[实用新型]具有曲面适应性的叶片抛磨光整加工机床

说明书

技术领域

本实用新型属于机械制造领域。

背景技术

叶片作为特殊的自由曲面零件，是发电设备制造业的水轮机、汽轮机，船舶制造业的船用汽轮机，航空制造业的飞机发动机等透平机械的最核心部件之一，其型面的设计、制造水平和制造质量直接影响透平机械的性能、效率和可靠性。

近十几年来，随着计算机技术和现代控制理论等相关技术的发展，以五轴联动数控加工为代表的加工技术和设备日趋完善，已经可以实现透平叶片的自动化形状加工。瑞士威力铭-马科黛尔公司的TB系列五轴叶片加工中心、意大利C.B.Ferrari公司的五轴高速叶片铣床可以满足汽轮机叶片和航空发动机叶片的加工需求。东方汽轮机厂与北京机电院合作开发的XKH系列五轴联动叶片加工中心适合加工汽轮机、燃气轮机的各类叶片。

叶片形状加工后的表面仍需经过抛磨等光整加工工序，才能获得预期的表面质量。抛磨光整加工的目的是在对叶片表面形状精度进行修正的同时，去除形状加工在表面残留的刀痕，降低表面粗糙度，提高表面质量。叶片表面手工研抛加工不仅费时、费力、效率低下，且难以保证形状精度，加工质量不稳定。叶片抛磨光整加工自动化技术和装备的欠缺已成为生产、制造中的薄弱环节和制约行业发展的瓶颈。

国内西南科技大学开发了三维振动抛光装置用于航空涡轮发动机叶片的抛光，为了保证叶片上、下表面抛光的一致性，叶片抛光一段时间后需要翻转180°，继续抛光相同的时间。虽然该技术一定程度上提高了抛光效率，但是由于技术本身存在一定的随机性，叶片抛光质量不稳定，且难以实现表面的确定性去除。意大利C.B.Ferrari公司开发的五轴高速叶片磨床，没有脱离普遍采用的五轴联动叶片加工设备的串联构型，实质是在该公司五轴高速叶片铣床的基础上更换了工具系统。国内廊坊智通机器人公司以ABB工业机器人为平台开发了叶片磨削系统。对于中小型叶片采用工业机器人夹持叶片的加工方式，通过工业机器人完成叶片和固定磨削砂带之间的复杂空间运动实现叶片磨削；对于大型叶片，则采用工业机器人夹持磨削工具的加工方式，通过工业机器人带动工具进行叶片型面的磨削。智通公司依托于ABB工业机器人开发的叶片磨削系统一定程度上受制于机器人的运动空间、运动精度、数据处理能力和硬件水平，技术上无法做到独立和自成体系，因此属于利用机器人的磨削系统。

综上所述，一方面现有的叶片抛磨机床和机器人抛磨系统没有摆脱传统构型；另一方面，叶片型面属于复杂的自由曲面，目前抛磨设备配备的工具系统无法根据叶片曲面曲率的变化适时地更换工具，影响抛磨效率。

发明内容

本实用新型提供的一种具有曲面适应性的叶片抛磨光整加工机床，以解决叶片特别是大型叶片抛磨光整加工中自动化程度不高的问题。

本实用新型采取的技术方案：

包括底座、机架、成水平垂直分布的纵向滑道/滑块副和横向滑道/滑块副、下平台、上平台、连接上平台与下平台的分支、工件夹具、抛磨工具系统。其特征在于底座、机架构成固定台；成水平垂直分布的纵向滑道/滑块副和横向滑道/滑块副提供两维移动；上平台与下平台通过三个分支相连，所说的三个分支两端分别通过三个成120°布置的铰链与上平台和下平台相连；所说的三个分支均可采用伸缩连杆构成单自由度运动副，伸缩连杆与下平台连接为转动副，与上平台连接为三自由度球铰链；所说的伸缩连杆的驱动方式可以采用电机和丝杠副驱动，也可以采用伺服油缸驱动；所说的上平台上安装工件夹具，工件夹具实现叶片的装夹和自动翻转，满足叶片双面抛磨的需要；抛磨工具系统包括砂带、工具板、安装在工具板上的两个张紧轮、一个驱动轮和换轮机构；所说的换轮机构包括十字滑道、四个滑动杆和四个不同直径的接触轮；所说的十字滑道可绕其中心轴转动，在十字滑道内滑动的四个滑动杆的末端分别装有不同直径接触轮。

所说的成水平垂直分布的纵向滑道和横向滑道可安装在机架的上部，所说的下平台可固定在底座上，所说的抛磨工具系统可通过横向滑块沿横向滑道移动，横向滑道可通过纵向滑块沿纵向滑道移动。

所说的纵向滑道可安装在底座上，所说的横向滑道可安装在机架上部，纵向滑道与横向滑道成水平垂直分布，所说的下平台可通过纵向滑块沿纵向滑道移动，所说的抛磨工具系统可通过横向滑块沿横向滑道移动。

所说的成水平垂直分布的纵向滑道和横向滑道可叠加安装在底座上构成上、下两层滑道，所说的下平台可通过纵向滑块沿上层纵向滑道移动，上层纵向滑道可通过横向滑块沿下层横向滑道移动；所说的抛磨工具系统可固定在机架的上部。