基于砂带磨抛机的工业机器人叶片磨抛工艺

摘要

本发明公开一种基于砂带磨抛机的工业机器人叶片磨抛工艺，包括：基于叶片的CAD模型进行离线编程；标定磨抛机和扫描仪的坐标系；对磨抛程序进行现场调试；通过上料小车进行上料；机器人自行夹取叶片；扫描仪扫描叶片；将扫描结果与标准的点云信息进行匹配；更新工件坐标系；磨抛机对叶片进行粗磨；磨抛机对叶片进行精磨；磨抛机精磨叶片进出气边；磨抛机对叶片进行抛光；磨抛机对叶片进出气边进行抛光；机器人将叶片卸放到下料小车上；对叶片的磨抛质量进行检测。本发明自动化程度高，安全稳定，高效率高柔性，且操作方便，产品质量一致性易于保证，提高了加工效率和加工质量，降低叶片的不合格率，革新了已有的加工方式，解放了劳动力。

说明书

技术领域

本发明涉及叶片磨抛技术领域，尤其涉及一种基于砂带磨抛机的工业机器 人叶片磨抛工艺。

背景技术

随着现代科技的进步和工业化进程的推进，航空航天和能源装备领域方面 得到了很大程度上的发展。叶片是航空航天发动机、汽轮机以及风力发电机的 能源转换核心部件，其加工精度和表面质量对这些机械的性能有着至关重要的 影响，因此叶片的加工就显得尤其重要。通常情况下叶片在经过铣削后，要进 行磨抛加工，去除一定余量，并且需要满足表面质量要求。目前生产企业磨抛 加工主要由工人手工完成，在此过程中需要进行反复测量和磨抛。但是，手工 磨抛叶片存在如下不足：一、效率低下(8小时手工磨抛仅能完成3-4片)，无 法满足越来越高的效率要求；二、对工人有一定的经验要求，容易产生废品， 难以保证产品质量良好的一致性(粗糙度在Ra0.8-1.6之间)；三、磨抛产生的 金属粉尘、噪声仍会对操作工人产生巨大的安全隐患。

发明内容

本发明的目的在于通过提出一种基于砂带磨抛机的工业机器人叶片磨抛工 艺，来解决以上背景技术部分提到的问题。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于砂带磨抛机的工业机器人叶片磨抛工艺，其包括如下步骤：

S101、基于叶片的CAD模型进行离线编程；

S102、标定磨抛机和扫描仪的坐标系；

S103、对磨抛程序进行现场调试；

S104、通过上料小车进行上料；

S105、机器人自行夹取叶片；

S106、扫描仪扫描叶片；

S107、将步骤S106的扫描结果与标准的点云信息进行匹配；

S108、更新工件坐标系；

S109、磨抛机对叶片进行粗磨；

S110、磨抛机对叶片进行精磨；

S111、磨抛机精磨叶片进出气边；

S112、磨抛机对叶片进行抛光；

S113、磨抛机对叶片进出气边进行抛光；

S114、机器人将叶片卸放到下料小车上；

S115、对叶片的磨抛质量进行检测。

特别地，所述步骤S101包括：磨抛路径的规划，砂轮坐标系和工件坐标系 的设定；其中，根据叶片的曲面构型，磨抛路径又分为叶身的磨抛和进出气边 的磨抛。

特别地，所述步骤S102包括：利用控制软件RobotStudio和机器人示教器 对磨抛机和扫描仪的坐标系进行标定。

特别地，所述步骤S115具体包括：在三坐标检测仪器上进行包括型面轮廓 度和表面粗糙度在内的检测，如果检测合格，则完成加工，继续下一道工序； 如果检测不合格，则判断能否返修，若能返修，则叶片再加工，返回步骤S104， 若不能返修，则叶片报废。

特别地，所述磨抛机包括以变频电机和驱动轮构成的驱动机构、以张紧轮 和张紧气缸构成的张紧机构、以磨抛轮和砂带构成的磨抛机构、以调偏轮构成 的调偏机构和以气缸、比例阀构成的磨削力调节机构；将砂带安装到驱动轮和 磨削轮轮面上，通过张紧机构将砂带张紧，然后根据叶片所加工表面形状和加 工要求，以预设参数和接触方式对叶片进行磨抛加工，加工时，调偏机构预防 砂带跑偏，磨削力调节机构稳定补偿磨削力。

与传统手工磨抛叶片相比，本发明提出的基于砂带磨抛机的工业机器人叶 片磨抛工艺具有自动化程度高、安全稳定、高效率高柔性的特点，且操作方便， 产品质量一致性易于保证，提高了加工效率和加工质量，降低叶片的不合格率， 革新了已有的加工方式，解放了劳动力；同时，本发明不仅适用于某种叶片的 磨抛加工，还适用于复杂曲面零件的加工，具有可移植性，只需要重新根据零 件的模型进行离线编程，就可以实现零件的磨抛加工。

附图说明

图1为本发明实施例提供的基于砂带磨抛机的工业机器人叶片磨抛工艺流 程图；

图2为本发明实施例提供的工业机器人磨抛叶片系统组成示意图；

图3为本发明实施例提供的磨抛机机构原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。可以理解的是，此处所描 述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明 的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容，除 非另有定义，本文所使用的所有技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技 术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施例， 不是旨在于限制本发明。

请参照图1所示，图1为本发明实施例提供的基于砂带磨抛机的工业机器 人叶片磨抛工艺流程图。

本实施例中基于砂带磨抛机的工业机器人叶片磨抛工艺包括如下步骤：

S101、基于叶片的CAD模型进行离线编程。

基于叶片CAD模型的离线编程是整个流程中重要的一步，该过程由专业的 离线编程人员在RobotStudio环境中，结合叶片磨抛加工的工艺技术，利用离 线编程插件完成，生成RAPID加工程序，再经过现场的调试与修整，得到磨削 效果最佳的RAPID程序，现场的整个加工过程即从待加工叶片的夹取到加工完 成之后的叶片放置，都是在该RAPID程序的控制下自动完成。离线编程对加工 的效果有着决定性的影响，主要包括磨抛路径的规划、砂轮坐标系和工件坐标 系的设定等，而根据叶片复杂的曲面构型，磨抛路径又分为叶身的磨抛和进出 气边的磨抛；由于进出气边弧度小、曲线复杂、厚度薄等特点，在磨抛时的进 给力比较小，砂带的速度比较小，即磨抛的工艺参数和磨抛路径与叶身不相同。

S102、标定磨抛机和扫描仪的坐标系。

利用控制软件RobotStudio和机器人示教器对磨抛机和扫描仪的坐标系进 行标定；标定扫描仪是为了得到扫描仪坐标系与机器人末端坐标系之间的关系， 从而为扫描叶片做准备；标定工具坐标系即建立在磨抛机磨削轮上的坐标系， 采用较普遍使用的四点法标定。

S103、对磨抛程序进行现场调试。现场调试的目的主要是检测离线编写的 程序是否会发生干涉，以及添加过渡点等，为后续磨抛加工的正常实现做铺垫。

S104、通过上料小车进行上料。

S105、机器人自行夹取叶片。

S106、扫描仪扫描叶片。S107、将步骤S106的扫描结果与标准的点云信息 进行匹配。S108、更新工件坐标系。

叶片扫描和点云匹配主要是离线编程中是基于叶片的CAD模型，而实际中 无论是在装夹还是调试等方面都存在着与理论参数的误差，为了弥补几何参数 的误差就需要扫描叶片，然后与标准的点云信息进行匹配，最后更新工件坐标 系，尽可能消除现场人为因素导致的加工误差。

S109、磨抛机对叶片进行粗磨。S110、磨抛机对叶片进行精磨。S111、磨 抛机精磨叶片进出气边。S112、磨抛机对叶片进行抛光。S113、磨抛机对叶片 进出气边进行抛光。

磨抛又分为叶身的加工和进出气边的加工；根据不同的结构特点，其加工 的工艺参数也各不相同；由于进出气边非常薄，且尺寸公差要求严格，所以该 过程没有利用砂带轮作为磨削刀具，考虑到砂带的悬空部位具有非常大的柔性， 故用砂带来对叶片进出气边进行磨抛工作。粗磨用于去除工件表面90％以上余 量，精磨进一步去除少量磨削余量，抛光负责将工件表面的磨痕去掉，使工件 表面光亮，满足表面的粗糙度要求。

S114、机器人将叶片卸放到下料小车上。叶片磨抛完成以后，机器人便会 把叶片放置到下料小车上，完成整个加工流程。

S115、对叶片的磨抛质量进行检测。

根据叶片叶身和叶片进出气边的不同精度要求，采用不同的磨抛程序和工 艺参数，叶片加工完成以后在三坐标检测仪器上进行包括型面轮廓度和表面粗 糙度在内的检测，如果检测合格，则完成加工，继续下一道工序；如果检测不 合格，则判断能否返修，若能返修，则叶片再加工，返回步骤S104，若不能返 修，则叶片报废。

于本实施例，本发明应用到的工业机器人磨抛叶片系统具体组成如图2所 示，包括机器人201、磨抛轮组202、磨抛轮组203、磨抛轮组204、扫描仪205、 上位机206、上料小车207、下料小车208、磨抛机控制柜209。机器人201末 端根据自行设计的夹具在上料小车207和下料小车208上夹取和卸放叶片，并 且实现高柔性运动；三个磨抛轮组实现对叶片的粗磨、精磨和抛光；扫描仪205 实现对叶片的扫描，并且进行点云匹配，消除几何参数误差；上位机206实现 对加工过程中的在线控制和管理。需要说明的是，所述磨抛轮组即指磨抛机。

磨抛轮组直接决定了工件加工结果，单磨抛机机构原理图如图3所示，包 括以变频电机和驱动轮301构成的驱动机构、以张紧轮和张紧气缸302构成的 张紧机构、以磨抛轮303和砂带304构成的磨抛机构、以调偏轮305构成的调 偏机构和以气缸306、比例阀等构成的磨削力调节机构、挡块307、挡块308、 弹簧309。将砂带304安装到驱动轮301和磨削轮轮面上，通过张紧机构将砂带 304张紧。然后根据工件所加工表面形状和加工要求以一定的参数和接触方式对 工件进行磨抛加工，期间调偏机构预防砂带跑偏、磨削力调节机构稳定补偿磨 削力。

三台磨抛轮组中每台磨抛轮组都要对叶片的内外弧面进行磨抛，为此，所 设计单台磨抛轮组包含上下两个工位，上下工位传动系统独立。上工位采用小 磨轮，针对叶片的凹面；下工位采用大磨轮，用来磨削叶片凸面，以此来实现 对叶片叶身表面的均匀加工。

本发明的技术方案具有自动化程度高、安全稳定、高效率高柔性的特点， 且操作方便，产品质量一致性易于保证，提高了加工效率和加工质量，降低叶 片的不合格率，革新了已有的加工方式，解放了劳动力；同时，本发明不仅适 用于某种叶片的磨抛加工，还适用于复杂曲面零件的加工，具有可移植性，只 需要重新根据零件的模型进行离线编程，就可以实现零件的磨抛加工。

注意，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时， 可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、 只读存储记忆体(Read-OnlyMemory，ROM)或随机存储记忆体(RandomAccess Memory，RAM)等。上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技 术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说 能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因 此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅 限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实 施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。