專利名稱：汽輪機葉片數控砂帶磨床的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及汽輪機葉片的加工設備，尤其涉及一種將葉片裝夾于機床 上用砂帶完成葉片曲面型面磨削的加工機床。
技術背景汽輪機葉片形狀復雜、加工精度要求高，是汽輪發動機組中的重要零件， 也是汽輪機中加工難度最大的零件之一。目前國內市場上有用于汽輪機葉片 銑削加工的機床設備，包括通用的5軸加工中心機床，以及由中國機械工業科學技術獎公報的編號為0501009的專用汽輪機葉片加工中心機床。而用于汽輪機葉片曲面型面磨削加工的機床設備尚未見報道。由國家知識產權局公開的申請號為03279079. 1，名稱為"汽輪機葉片縱樹型葉根強力磨床"專利技術， 僅用于葉片葉根部工作平面的磨削加工，在現有技術中尚沒有能完成汽輪機 葉片曲面型面磨削加工的設備。 實用新型內容本實用新型提供了一種在一次裝夾下完成整個汽輪機葉片曲面型面磨削 加工的汽輪機葉片數控砂帶磨床。本實用新型的技術方案是它包括機床床身、頭架、尾座、大拖板、小拖板、回轉臺組成，頭架固定連接在床身一端，尾架滑動設置在床身另一端， 床身導軌上設有大拖板，在大拖板上設有小拖板，回轉臺固定連接在小拖板 上，它還包括砂帶磨頭、開放式數控系統以及分別驅動機床各傳動軸的各個伺服電機；砂帶磨頭固定連接在機床回轉臺上；在機床五根控制軸中，驅動 大拖板沿機床導軌做葉片縱向磨削運動的為Z軸，由Z軸伺服電機驅動；驅 動小拖板做徑向磨削運動的為X軸，由X軸伺服電機驅動；驅動頭架做葉片 回轉運動的為C軸，由C軸伺服電機驅動；驅動回轉臺做旋轉運動的為B軸， 由B軸伺服電機驅動；D軸為砂帶磨頭驅動軸，由變頻無級調速交流電機驅動； 各電機通過驅動器接口與開放式數控系統連接，在開放式數控系統中配置有 滿足汽輪機葉片曲面型面磨削要求的能使X、 Z、 B、 C軸實現聯動的儲存有系統控制軟件的存儲器和執行電路。所述砂帶磨頭由磨頭支座、磨頭電動機、主動輪、張緊輪、接觸輪、砂 帶和傳動皮帶輪副組成；磨頭支座固定連接在機床回轉臺上，支座上固定連 接有磨頭電動機；砂帶設置在主動輪和接觸輪上，為封閉環狀結構，由張緊 輪張緊，主動輪、張緊輪和接觸輪軸線相互平行；主動輪由磨頭電動機通過 傳動皮帶輪副進行驅動，可通過連接主動輪的支撐桿繞銷軸擺動實現傳動皮 帶的張緊；用于砂帶張緊的張緊輪與偏心軸連接，偏心軸設置在固接于磨頭 支座的支撐臂上。所述的機床開放式數控系統以工控機和多軸運動控制器為硬件平臺，數控 系統軟件由實時控制功能模塊、非實時管理功能模塊和葉片數據處理模塊三 大軟件模塊組成，工控機與多軸運動控制器可通過ISA總線進行通信，也可 通過雙端口 RAM進行通信，多軸運動控制器通過接線器分別與各軸伺服驅動 單元連接，多軸運動控制器還通過多功能I/O接口與機床控制面板和機床電 器連接。本實用新型根據汽輪機葉片磨削加工的要求，利用現代數控技術和砂帶 高效磨削的特點，利用原有機床基礎件，新設計開發了砂帶磨頭、五軸四聯 動開放式數控系統，實現了一種磨削效率高、磨削精度好、結構簡潔、成本 低廉的汽輪機葉片數控砂帶磨床。本實用新型的特征將結合附圖作進一步的說明。
附圖1為本實用新型的結構示意圖。圖中1機床床身，2大拖板，3小拖板，4回轉臺，5頭架，6、 C軸 伺服驅動電機，7同步帶輪副，8氣輪機葉片，9砂帶磨頭，IO磨頭電機， 11 X軸伺服驅動電機，12、 B軸伺服驅動電機，13尾座，14、 Z軸伺服驅動 電機。圖2為砂帶磨頭結構示意圖。圖中15砂帶磨頭支座，16接觸輪，17砂帶，18張緊輪，19偏心軸，20 V 型皮帶，21銷軸，22支承桿，23皮帶輪副，24主動輪。 圖3為數控系統的結構框圖。 圖4為數控系統主要功能模塊。
具體實施方式
本實用新型包括機床床身1、頭架5、尾座13、大拖板2、小拖板3、回轉 臺4、砂帶磨頭9、開放式數控系統和分別驅動機床五根控制軸的電機，汽輪 機葉片8安裝于機床頭架5和尾座13頂尖之間，由C軸伺服電機6驅動，實 現葉片8的旋轉運動；Z軸伺服電機14驅動大拖板2，并由此帶動砂帶磨頭9 沿機床導軌做葉片8的縱向磨削進給運動；X軸伺服電機11驅動小拖板3， 并由此沿大拖板2燕尾導軌帶動砂帶磨頭9做葉片8的徑向進給運動；B軸伺
服電機12驅動回轉臺4繞自身轉軸旋轉，以控制砂帶磨頭9在葉片8曲面型 面的法線方向進行磨削，D軸為砂帶磨頭驅動軸，由變頻無級調速磨頭電機 IO驅動。所述的機床C軸伺服電機6輸出軸配置有一只高精度行星減速器，通過同 步帶輪副7和同步帶驅動頭架5主軸旋轉；頭架5主軸端部安裝有專用夾具， 該夾具與支撐尾座13頂尖配合，實現對葉片8的定位與夾緊；機床的Z軸和 X軸伺服電機均提供柔性連軸節與滾珠絲桿相連。砂帶磨頭由支座15、磨頭電動機IO、主動輪24、張緊輪18、接觸輪16、 砂帶17和傳動皮帶輪副23組成；支座固定連接在機床回轉臺上，磨頭支座 15上固定連接有磨頭電動機10;砂帶17設置在主動輪24和接觸輪16上， 為封閉環狀結構，由張緊輪18張緊，主動輪24、張緊輪18和接觸輪16軸線 相互平行；主動輪24由磨頭電動機10通過傳動皮帶輪副23進行驅動，可通 過連接主動輪24的支承桿22繞銷軸21擺動實現傳動皮帶20的張緊；張緊 輪18與偏心軸19連接，偏心軸19設置在固接于支座的支撐臂上，可通過偏 心軸19的轉動實現對砂帶17的張緊。汽輪機葉片數控砂帶磨床的控制過程由開放式數控系統來進行控制。數 控系統是以工控機(IPC)和多軸運動控制器PMAC (Programmable Multi-Axis Controller)為硬件平臺的開放式數控系統。該系統以工控機為主機，以多 軸運動控制器為從機，構成一種主從式控制結構，主機負責系統管理、用戶 輸入、界面顯示等非實時控制任務，從機負責數控系統的實時控制作業。主 機與從機之間的通信可通過ISA總線進行，也可通過雙端口 RAM進行，雙端 口 RAM的應用提高了系統的通信速率，提高了數控系統的響應能力和控制精度。多軸運動控制器通過接線器分別與各軸伺服驅動單元連接，用以控制各 伺服軸的位置和速度，并實時反饋伺服各軸的工作狀態。此外，多軸運動控制器還通過多功能I/O接口與機床控制面板和機床電器連接，用于控制系統開關量的輸入和輸出。機床數控系統的軟件部分，由主控模塊以及各種功能模塊組成。主控模塊 是為用戶提供一個友好的系統操作界面，在此界面下系統的各功能模塊以菜 單的形式被調用。系統的功能模塊可分為實時控制類功能模塊、非實時管理 類功能模塊以及汽輪機葉片專用數據處理功能模塊三大類。實時控制類模塊是控制機床當前運動的軟件模塊，具有毫秒級甚至更高要 求的時間響應，主要由多軸運動控制器完成。實時控制類功能模塊包括加工程序解釋、伺服驅動、運動插補、數據采集以及PLC等功能。PLC軟件模塊包 括有系統I/0端口映射、回參考點、使能許可，自動、單步、點動、MDA、 JOG 等工作方式，快速、增量、倍率等速率調整，冷卻、潤滑、主軸電機啟停等 控制子程序組成。非實時管理類模塊包括系統參數設置、系統診斷、系統通訊以及NC程序 編輯等功能。這類軟件模塊對時間響應要求不高，主要由PC微機負責完成。汽輪機葉片專用數據處理類功能模塊是針對汽輪機葉片砂帶磨削加工的 相關功能模塊，包括原始參數輸入、三維自動造型、數控程序生成、磨削誤 差分析等主要軟件模塊組成。該類軟件模塊是系統的重要組成部分，關系到 該葉片磨削機床使用的方便性、高效性、精確性等機床特性。
權利要求1、汽輪機葉片數控砂帶磨床，包括機床床身、頭架、尾座、大拖板、小拖板、回轉臺，頭架固定連接在床身一端，尾架滑動設置在床身另一端，床身導軌上設有大拖板，在大拖板上設有小拖板，回轉臺固定連接在小拖板上，其特征在于它還包括砂帶磨頭、開放式數控系統以及分別驅動機床各傳動軸的各個伺服電機；砂帶磨頭固定連接在機床回轉臺上；在機床五根控制軸中，驅動大拖板沿機床導軌做葉片縱向磨削運動的為Z軸，由Z軸伺服電機驅動；驅動小拖板做徑向磨削運動的為X軸，由X軸伺服電機驅動；驅動頭架做葉片回轉運動的為C軸，由C軸伺服電機驅動；驅動回轉臺做旋轉運動的為B軸，由B軸伺服電機驅動；D軸為砂帶磨頭驅動軸，由變頻無級調速交流電機驅動；各電機通過驅動器接口與開放式數控系統連接，在開放式數控系統中配置有滿足汽輪機葉片曲面型面磨削要求的能使X、Z、B、C軸實現聯動的儲存有系統控制軟件的存儲器和執行電路。
2、根據權利要求1所述的汽輪機葉片數控砂帶磨床，其特征在 于砂帶磨頭由磨頭支座、磨頭電動機、主動輪、張緊輪、接觸輪、 砂帶和傳動皮帶輪副組成；磨頭支座固定連接在機床回轉臺上，支座 上固定連接有磨頭電動機；砂帶設置在主動輪和接觸輪上，為封閉環 狀結構，由張緊輪張緊，主動輪、張緊輪和接觸輪軸線相互平行；主 動輪由磨頭電動機通過傳動皮帶輪副進行驅動，可通過連接主動輪的 支撐桿繞銷軸擺動實現傳動皮帶的張緊；用于砂帶張緊的張緊輪與偏 心軸連接，偏心軸設置在固接于磨頭支座的支撐臂上。
3、根據權利要求1所述的汽輪機葉片數控砂帶磨床，其特征在 于所述的機床開放式數控系統以工控機和多軸運動控制器為硬件平 臺，數控系統軟件由實時控制功能模塊、非實時管理功能模塊和葉片 數據處理模塊三大軟件模塊組成，工控機與多軸運動控制器可通過 ISA總線進行通信，也可通過雙端口RAM進行通信，多軸運動控制器 通過接線器分別與各軸伺服驅動單元連接，多軸運動控制器還通過多 功能I/O接口與機床控制面板和機床電器連接。
專利摘要汽輪機葉片數控砂帶磨床。本實用新型涉及汽輪機葉片的加工設備。包括機床床身、頭架、尾座、大拖板、小拖板、回轉臺、砂帶磨頭和開放式數控系統；Z軸伺服電機驅動大拖板做葉片縱向磨削運動，X軸伺服電機驅動小拖板做葉片徑向磨削運動，C軸驅動頭架做回轉運動，B軸驅動回轉臺做旋轉運動，D軸為砂帶磨頭驅動軸，各電機通過驅動器接口與數控系統連接；數控系統中設置有存儲器和控制電路，配置有葉片磨削控制軟件模塊。磨頭中砂帶為環狀結構，由砂帶張緊裝置張緊，磨頭電動機與主動輪間的傳動皮帶由皮帶張緊機構張緊。本實用新型為五軸四聯動數控砂帶磨床，具有磨削效率高、磨削精度好、結構簡潔、成本低廉、操控簡便的特點。
文檔編號B24B41/00GK201012467SQ20072003389
公開日2008年1月30日 申請日期2007年1月31日 優先權日2007年1月31日
發明者季源源, 王隆太, 錢文明 申請人:揚州大學