打磨刀具；

所述葉片定位工裝安裝待磨削工件，用于加工不同型號的工件；

所述高精度測量傳感器用于葉片及夾具的測量及檢測；

所述除塵器用于去除打磨過程中的有毒煙塵和金屬、磨料粉塵。

本發(fā)明還提供了一種采用如權利要求1所述的葉片打磨機器人工作站進行葉片打磨的方法，包括定標步驟、建模步驟、曲面設計和刀具路徑設計及仿真步驟、編制軟件步驟及生產加工步驟；

所述定標步驟，通過光電設備確定各部件的坐標系；

所述建模步驟，運用3D軟件建立準確的葉片模型；

所述曲面設計和刀具路徑設計及仿真步驟，在CAM軟件中根據需求設定參數，按照進刀量、進刀次數、進刀速度及剩余磨量由CAM軟件生成葉片打磨的刀路，并聯合機器人軟件仿真；

所述編制軟件步驟，將加工刀路路徑程序轉換為機器人的葉片加工軌跡程序，同時編制主程序實現測量、檢測、報警、補償功能；

所述生產加工步驟，執(zhí)行整體設備打磨測量動作，即由機器人系統(tǒng)調用執(zhí)行加工。

進一步的，所述葉片加工軌跡程序是基于CAM軟件應用機器人離線編程技術生成。

進一步的，所述生產加工步驟具體包括：

步驟A，設置葉片參數，安裝夾具及工件；

步驟B，高精度測量傳感器定點進行夾具檢測和工件檢測；

步驟C，測量并計算出余量確定加工范圍；

步驟D，機器人開始打磨；

步驟E，打磨后，高精度測量傳感器進行二次工件余量測量，根據二次測量余量判斷是否達到要求，如果達到要求則加工完成，如果未達到要求則將偏差補償后繼續(xù)磨削至設定尺寸從而完成加工。

本發(fā)明與現有技術相比具有以下有益效果：

本發(fā)明使用工業(yè)關節(jié)機器人作為工作站的主體，工業(yè)關節(jié)機器人多軸多自由度的特點有利于對復雜的曲面進行加工，而且機械結構基于通用設備，整體設計較為簡單，開發(fā)周期短。

現有方式采用砂輪磨削方式溫度高，易燒傷，浪費磨具材料。本發(fā)明中采用砂帶磨削替代砂輪磨削方式。

現有方式用機器人示教方式生成加工軌跡程序，本發(fā)明中采用CAM離線編程技術生成加工軌跡程序替代。

現有方式只是對葉片葉盆葉背進行修型，沒有對整體葉片進行打磨并利用傳感器確定打磨范圍、控制尺寸。

另外本發(fā)明還應用了高精度測量傳感器。使用高精度測量傳感器減少打磨的空刀，對工件的測量反饋補償也保證了加工精度，提高了成品率。

使用了高效除塵設備，在磨削過程中高效除塵設備可將大部分的帶有煙塵粉塵的空氣吸收過濾，防止磨屑擴散，影響環(huán)境。

附圖說明

圖1：葉片打磨機器人工作站結構圖；

圖2：葉片打磨方法流程圖；

圖3：生產加工流程圖；

①高精度測量傳感器

②葉盆葉背打磨砂帶機

③工業(yè)關節(jié)機器人

④葉片定位工裝

⑤除塵器

⑥葉片葉根打磨機

⑦主控柜

⑧安全圍欄

具體實施方式

下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

實施例1

參見圖1，圖1為葉片打磨機器人工作站結構圖，包括工業(yè)關節(jié)機器人、葉盆葉背打磨砂帶機、葉片葉根打磨機、葉片定位工裝、高精度測量傳感器、除塵器、主控柜及安全圍欄；

所述工業(yè)關節(jié)機器人作為夾持設備，并且該工業(yè)關節(jié)機器人作為該設備的主體，并在工業(yè)關節(jié)機器人末端上安裝葉片定位工裝；

所述葉盆葉背打磨砂帶機其砂帶由柔性接觸輪帶動進行打磨，無需更換刀具即可完成葉片葉盆和葉背的磨削加工；

所述葉片葉根打磨機采用砂輪作為葉片葉根打磨刀具；

所述葉片定位工裝安裝待磨削工件，用于加工不同型號的工件；

所述高精度測量傳感器用于葉片及夾具的測量及檢測；

所述除塵器用于去除打磨過程中的有毒煙塵和金屬、磨料粉塵。

圖2為葉片打磨方法流程圖，包括定標步驟、建模步驟、曲面設計和刀具路徑設計及仿真步驟、編制軟件步驟及生產加工步驟；

所述定標步驟，通過光電設備確定各部件的坐標系；

所述建模步驟，運用3D軟件建立準確的葉片模型；

所述曲面設計和刀具路徑設計及仿真步驟，在CAM軟件中根據需求設定參數，按照進刀量、進刀次數、進刀速度及剩余磨量由CAM軟件生成葉片打磨的刀路，并聯合機器人軟件仿真；

所述編制軟件步驟，將加工刀路路徑程序轉換為機器人的葉片加工軌跡程序，同時編制主程序實現測量、檢測、報警、補償功能；

所述生產加工步驟，執(zhí)行整體設備打磨測量動作，即由機器人系統(tǒng)調用執(zhí)行加工。

所述葉片加工軌跡程序是基于CAM軟件應用機器人離線編程技術生成。

參考圖3，圖為生產加工流程圖，步驟A，設置葉片參數，安裝夾具及工件；

步驟B，高精度測量傳感器定點進行夾具檢測和工件檢測；

步驟C，測量并計算出余量確定加工范圍；

步驟D，機器人開始打磨；

步驟E，打磨后，高精度測量傳感器進行二次工件余量測量，根據二次測量余量判斷是否達到要求，如果達到要求則加工完成，如果未達到要求則將偏差補償后繼續(xù)磨削至設定尺寸從而完成加工。

實施例2

某廠委托我公司開發(fā)適用于通過模具鑄造出的小型葉片的后續(xù)打磨工藝的整體葉片打磨工藝方法。我公司基于此方法為該廠設計多個快換夾具，并設計多種工件刀具路徑程序，調試并打磨多種型號的葉片葉型。經廠內專業(yè)人員的檢測驗收，打磨后的葉片確定滿足余量和表面工藝要求，葉型及型面的一致性都比手工打磨的葉片效果好。機器人磨削效率相比人工磨削提高50％。

本發(fā)明適應于葉片的磨削，目的在于設計制造整體的機器人葉片打磨站，通過實施打磨工藝，完成模具鑄造出的中小型葉片的后續(xù)粗、中磨削。機器人末端安裝有葉片定位工裝，夾具的結構簡單，易于針對不同型號的葉片進行快速更換。打磨砂帶機只用一個接觸輪帶動砂帶就可以磨削葉片型面。高精度測量傳感器用于對磨削范圍的確定以達到最快磨削效率。基于CAM加工軟件進行了離線編程技術用于葉片曲面的設計和刀具路徑仿真分析，更貼合葉片的軌跡規(guī)劃。本設備中的軟件功能豐富，便于操作者進行自動化生產和排除錯誤操作。搭配硬件的處理可以實現工件及夾具檢測、確定工件余量便于高效加工以及補償的功能，既提高了加工效率，又解決了葉形及葉形型面一致性差的問題。本發(fā)明整體機械結構簡單，基于通用設備的開發(fā)便于推廣，操作方便，一鍵式加工避免了過多的對于操作者的使用培訓。生產調試開發(fā)周期短，適用性強，成本較低。本發(fā)明實現葉片打磨由機器人替代人工進行作業(yè)，大量減少了人力輸出，極大改善了工人的勞動環(huán)境，減少的企業(yè)生產成本。

以上對本發(fā)明所提供的一種葉片打磨機器人工作站及葉片打磨方法，進行了詳細介紹，本文中應用了具體個例對本發(fā)明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時，對于本領域的一般技術人員，依據本發(fā)明的思想，在具體實施方式及應用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內容不應理解為對本發(fā)明的限制。