一种用于叶片机器人磨抛的自动夹具及方法与流程

1.本发明属于磨抛加工辅件技术领域，更具体地，涉及一种用于叶片机器人磨抛的自动夹具及方法。


背景技术：

2.在航空发动机、燃气轮机或汽轮机中，叶片是完成其中气体压缩和膨胀来产生强大动力的核心零件，它的表面质量和型面精度对整机气流动力性能和使用性能影响巨大。磨抛是叶片加工的最后一道工艺，决定了其最终轮廓精度和表面质量，关系到发动机最终的推力和寿命。目前叶片磨抛相关的自动化装备主要分为数控专机和机器人磨抛两类。其中机器人磨抛一般是采用机器人夹持叶片在磨抛机上打磨，或者机器人夹持磨抛工具对固定或移动的叶片进行打磨。其具有灵活性好、成本低廉的特点，可以应对种类繁多的叶片磨抛需求，是当今叶片磨抛的一个重要趋势。
3.然而现有技术中，国内机械人磨抛工作尚不能实现完全无人化管理，其中一个重要原因就是缺少自动夹具。而人工装夹效率低，稳定性差，精度低，无法实现流水作业。
4.基于上述缺陷和不足，本领域亟需提出一种用于叶片机器人磨抛的自动夹具，根据叶片特征构建定位精准、夹持稳定、能自适应调整定位的夹具，以提高流水效率、降低人工装夹造成的偏差。


技术实现要素：

5.针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种用于叶片机器人磨抛的自动夹具及方法，其中结合叶片自身的特征及其机器人磨抛工艺特点，相应设计了用于叶片机器人磨抛的自动夹具，并对其关键组件如连接支撑模块、斜面切合夹持模块、水平定位夹持模块和垂向定位夹紧模块的结构及其具体设置方式进行研究和设计，相应的可根据叶片特征构建定位精准、夹持稳定、能自适应调整定位的夹具，同时以气缸模拟人工装夹过程，效率高、性能好，实现了自动化定位装夹，可以降低人工装夹造成的偏差并提高流水效率。本发明有助于实现叶片的全自动高性能力控磨抛，提高叶片磨抛的精度和效率。
6.为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提出了一种用于叶片机器人磨抛的自动夹具，包括：
7.连接支撑模块，该连接支撑模块用于在夹装叶片之前与机器人末端装置连接；
8.斜面切合夹持模块，该斜面切合夹持模块包括第一驱动单元、夹爪、镶嵌定位块以及定位板，所述第一驱动单元固定设置在所述连接支撑模块上，且该第一驱动单元的动力输出端与夹爪连接，用于驱动所述夹爪的开合，所述夹爪上设有与叶片的榫头斜面相匹配的斜面，所述定位板设于所述夹爪的工作空间，用于限制夹爪的闭合程度，使得所述夹爪运动至所述定位板时，所述夹爪的镶嵌定位块斜面与所述榫头斜面切合；
9.水平定位夹持模块，该水平定位夹持模块包括设于所述连接支撑模块上的第二驱动单元和圆弧顶块，所述第二驱动单元和圆弧顶块分别设于所述夹爪的开合面两侧，所述
第二驱动单元的动力输出轴与所述夹爪的开合面垂直，所述圆弧顶块的圆弧面面向所述夹爪设置；
10.垂向定位夹紧模块，该垂向定位夹紧模块设于连接支撑模块上，用于在所述第二驱动单元将叶片的端面驱动至与所述圆弧顶块的圆弧面线性接触后，沿所述夹爪的斜面所在顶角方向推动叶片，使得榫头斜面与所述夹爪的镶嵌定位块斜面楔紧，以此方式，实现叶片的完全定位和夹紧。
11.作为进一步优选的，所述镶嵌定位块为耐磨高强度钢。
12.作为进一步优选的，所述第一驱动单元包括平行气动手指，该平行气动手指的手指与夹爪固定连接；
13.所述定位板固定设于所述平行气动手指的滑座上。
14.作为进一步优选的，所述夹爪包括结构相同且对称设置的第一l形爪和第二l形爪，第一l形爪和第二l形爪均为l形结构，第一l形爪和第二l形爪均为l形结构直接构成容纳榫头的工作空间。
15.作为进一步优选的，所述第一驱动单元上设有气缸安装板，所述第二驱动单元固定设于该气缸安装板上；
16.所述第二驱动单元包括固定连接的水平运动气缸和第一推板，所述第一推板与所述夹爪的开合面平行设置。
17.作为进一步优选的，所述垂向定位夹紧模块包括依次固定连接的气缸板、垂向运动气缸和第二推板。
18.作为进一步优选的，还包括圆盘安装板，所述气缸板与所述圆盘安装板固定连接，所述圆弧顶块固定设于该圆盘安装板上。
19.作为进一步优选的，所述连接支撑模块包括安装盘以及固定设于该安装盘上的法兰安装盘。
20.按照本发明的另一个方面，还提供了一种叶片固定夹紧的方法，采用上述一种用于叶片机器人磨抛的自动夹具实现，包括以下步骤：
21.s1将连接支撑模块安装与机器人末端装置连接，第一驱动单元驱动夹爪张开；
22.s2机器人末端装置驱动所述夹爪运动至预设位置，此时，叶片的榫头位于所述夹爪的工作空间，所述第一驱动单元驱动所述夹爪运动抵止至定位板，此时，榫头处于活动状态；
23.s3第二驱动单元沿夹爪的开合面垂直方向推动榫头的端面与圆弧顶块的圆弧面线性接触，实现叶片的y轴定位；
24.s4垂向定位夹紧模块沿所述夹爪的斜面所在顶角方向推动榫头，使得榫头斜面与所述夹爪的镶嵌定位块斜面楔紧，以此方式，实现叶片的完全定位和夹紧。
25.总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：
26.1.本发明对其关键组件如连接支撑模块、斜面切合夹持模块、水平定位夹持模块和垂向定位夹紧模块的结构及其具体设置方式进行研究和设计，相应的可根据叶片特征构建定位精准、夹持稳定、能自适应调整定位的夹具，同时以气缸模拟人工装夹过程，效率高、性能好，实现了自动化定位装夹，可以降低人工装夹造成的偏差并提高流水效率。本发明有
助于实现叶片的全自动高性能力控磨抛，提高叶片磨抛的精度和效率。
27.2.本发明夹爪处采用可拆卸镶嵌定位块设计。镶嵌定位块可采用独立工艺加工，获得良好的硬度、耐磨性以及尺寸精度，且磨损后易于更换。可以满足长期工作要求，工作寿命间始终保持良好的精度，保证叶片加工的一致性并降低维护成本。
28.3.本发明采用接触定位代替电控定位，可以减小重复装夹误差。具有定位一致性好、可重复性高的优点，有利于提高叶片磨抛的精度。
29.4.本发明榫头的水平夹持件与榫头的端面为线接触，避免了传统的面面接触产生的较大的误差，即本发明水平夹持件进行了特定性的设计，使得榫头的端面与圆弧顶块形成线性接触，当垂向定位夹紧模块向下顶榫头时，榫头在压力所用下顺应夹爪的斜面进行自适应调整，使得榫头的中轴线能与夹爪的开合面垂直，从而保证了夹具与叶片的相对位姿，同时也保证了叶片与机器人的相对位姿，确保了叶片打磨过程中的精度。
附图说明
30.图1是本发明优选实施例涉及的一种用于叶片机器人磨抛的自动夹具的结构示意图；
31.图2是图1中拆解掉叶片、第一推板、水平运动气缸、气缸安装板后的自动夹具结构示意图；
32.图3是图1中涉及的夹爪张开的结构示意图；
33.图4是图1中涉及的夹爪夹持榫头的结构示意图；
34.图5是图1中涉及的夹爪与榫头斜面切合的结构示意图；
35.图6是图1中涉及的水平运动气缸推动榫头端面至榫头端面与-圆弧顶块线性接触的结构示意图；
36.图7是本发明优选实施例涉及的一种用于叶片机器人磨抛的自动夹具夹紧榫头的结构示意图；
37.图8是本发明实施例涉及的叶片的结构示意图。
38.在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为：1-叶片、2-第一推板、3-水平运动气缸、4-气缸安装板、5-夹爪、6-垂向运动气缸、7-气缸板、8-定位板、9-气缸组件、10-安装盘、11-镶嵌定位块12-圆弧顶块、13-圆盘安装板、14-手指、15-法兰安装盘。
具体实施方式
39.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
40.如图1所示，本发明实施例提供的一种用于叶片机器人磨抛的自动夹具，该夹具通过安装在机器人末端装置上，通过规划机器人的运动路径，使得机器人驱动夹具按照指定的路径去自动夹取叶片1。如图8所示，本发明中夹取的叶片至少包括榫头103以及待打磨叶片部分。叶片加工的工艺路线设计以榫头的两个斜面和一个端面为定位精基准。在对叶片进行磨抛精加工之前的一系列加工过程中，已经确定榫头的斜面和端面满足良好的尺寸精
度。因此本发明基于榫头的斜面和端面进行定位、装夹和固定。该榫头103包括端面102和榫头斜面101，榫头103以及待打磨叶片部分的位姿固定，以此方式，通过设定特定的夹具，使得机器人在夹持叶片时，叶片与机器人的位姿相对固定，从而能实现相同型号的叶片按照指定的运动路径进行打磨。
41.如图1和图2所示，在本发明的优选实施例中，本发明自动夹具包括：
42.连接支撑模块，该连接支撑模块用于在夹装叶片1之前与机器人末端装置连接。由于叶片榫头与叶片待打磨部位位姿一定，因此，叶片与机器人的位姿相对固定，从而能实现相同型号的叶片按照指定的运动路径进行打磨。斜面切合夹持模块，该斜面切合夹持模块包括第一驱动单元、夹爪5、镶嵌定位块11以及定位板8，所述第一驱动单元固定设置在所述连接支撑模块上，且该第一驱动单元的动力输出端与夹爪5连接，用于驱动所述夹爪5的开合，所述夹爪5上设有与叶片1的榫头斜面101相匹配的斜面，所述定位板8设于所述夹爪5的工作空间，用于限制夹爪5的闭合程度，使得所述夹爪5运动至所述定位板8时，所述夹爪5的镶嵌定位块斜面与所述榫头斜面101切合，如图3、图4以及图5所示。本发明中，斜面切合夹持模块夹持榫头时，榫头处于可活动状态，即两个榫头斜面101未与夹爪5上镶嵌定位块11楔紧，榫头相对于夹爪5，还有向所述夹爪5斜面所在顶角方向运动的空间。但此时，夹爪5已经能够将榫头拎起。本发明中，当夹爪5运动至定位板8时，机器人末端装置驱动夹具运动，使得叶片提起脱离架子，此时的叶片未完全固定。水平定位夹持模块，该水平定位夹持模块包括设于所述连接支撑模块上的第二驱动单元和圆弧顶块12，所述第二驱动单元和圆弧顶块12分别设于所述夹爪5的开合面两侧，所述第二驱动单元的动力输出轴与所述夹爪5的开合面垂直，所述圆弧顶块12的圆弧面面向所述夹爪5设置，如图6所示。本发明中，榫头的水平夹持件与榫头的端面为线接触，避免了传统的面面接触产生的较大的误差，即当第二驱动单元和圆弧顶块12夹紧面未与夹爪5的开合面平行的话，那叶片和夹具的相对位姿就发生了改变，即叶片和机器人的相对位姿也发生了改变，此时，如果叶片在按照指定的加工路径去进行磨抛，所得到的叶片存在较大的误差。因此，本发明中，对水平夹持件进行了特定性的设计，使得榫头的端面与圆弧顶块12形成线性接触，当垂向定位夹紧模块向下顶榫头时，榫头在压力作用下顺应夹爪5的斜面进行自适应调整，使得榫头的中轴线能与夹爪5的开合面垂直，从而保证了夹具与叶片的相对位姿，同时也保证了叶片与机器人的相对位姿，确保了叶片打磨过程中的精度。垂向定位夹紧模块，该垂向定位夹紧模块设于连接支撑模块上，用于在所述第二驱动单元将叶片1的端面102驱动至与所述圆弧顶块12的圆弧面线性接触后，沿所述夹爪5的斜面所在顶角方向推动叶片1，使得榫头斜面101与所述夹爪5的镶嵌定位块11斜面楔紧，以此方式，实现叶片1的完全定位和夹紧，如图7所示。即在本发明中，通过对榫头施加垂向夹持力，使得榫头斜面101与所述夹爪5的镶嵌定位块11斜面楔紧，在此过程中，由于水平夹持部件与榫头端面为线性接触，从而使得榫头在与镶嵌定位块11楔紧过程中具有一定的自适应调整的能力，使得榫头的中轴线能与夹爪5的开合面垂直，从而保证了夹具与叶片的相对位姿。
43.在本发明的一个优选实施例中，所述夹爪5的斜面上设有可拆卸的镶嵌定位块11，所述镶嵌定位块11与叶片1的接触面与榫头斜面101的相匹配。镶嵌定位块可采用独立工艺加工，获得良好的硬度、耐磨性以及尺寸精度，且磨损后易于更换。可以满足长期工作要求，工作寿命间始终保持良好的精度，保证叶片加工的一致性并降低维护成本。在本实施例中，
夹爪5可以为普通的碳钢，但是镶嵌定位块11为耐磨刚强度钢，且该镶嵌定位块11与夹爪5可拆卸连接，以方便其磨损后的更换。在本发明的另一个优选实施例中，镶嵌定位块11上设有多条与所述夹爪5开合面垂直的锯齿，该锯齿具有一定的柔性，其用于在榫头与夹爪5的斜面楔紧过程，对榫头进行导向，同时限制榫头沿所述夹爪5的斜面所在顶角的反方向运动，进一步提升来了夹具在夹持过程中的稳定性。在本发明的另一个优选实施例中，夹爪5呈竖直状态时，该锯齿一端面与水平面平行，另一端面位于夹爪5的斜面所在顶角的方向。
44.在本发明的一个优选实施例中，所述第一驱动单元包括平行气动手指，该平行气动手指的手指14与夹爪5固定连接；所述定位板8固定设于所述平行气动手指的滑座上。所述夹爪5包括结构相同且对称设置的第一l形爪和第二l形爪，第一l形爪和第二l形爪均为l形结构，第一l形爪和第二l形爪均为l形结构直接构成容纳榫头的工作空间。本发明中，可采用常规的平行气动手指，也可采用y形气动手指，夹爪5与手指固定连接，从而通过手指的联动驱动夹爪的联动。在本发明的一个优选实施例中，夹爪5包括两个l形结构的夹爪，当然，夹爪5也可以根据手指的形状进行设计，如设计成z字形。本发明中，夹爪的开合程度，可以通过手指与定位板来进行限制，也可通过夹爪5与定位板来进行限制，即谁靠近定位板近，就由谁来限制，但是，无论是谁来进行限制，限位后都需要保证夹爪5的斜面与榫头斜面相互配合，即夹爪的张开大小是一定的。
45.在本发明的一个优选实施例中，所述第一驱动单元上设有气缸安装板4，所述第二驱动单元固定设于该气缸安装板4上；所述第二驱动单元包括固定连接的水平运动气缸和第一推板2，所述第一推板与所述夹爪5的开合面平行设置。
46.在本发明的一个优选实施例中，所述垂向定位夹紧模块包括依次固定连接的气缸板7、垂向运动气缸6和第二推板。
47.在本发明的一个优选实施例中，本发明夹具还包括圆盘安装板13，所述气缸板7与所述圆盘安装板13固定连接，所述圆弧顶块12固定设于该圆盘安装板13上。
48.本发明夹具的工作流程如下：
49.s1将连接支撑模块安装与机器人末端装置连接，第一驱动单元驱动夹爪张开。更具体的，叶片榫头向上置于架子上，夹持装置整体安装在机器人末端，夹爪处于完全张开状态。
50.s2机器人末端装置驱动所述夹爪运动至预设位置，此时，叶片的榫头位于所述夹爪的工作空间，所述第一驱动单元驱动所述夹爪运动抵止至定位板，此时，榫头处于活动状态。更具体的，机器人末端移动移动到预设位置，此时叶片榫头位于夹爪的工作空间。气缸组件带动手指向中间运动直至抵住定位板，固定在滑块的夹爪随之运动到指定位置，镶嵌定位块与叶片榫头斜面切合作下一步定位辅助，夹持装置整体随机器人末端竖直上移，将叶片提起脱离架子，此时叶片未完全固定。
51.s3第二驱动单元沿夹爪的开合面垂直方向推动榫头的端面与圆弧顶块的圆弧面线性接触，实现叶片的y轴定位。更具体的，气缸推动叶片至榫头端面抵住11-圆弧顶块，实现叶片的y轴定位。
52.s4垂向定位夹紧模块沿所述夹爪的斜面所在顶角方向推动榫头，使得榫头斜面与所述夹爪的斜面楔紧，以此方式，实现叶片的完全定位和夹紧。即气缸下压，最终实现叶片的完全定位和夹紧。
53.本发明中，以气缸模拟人工装夹过程，效率高、性能好，实现了自动化定位装夹，可以降低人工装夹造成的偏差并提高流水效率。有助于实现叶片的全自动高性能力控磨抛，提高叶片磨抛的精度和效率。
54.本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。