超硬材料網(wǎng)

　　在航空發(fā)動機(jī)領(lǐng)域，葉片是發(fā)動機(jī)中的關(guān)鍵零件之一，不僅種類多、數(shù)量大，而且形態(tài)各異、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在發(fā)動機(jī)制造中占據(jù)了相當(dāng)大的比重。對于葉片來說，進(jìn)排氣邊的幾何精度和一致性對于發(fā)動機(jī)的動力性能有著至關(guān)重要的影響。為了使發(fā)動機(jī)獲得更好的動力和更高的效率，葉片進(jìn)排氣邊的幾何尺寸越來越小，精度要求越來越高。這就對葉片的制造和檢測方法提出了挑戰(zhàn)，也對葉片加工與檢測設(shè)備的性能提出了更高要求。過去在我國的航空發(fā)動機(jī)研制和生產(chǎn)中，葉片的進(jìn)排氣邊需要進(jìn)行打磨拋光才能夠達(dá)到設(shè)計要求，通常這一過程由操作工人通過手工打磨和拋光來完成，這種方法在加工質(zhì)量、效率和環(huán)保等方面都不能滿足現(xiàn)代航空制造的要求，而且會造成進(jìn)排氣邊的精度不穩(wěn)定、形狀一致性差，給發(fā)動機(jī)的氣動性能帶來了影響。
　　當(dāng)前，世界制造領(lǐng)域正在經(jīng)歷“工業(yè)4.0”變革，我國也相應(yīng)地制定出了制造業(yè)的十年發(fā)展戰(zhàn)略，即《中國制造2025》。其中，智能制造是《中國制造2025》的主攻方向，必將成為實(shí)施制造強(qiáng)國戰(zhàn)略的重要推手，從而為推動我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展保持中高速、產(chǎn)業(yè)邁向中高端起到關(guān)鍵作用。在這樣的背景下，中航工業(yè)精密所立足國內(nèi)航空發(fā)動機(jī)研制和生產(chǎn)過程中的迫切需求，依托自身在精密、超精密制造技術(shù)以及精密測量、測試技術(shù)等領(lǐng)域的豐富經(jīng)驗和技術(shù)積累，在航空發(fā)動機(jī)葉片進(jìn)排氣邊的智能加工與檢測技術(shù)方面開展了卓有成效的研究，實(shí)現(xiàn)了葉片進(jìn)排氣邊智能磨削檢測一體化系統(tǒng)的開發(fā)，具有重大的現(xiàn)實(shí)意義和應(yīng)用價值。
　　葉片進(jìn)排氣邊智能磨削檢測一體化系統(tǒng)在工作過程中，首先應(yīng)用光學(xué)掃描測量機(jī)快速測量葉身，并與標(biāo)準(zhǔn)模型對比得出葉片進(jìn)排氣邊需要磨削的余量；專家系統(tǒng)作為智能決策中心，能夠?qū)γ總€葉片的檢測結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，從而確定最佳的磨削工藝參數(shù)和運(yùn)動軌跡；機(jī)器人用于完成葉片的抓取、搬運(yùn)和磨削運(yùn)動等操作，從而使該系統(tǒng)更加靈活、快速和敏捷；同時，該系統(tǒng)采用柔性砂輪進(jìn)行磨削，可以很好地滿足自適應(yīng)加工的要求，再結(jié)合各種功能的工裝夾具和傳感器，使得該系統(tǒng)真正具備了智能功能。
　　該系統(tǒng)綜合應(yīng)用了數(shù)字化制造、在線精密檢測、工業(yè)機(jī)器人、自適應(yīng)磨削、數(shù)據(jù)庫、智能專家系統(tǒng)等多項先進(jìn)技術(shù)，代表了當(dāng)代葉片磨拋智能加工的先進(jìn)水平。
　　葉片的快速精密測量與加工余量分析技術(shù)
　　快速精密測量是實(shí)現(xiàn)葉片自適應(yīng)磨削的前提和核心，該系統(tǒng)采用了高效率高精度的光學(xué)掃描測量機(jī)，實(shí)現(xiàn)了葉片進(jìn)排氣邊的高效測量和加工余量的實(shí)時分析，并且能夠?qū)y量數(shù)據(jù)傳遞給智能磨削專家系統(tǒng)。
　　柔性砂輪自適應(yīng)磨削技術(shù)
　　該系統(tǒng)采用柔性砂輪對葉片的進(jìn)排氣邊進(jìn)行磨削，既可以獲得較高的磨削效率，又可以達(dá)到所要求的表面質(zhì)量，并且實(shí)現(xiàn)了磨削區(qū)域與非磨削區(qū)域的光順過渡。同時，該系統(tǒng)采用具有6個自由度的工業(yè)機(jī)器人來實(shí)現(xiàn)葉片的空間運(yùn)動，其運(yùn)動軌跡可以按照葉片模型和余量分布狀況來制定，工藝參數(shù)則由智能磨削專家系統(tǒng)根據(jù)統(tǒng)計規(guī)律進(jìn)行規(guī)劃，從而實(shí)現(xiàn)了葉片進(jìn)排氣邊的自適應(yīng)磨削。
　　磨削智能工藝專家系統(tǒng)
　　磨削智能工藝專家系統(tǒng)是該系統(tǒng)具有“智”的特征的具體體現(xiàn)。智能專家系統(tǒng)會統(tǒng)計每個葉片磨削前和磨削后的檢測結(jié)果，并結(jié)合統(tǒng)計規(guī)律和人的經(jīng)驗，制定磨削工藝參數(shù)，從而使系統(tǒng)具有一定的自學(xué)習(xí)和自完善功能。在工藝專家系統(tǒng)的控制下，磨削工藝流程可以自動完成，滿足了葉片進(jìn)排氣邊的全自動化、高精度、高效率和高一致性的加工要求。
　　精密定位、功能夾具和自適應(yīng)調(diào)節(jié)技術(shù)
　　為了滿足工業(yè)機(jī)器人抓取葉片的需求，該系統(tǒng)采用了一種具有視覺感知功能的葉片抓取和放置夾具。該夾具具有視覺感知功能，能夠自動判斷葉片的放置狀態(tài)，并輔助機(jī)械手準(zhǔn)確到達(dá)葉片的放置位置，準(zhǔn)確完成葉片抓取和放置等動作，從而提高了葉片抓取的精度和成功率。同時，針對葉片的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用了一種恒力夾緊工裝夾具，從而保證夾緊力恒定，避免了由于夾緊力不同而產(chǎn)生的葉片定位誤差。
　　系統(tǒng)集成與控制技術(shù)
　　該系統(tǒng)由測量系統(tǒng)、機(jī)器人系統(tǒng)、磨削系統(tǒng)、工裝夾具、葉片儲運(yùn)與傳送系統(tǒng)等組成，并且應(yīng)用了多種傳感器進(jìn)行過程判斷與運(yùn)動協(xié)調(diào)。其中，專家系統(tǒng)為決策控制中心，視覺系統(tǒng)、測量機(jī)為外部監(jiān)測感知單元，機(jī)器人、磨削砂輪為執(zhí)行單元，智能工裝、葉片儲運(yùn)臺為輔助載體。因此，只有通過實(shí)時數(shù)據(jù)融合與協(xié)同控制，才能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的快速響應(yīng)與運(yùn)動協(xié)調(diào)，使其成為具有自主感知、自主判斷和自主執(zhí)行能力，并具有一定的自我修正和調(diào)節(jié)能力的智能制造系統(tǒng)。
　　由精密所開發(fā)的葉片進(jìn)排氣邊智能磨削檢測一體化系統(tǒng)，是一種高度自動化的葉片加工工藝裝備，可以極大提高葉片進(jìn)排氣邊的制造精度、一致性和生產(chǎn)效率。該系統(tǒng)具有智能制造技術(shù)的典型特征，可以作為智能制造技術(shù)的典型應(yīng)用案例，是未來精鍛葉片進(jìn)排氣邊加工的有效手段，必將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。