[发明专利]一种航空发动机涡轮盘螺栓孔智能强化系统及其控制方法

说明书

本发明涉及一种航空发动机涡轮盘螺栓孔智能强化系统及其控制方法，航空发动机涡轮盘螺栓孔智能强化系统包括：机器人，其上固定有孔强化装置并带动该孔强化装置移动，孔强化装置连接有力传感器，孔强化装置上设有工业相机；数控转台，用于固定待加工的涡轮盘，其上设置有固定机构；控制系统，分别与机器人、力传感器、孔强化装置和数控转台通信连接；上位机，分别与控制系统及工业相机通信连接。本发明实施例提供的航空发动机涡轮盘螺栓孔智能强化系统及其控制方法，采用机器人夹持孔强化装置，配合数控转台、力传感器和工业相机，通过工业相机引导机器人运动，根据力传感器监测的受力进行柔性加工控制，实现航空发动机涡轮盘螺栓孔智能化加工。

技术领域

本发明涉及航空发动机加工领域，更具体地涉及一种航空发动机涡轮盘螺栓孔智能强化系统及其控制方法。

背景技术

涡轮盘作为航空发动机关键部件之一，长期服役于热-机耦合等复杂环境下，其设计具有高可靠性、长寿命、轻量化等要求，是航空发动机适航设计的关键环节，也是制约航空发动机研发的瓶颈之一。螺栓孔结构是航空发动机盘件连接的重要方式，多以圆周阵列的形式排布于涡轮盘上，是航空发动机涡轮盘结构的重要组成部分。航空发动机运转时，在高温高压以及机械拉压力等复合作用下,涡轮盘可能会出现应力集中现象，从而导致涡轮盘疲劳断裂引发灾难性事故。孔强化处理技术是一种可以在不改变连接结构特征以及结构材料的前提下，有效增加孔结构的抗疲劳特性的新型表面改性技术，是实现航空发动机孔连接结构长寿命、高可靠性、低维修成本的重要手段之一。

目前孔强化加工设备大多是参照现有钻床机械结构改装而成，而航空发动机涡轮盘种类多、螺栓孔排列复杂，强化过程中需要多次修正涡轮盘的位置以对不同的螺栓孔进行强化，工件装夹定位难度大、自动化智能化程度低，难以满足航空发动机涡轮盘强化需求；此外，传统的强化设备只能机械地完成“插孔-强化-退出”动作，对于强化过程中强化工具与螺栓孔内壁的接触力情况并不做特别的关注，容易造成螺栓孔内壁强化不均从而影响强化效果。

发明内容

本发明提供一种航空发动机涡轮盘螺栓孔智能强化系统及其控制方法，以提高强化过程的自动化智能化水平，并通过实时监控孔强化装置的受力情况，控制孔强化刀具与孔内壁各个方向的接触力尽可能相同，从而使孔内壁强化均匀。

本发明一方面提供一种航空发动机涡轮盘螺栓孔智能强化系统，包括：

机器人，其上固定有孔强化装置并带动该孔强化装置移动，所述孔强化装置连接有力传感器，所述孔强化装置上设有工业相机；

数控转台，用于固定待加工的航空发动机涡轮盘，其上设置有固定机构；

控制系统，分别与所述机器人、力传感器、孔强化装置和数控转台通信连接；

上位机，分别与所述控制系统及工业相机通信连接。

进一步地，所述机器人上设有机器人端法兰，所述力传感器上设有末端法兰，所述机器人端法兰与所述末端法兰通过螺栓相连。

进一步地，所述孔强化装置包括驱动件和孔强化刀具，所述驱动件具有输出轴，所述孔强化刀具与所述输出轴相连，所述驱动件固定在所述力传感器上。

进一步地，所述驱动件为伺服电机。

进一步地，所述驱动件外侧套设有保护壳，所述保护壳具有下端盖，所述驱动件固定在下端盖上，所述保护壳外侧设有依次相连的电机端法兰、法兰连接块和前端法兰，所述保护壳通过所述前端法兰与所述力传感器相连。

进一步地，所述输出轴穿过所述下端盖且向外延伸，所述输出轴的外圆面套有连接杆，所述连接杆下端设有钻夹，所述孔强化刀具安装在所述钻夹的下端。

进一步地，所述保护壳上设有固定板，所述工业相机安装在所述固定板上。

进一步地，所述上位机为电脑或智能手机。