韓慶元

(中航國(guó)際航空發(fā)展有限公司,北京 100101)

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基于自動(dòng)化加工的葉片裝夾方案

韓慶元

(中航國(guó)際航空發(fā)展有限公司,北京 100101)

葉片加工自動(dòng)線能夠?qū)崿F(xiàn)一次裝夾，完成包括型面、凸臺(tái)、葉冠、葉根圓角等多個(gè)空間曲面的加工，葉片毛坯與機(jī)床的高效準(zhǔn)確定位和自動(dòng)鎖緊松開，是葉片實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的關(guān)鍵所在。研究了一種基于自動(dòng)化加工的葉片裝夾方案，大大節(jié)省了重新找正零點(diǎn)的輔助時(shí)間及高昂的準(zhǔn)備成本，保證了工作的連續(xù)性，提高了工作效率和加工精度。

鎖緊；自動(dòng)化;找正零點(diǎn)

葉片是汽輪機(jī)、航空發(fā)動(dòng)機(jī)等設(shè)備的核心部件,在航空發(fā)動(dòng)機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)制造中各類葉片所占比重約30%,葉片質(zhì)量的好壞，直接關(guān)系著航空發(fā)動(dòng)機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)等這些關(guān)乎國(guó)計(jì)民生的高端裝備的質(zhì)量水平。隨著電力、能源、航空航天和國(guó)防工業(yè)的高速發(fā)展，汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)廠家的產(chǎn)能將進(jìn)一步擴(kuò)大，葉片需求量也將大幅度增加。葉片加工自動(dòng)化很好地解決了葉片批量生產(chǎn)的質(zhì)量和效率問題，在生產(chǎn)中取得了很好的效果。葉片自動(dòng)裝夾是葉片加工實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的關(guān)鍵所在。

1 葉片的工藝特點(diǎn)

葉片型面為空間曲面，形狀復(fù)雜，葉根圓角由多個(gè)變直徑的圓弧組成，有的葉身中部還帶有阻尼臺(tái)。此外葉片為薄壁結(jié)構(gòu)，其加工工藝性差，在切削力、夾緊力、切削熱等因素的影響下，易發(fā)生加工變形，造成加工精度的損失,而且葉片不同區(qū)域的剛性也不相同。所以葉片加工的難度和復(fù)雜性非常之高，要實(shí)現(xiàn)葉片的自動(dòng)化、批量化加工更是難上加難。

2 基于自動(dòng)加工的葉片裝夾方案的制定

葉片加工的自動(dòng)化進(jìn)程中，自動(dòng)上下料的實(shí)現(xiàn)尤為重要；在自動(dòng)上下料過程中，最關(guān)鍵的技術(shù)之一就是葉片毛坯(圖1)和葉片成品(圖2)的抓取。目前對(duì)葉片( 毛坯或成品) 的抓取位置主要有兩種，其中一種是直接抓取葉片的葉身部分，即加工過程中由毛坯加工至成品的部分；另一種是在毛坯一端多留出材料作為抓取位置，即增加了毛坯的最終去除材料。

對(duì)于第一種情況，由于葉片加工成型以后型面復(fù)雜，且很多葉片是由方鋼毛坯加工至成品。所以直接抓取葉身部分在抓取毛坯和抓取成品時(shí)的形狀差異較大，若使用同一手爪進(jìn)行抓取，容易抓取失誤，出現(xiàn)工件掉落等狀況，即使使用不同的手爪分別抓取毛坯和成品，也會(huì)由于加工成型后的葉身型面復(fù)雜( 多數(shù)葉片的葉身為空間曲面，許多葉片的葉身中間還帶有凸臺(tái)) 而對(duì)手爪的要求極高，也難以單純通過工具的增加確保抓取的可靠性。

對(duì)于第二種情況，因?yàn)槿~片的材料多采用價(jià)格不菲的高溫合金，所以為了節(jié)約成本，加工廠商對(duì)于毛坯( 尤其是用方鋼加工葉片)，其預(yù)留去除的毛坯部分的材料留量很小( 只在一端留有2～3 mm 的余量)。但是即使是只針對(duì)單個(gè)抓取手爪的情況，也至少需要留出15 mm的毛坯尺寸，很大程度上造成了材料的浪費(fèi)。

有鑒于此，本文提出一種用于葉片加工機(jī)床的自動(dòng)上下料隨行夾具，旨在無(wú)需要增加葉片毛坯余量尺寸的前提下，可靠地實(shí)現(xiàn)對(duì)葉片的自動(dòng)抓取。

自動(dòng)抓取方案具體為一種用于葉片加工機(jī)床的自動(dòng)上下料隨行夾具，包括裝夾部、抓取部和機(jī)床對(duì)接部，所述抓取部設(shè)于所述裝夾部和所述機(jī)床對(duì)接部之間；所述抓取部與自動(dòng)上下料手爪相配合；所述裝夾部與葉片相連接。隨行夾具如圖3所示。

自動(dòng)上下料隨行夾具的隨夾方法具體包括如下步驟：首先通過裝夾部1 將隨行夾具和葉片6(毛坯) 固定連接，并將固定連接的隨行夾具和葉片毛坯裝入料倉(cāng)；自動(dòng)上下料手爪夾緊抓取部2 上的抓取溝槽5，從料倉(cāng)中抓取葉片毛坯，并將葉片毛坯送至葉片加工機(jī)床，機(jī)床對(duì)接部3 的機(jī)床接口與機(jī)床工件軸相匹配，機(jī)床對(duì)接部的機(jī)床接口中部的角向定位裝置( 銷軸4) 與機(jī)床工件軸端面的角向定位裝置相匹配，通過自動(dòng)上下料手爪與機(jī)床工件軸的配合，實(shí)現(xiàn)葉片毛坯的自動(dòng)夾緊，葉片毛坯的自動(dòng)上料過程完成；上料完成后，自動(dòng)上下料手爪離開加工區(qū)域，葉片加工機(jī)床將葉片毛坯加工至葉片成品后，自動(dòng)上下料手爪夾緊抓取部2 的抓取溝槽5，機(jī)床工件軸自動(dòng)松開機(jī)床接口，自動(dòng)上下料手爪將固定連接的隨行夾具和葉片6(成品) 送回料倉(cāng)，葉片成品的自動(dòng)下料過程完成；至此，一個(gè)葉片工件的自動(dòng)上下料循環(huán)結(jié)束。在自動(dòng)上下料過程中，自動(dòng)上下料手爪不直接抓取葉片6(毛坯或成品)，而是直接抓取隨行夾具，確保了自動(dòng)抓取的可靠性，又無(wú)需增加葉片毛坯的余量尺寸，節(jié)約了材料成本。

3 自動(dòng)上下料隨行夾具具體結(jié)構(gòu)

自動(dòng)上下料隨行夾具與機(jī)床的準(zhǔn)確定位和自動(dòng)鎖緊松開，是機(jī)床對(duì)接部的關(guān)鍵所在，只有解決好這個(gè)問題才可以節(jié)省重新找正零點(diǎn)的輔助時(shí)間和高昂的準(zhǔn)備成本，保證工作的連續(xù)性，提高工作效率，同時(shí)大大提高了加工精度。

工件在主軸上的快速準(zhǔn)確定位是通過錐面和主軸錐孔配合來(lái)實(shí)現(xiàn)的。夾具與機(jī)床對(duì)接的形式見圖4。

錐柄形式采用HSK100B(如圖5)，主要因其錐部長(zhǎng)度短和采用空心結(jié)構(gòu)后質(zhì)量較輕，故自動(dòng)上下料動(dòng)作快，縮短機(jī)械手移動(dòng)時(shí)間，加快工件移動(dòng)速度，有利于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上下料的高速化。加大的法蘭盤是為了留出與工件夾具連接螺釘孔位置以及定位銷的位置。定心靠1:10錐面，軸向通過法蘭端面與頭架主軸端面(如圖6)貼合實(shí)現(xiàn)定位，圓周角向定位靠定位銷。

夾具的夾緊和松開是通過一套拉桿機(jī)構(gòu)(如圖7)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，碟簧拉緊，液壓松開。

自動(dòng)上下料手爪夾緊抓取通過抓取溝槽來(lái)實(shí)現(xiàn)，

根據(jù)機(jī)械手的手爪形式確定了抓取溝槽形式，由于機(jī)械手在料倉(cāng)有一次倒手的過程，即存在輔助機(jī)械手和上料機(jī)械手同時(shí)抓住工件的情況，所以需在抓取部設(shè)計(jì)兩個(gè)抓取溝槽(如圖8)。

為了節(jié)省料倉(cāng)空間，工件在料倉(cāng)中的擺放姿態(tài)與抓取姿態(tài)成90°形式，料倉(cāng)上附帶一個(gè)由手爪及擺缸組成的伺服驅(qū)動(dòng)的輔助機(jī)械手(如圖9)，為機(jī)械手上料做準(zhǔn)備，料倉(cāng)形式如圖10所示。

4 結(jié)語(yǔ)

本文提出了一種新型的隨行夾具設(shè)計(jì)，并從夾具的具體結(jié)構(gòu)與工作過程、機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)的介紹與設(shè)計(jì)分析。該機(jī)構(gòu)很好地實(shí)現(xiàn)了葉片在自動(dòng)化加工過程中的高效準(zhǔn)確的裝夾。開發(fā)完成后，構(gòu)成自動(dòng)線的八臺(tái)五軸聯(lián)動(dòng)葉片加工中心經(jīng)過多次連續(xù)裝夾測(cè)試及切削加工試驗(yàn)，裝夾方案高效方便，工作穩(wěn)定可靠，加工出的葉片精度和表面粗糙度檢測(cè)合格，通過了用戶的驗(yàn)收。超過半年的切削加工表明，機(jī)床工作穩(wěn)定可靠，基于自動(dòng)化加工的葉片裝夾機(jī)構(gòu)實(shí)用有效，得到用戶好評(píng)，為葉片加工精度和加工效率的提高發(fā)揮了重要作用。

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Blade clamping scheme based on automated processing

HAN Qingyuan

(AVIC International Aero-development Corporation, Beijing 100101, CHN)

Automatic blade machining line can realize multiple space curved surface machining when clamped just one time, including profile, convex platform, reflectance, blade root fillet etc. The high accurate positioning and automatic clamping & releasing of the rough blade is the key to realize automatic blade machining. In this paper, we study a kind of blade clamping scheme based on automated processing, which greatly saves the auxiliary time to find zero point and the cost to prepare, ensures the continuity of work, improves work efficiency and the machining accuracy.

clamping; automation; zero point positioning

TH162

A

10.19287/j.cnki.1005-2402.2016.11.028

韓慶元，男，1981年生，工程師，主要研究方向?yàn)闄C(jī)床總體設(shè)計(jì)。

(編輯 汪 藝)

2016-07-15)

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