一种双侧超声滚压协同强化系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术涉及一种双侧超声滚压协同强化系统及其控制方法，所述系统包括：第一机械臂子系统、第二机械臂子系统、第一超声滚压强化子系统、第二超声滚压强化子系统和伺服转台；所述伺服转台用于固定待加工的叶片；所述第一超声滚压强化子系统设置在所述第一机械臂子系统的末端；所述第二超声滚压强化子系统设置在所述第二机械臂子系统的末端。本发明专利技术采用机械臂搭载超声滚压强化装置的方式提高叶片加工的自由度，并设置第一机械臂子系统、第二机械臂子系统、第一超声滚压强化子系统、第二超声滚压强化子系统和伺服转台进行配合实现双面加工。加工。加工。

【技术实现步骤摘要】
一种双侧超声滚压协同强化系统及其控制方法


[0001]本专利技术涉及零件加工
，特别是涉及一种双侧超声滚压协同强化系统及其控制方法。

技术介绍

[0002]由于航空发动机的生产周期长且测试成本高，在航空发动机的生产和制造达到标准之前需要投入大量的成本进行研发，随着航空科技的不断发展，航空发动机必须满足超高速，高空，长航时，超远航程的需求，并且航空发动机要能在高温高压高速的恶劣工作环境中运行，生命周期较短，易产生各种缺陷，如裂纹、磨损、扭曲等破坏，是一种典型限寿部件。相比于在一定行程后去更换叶片，更加经济而且安全的做法是提升叶片的工作寿命，发动机中压气机叶片属于薄壁复杂曲面零件，由于其刚度较低的缺点，在强化过程中容易导致工件变形，影响其工作寿命，因此还需要尽可能减小加工变形。
[0003]超声滚压强化技术是一种新兴的表面强化技术，其原理是利用静压力和高频高速的超声振动联合作用下，在材料表面产生塑性变形，细化零件表层，提高金属表层硬度，克服了传统工艺在这方面的不足，引入有益的残余压应力，从而改善了表面的质量，提高零件的寿命。相比于磨削、抛光等传统工艺，超声滚压技术在原理上和操作上更加的简单、高效，并且对工件表面质量的影响有大的作用。但是超声滚压工艺仍处于实验摸索阶段，大多加工在形状规则的零件上来测试其参数和效果，加工设备主要在现有的车床上集成超声强化系统，对叶片复杂曲面的强化加工研究较少，由于搭载加工头的机床自由度有限，容易造成加工头与叶片其他部位造成干涉，导致零件不能完全的强化或是意外的划伤和损坏。而且目前表面强化方式大多采用单侧加工，单侧加工的方式容易造成压气机叶片受到接触力而产生变形。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术提供了一种双侧超声滚压协同强化系统及其控制方法，以克服搭载加工头的机床自由度有限，容易造成加工头与叶片其他部位造成干涉，导致零件不能完全的强化或是意外的划伤和损坏的技术缺陷，并实现双面加工。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0006]一种双侧超声滚压协同强化系统，所述系统包括：第一机械臂子系统、第二机械臂子系统、第一超声滚压强化子系统、第二超声滚压强化子系统和伺服转台；
[0007]所述伺服转台用于固定待加工的叶片；
[0008]所述第一超声滚压强化子系统设置在所述第一机械臂子系统的末端；
[0009]所述第二超声滚压强化子系统设置在所述第二机械臂子系统的末端；
[0010]所述第一机械臂子系统用于带动所述第一超声滚压强化子系统对所述叶片的一面进行强化加工，所述第二机械臂子系统用于带动所述第二超声滚压强化子系统对所述叶片的另一面进行强化加工。
[0011]可选的，所述第一机械臂子系统和所述第二机械臂子系统均包括六自由度机械臂。
[0012]可选的，所述第一机械臂子系统和所述第一超声滚压强化子系统之间及所述第二机械臂子系统和所述第二超声滚压强化子系统之间均设置有六维力传感器。
[0013]可选的，所述第一超声滚压强化子系统和所述第二超声滚压强化子系统均包括超声滚压工具头和超声发生器；
[0014]所述超声发生器与所述超声滚压工具头中的超声波换能器连接，所述超声发生器用于产生预设频率的信号。
[0015]可选的，所述超声滚压工具头包括套筒、换能器压盘、超声波换能器、变幅杆、保持架和滚轮；
[0016]所述套筒通过螺栓与六维力传感器连接，所述超声波换能器的驱动端与所述超声发生器连接，所述超声波换能器的机械能输出端与所述变幅杆的一端通过双头螺栓连接；
[0017]所述超声波换能器的驱动端位于所述套筒内，所述换能器压盘与所述套筒通过螺栓连接，用于限制所述超声波换能器与所述套筒之间的相对移动；
[0018]所述变幅杆的另一端通过所述保持架与所述滚轮连接。
[0019]可选的，所述系统还包括强化夹具；
[0020]所述伺服转台通过所述强化夹具固定所述叶片。
[0021]可选的，所述强化夹具的底部设置有十字形卡槽，所述十字形卡槽与所述伺服转台上设置的十字形卡爪对准，并通过螺栓固定；
[0022]所述强化夹具的顶部设置有凹槽，所述凹槽的顶面的四周设置在第一螺纹孔，所述凹槽的侧面设置有第二螺纹孔；所述强化夹具的顶部还设置有压盖，所述压盖的中心设置有通孔；
[0023]工作时，所述叶片的榫根设置在所述凹槽内，所述压盖通过螺栓与所述第一螺纹孔紧固，所述叶片穿过所述通孔，所述压盖用于限制所述叶片在Z轴方向的移动；所述第二螺纹孔内拧入螺栓，用于限制所述叶片在X轴方向和Y轴方向的移动；所述Z轴方向为强化进给方向，所述X轴方向为叶片的厚度方向，所述Y轴方向为与所述Z轴方向和所述X轴方向垂直的方向。
[0024]一种双侧超声滚压协同强化系统的控制方法，所述方法应用于上述双侧超声滚压协同强化系统，所述方法包括如下步骤：
[0025]将待加工的叶片固定在伺服转台上；
[0026]根据所述叶片的三维模型，生成第一机械臂运动轨迹和第二机械臂运动轨迹；
[0027]根据所述第一机械臂运动轨迹控制第一机械臂子系统动作；
[0028]根据所述第二机械臂运动轨迹控制第二机械臂子系统动作；
[0029]根据叶片的三维模型，确定叶片两面的加工深度，分别作为第一加工深度和第二加工深度；
[0030]根据所述第一加工深度控制第一超声滚压强化子系统动作；
[0031]根据所述第二加工深度控制第二超声滚压强化子系统动作。
[0032]可选的，所述根据所述叶片的三维模型，生成第一机械臂运动轨迹和第二机械臂运动轨迹，具体包括：
[0033]将Z轴的数值相同的数据点作为一层，对所述三维模型进行分层；
[0034]对于每层的数据点根据Y轴的数值划分为第一平面数据点和第二平面数据点，所述第一平面数据点为位于叶片的一面的数据点，所述第二平面数据点为位于叶片的另一面的数据点；
[0035]对于第一平面数据点和第二平面数据点，分别计算第一机械臂子系统的末端移动到每个第一平面数据点的第一时间点和第二机械臂子系统的末端移动到每个第二平面数据点的第一时间点；
[0036]在相邻两个所述第一时间点之间插入多个第二时间点；
[0037]所述第一平面数据点对应的第一时间点和第二时间点组成第一平面数据点所在层的第一机械臂运动轨迹；
[0038]所述第二平面数据点对应的第一时间点和第二时间点组成第二平面数据点所在层的第二机械臂运动轨迹。
[0039]可选的，所述根据所述第一加工深度控制第一超声滚压强化子系统动作，具体包括：
[0040]获取设置在第一机械臂子系统和所述第一超声滚压强化子系统之间的六维力传感器，采集的压力数据；
[0041]利用如下公式对所述压力数据进行重力补偿，获得补偿后的压力数据；
[0042]F
′
m
(t)＝F
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双侧超声滚压协同强化系统，其特征在于，所述系统包括：第一机械臂子系统、第二机械臂子系统、第一超声滚压强化子系统、第二超声滚压强化子系统和伺服转台；所述伺服转台用于固定待加工的叶片；所述第一超声滚压强化子系统设置在所述第一机械臂子系统的末端；所述第二超声滚压强化子系统设置在所述第二机械臂子系统的末端；所述第一机械臂子系统用于带动所述第一超声滚压强化子系统对所述叶片的一面进行强化加工，所述第二机械臂子系统用于带动所述第二超声滚压强化子系统对所述叶片的另一面进行强化加工。2.根据权利要求1所述的双侧超声滚压协同强化系统，其特征在于，所述第一机械臂子系统和所述第二机械臂子系统均包括六自由度机械臂。3.根据权利要求1所述的双侧超声滚压协同强化系统，其特征在于，所述第一机械臂子系统和所述第一超声滚压强化子系统之间及所述第二机械臂子系统和所述第二超声滚压强化子系统之间均设置有六维力传感器。4.根据权利要求3所述的双侧超声滚压协同强化系统，其特征在于，所述第一超声滚压强化子系统和所述第二超声滚压强化子系统均包括超声滚压工具头和超声发生器；所述超声发生器与所述超声滚压工具头中的超声波换能器连接，所述超声发生器用于产生预设频率的信号。5.根据权利要求4所述的双侧超声滚压协同强化系统，其特征在于，所述超声滚压工具头包括套筒、换能器压盘、超声波换能器、变幅杆、保持架和滚轮；所述套筒通过螺栓与六维力传感器连接，所述超声波换能器的驱动端与所述超声发生器连接，所述超声波换能器的机械能输出端与所述变幅杆的一端通过双头螺栓连接；所述超声波换能器的驱动端位于所述套筒内，所述换能器压盘与所述套筒通过螺栓连接，用于限制所述超声波换能器与所述套筒之间的相对移动；所述变幅杆的另一端通过所述保持架与所述滚轮连接。6.根据权利要求1所述的双侧超声滚压协同强化系统，其特征在于，所述系统还包括强化夹具；所述伺服转台通过所述强化夹具固定所述叶片。7.根据权利要求6所述的双侧超声滚压协同强化系统，其特征在于，所述强化夹具的底部设置有十字形卡槽，所述十字形卡槽与所述伺服转台上设置的十字形卡爪对准，并通过螺栓固定；所述强化夹具的顶部设置有凹槽，所述凹槽的顶面的四周设置在第一螺纹孔，所述凹槽的侧面设置有第二螺纹孔；所述强化夹具的顶部还设置有压盖，所述压盖的中心设置有通孔；工作时，所述叶片的榫根设置在所述凹槽内，所述压盖通过螺栓与所述第一螺纹孔紧固，所述叶片穿过所述通孔，所述压盖用于限制所述叶片在Z轴方向的移动；所述第二螺纹孔内拧入螺栓，用于限制所述叶片在X轴方向和Y轴方向的移动；所述Z轴方向为强化进给方向，所述X轴方向为叶片的厚度方向，所述Y轴方向为与所述Z轴方向和所述X轴方向垂直的方向。8.一种双侧超声滚压协同强化系统的控制方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：张显程，刘爽，王佳伟，朱林，张开明，孙兆星，程华裔，石俊秒，
申请(专利权)人：华东理工大学，
类型：发明
国别省市：