專利名稱：一種用于調(diào)整曲面工件位姿的混聯(lián)六自由度工作臺(tái)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明設(shè)計(jì)描述了一種激光強(qiáng)化工藝中用于調(diào)整曲面工件位姿的混聯(lián)六自由度自動(dòng)工作臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)曲面工件位置與姿態(tài)的自動(dòng)調(diào)整，使激光束方向與強(qiáng)化點(diǎn)法線方向重合，以達(dá)到最佳的強(qiáng)化效果，特別針對(duì)非常規(guī)曲面零件的激光強(qiáng)化，如用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片或汽輪機(jī)葉片的激光強(qiáng)化過(guò)程中葉片位置與姿態(tài)的調(diào)整。
背景技術(shù)：
航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片是發(fā)動(dòng)機(jī)氣流通道的主要部件，它在高轉(zhuǎn)速、高溫度、高負(fù)荷、高應(yīng)力狀況下工作，其結(jié)構(gòu)和承載情況十分復(fù)雜，不僅要承受離心負(fù)荷、彎扭負(fù)荷、溫度負(fù)荷， 還要受到振動(dòng)、腐蝕、熱沖擊、氣流沖擊、蠕變、疲勞、接觸擠壓、微動(dòng)磨蝕、外來(lái)物打傷等方面的作用。在發(fā)動(dòng)機(jī)故障中，葉片方面的故障占有相當(dāng)高的比例，我國(guó)在役使用和在研發(fā)的軍用航空發(fā)動(dòng)機(jī)中，幾乎無(wú)一幸免地發(fā)生過(guò)葉片故障問(wèn)題，嚴(yán)重地影響了發(fā)動(dòng)機(jī)的使用安全，是發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)質(zhì)量最突出的問(wèn)題之一。汽輪機(jī)的工作原理與飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)相似，也存在上述問(wèn)題。激光沖擊強(qiáng)化技術(shù)是一種新興的高效、清潔、低耗、快速的表面強(qiáng)化技術(shù)。它可顯著提高材料的疲勞壽命，使被強(qiáng)化工件獲得更深的殘余應(yīng)力層。相比較于常用的噴丸強(qiáng)化技術(shù)，激光沖擊處理還能更好地保持強(qiáng)化區(qū)域的表面粗糙度和尺寸精度，并能夠降低已產(chǎn)生裂紋的擴(kuò)展速率，激光沖擊處理應(yīng)用于飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)葉片或汽輪機(jī)葉片強(qiáng)化，可以大幅度提高葉片的使用壽命，降低葉片的故障率。然而，激光強(qiáng)化的效果會(huì)受到很多因素的限制，從理論分析知道，當(dāng)激光束與被強(qiáng)化工件激光沖擊點(diǎn)處的法線方向重合時(shí)，強(qiáng)化效果是最好的。常用的激光發(fā)射裝置的激光束性能經(jīng)調(diào)試穩(wěn)定后，激光束方向是不變的，所以這就要求工件可以在空間中作自由運(yùn)動(dòng)， 不斷調(diào)整位姿，使被強(qiáng)化點(diǎn)的法線方向連續(xù)地與激光束方向重合，以獲得最佳的強(qiáng)化效果。 但目前使用的激光發(fā)射裝置，結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，激光束的性能和方向很難調(diào)節(jié)，與之配套的能實(shí)現(xiàn)工件在空間中作自由運(yùn)動(dòng)的位姿調(diào)整平臺(tái)未見(jiàn)報(bào)道。而現(xiàn)有的位姿調(diào)整平臺(tái)，只能通過(guò)簡(jiǎn)單的人為控制實(shí)現(xiàn)三個(gè)方向x、y、z向的位置平移，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜曲面的3D形狀產(chǎn)品的空間姿態(tài)調(diào)整，難以滿足高質(zhì)量激光強(qiáng)化需求。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)中工件位姿調(diào)整工作臺(tái)性能的缺陷，本發(fā)明提供了一種用于調(diào)整曲面工件位姿的混聯(lián)六自由度工作臺(tái)，在激光強(qiáng)化工藝中，實(shí)現(xiàn)平面或空間多自由度位姿調(diào)整，有效地解決復(fù)雜曲面工件空間六自由度的位姿調(diào)整問(wèn)題，滿足激光沖擊強(qiáng)化過(guò)程中對(duì)曲面工件強(qiáng)化點(diǎn)處法線方向連續(xù)變化的特殊要求。本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的包括機(jī)架，機(jī)架上部是y軸移動(dòng)平臺(tái)和χ軸移動(dòng)平臺(tái)，機(jī)架和y軸移動(dòng)平臺(tái)之間設(shè)有沿y軸方向設(shè)置的導(dǎo)軌，y軸移動(dòng)平臺(tái)和χ軸移動(dòng)平臺(tái)之間設(shè)有沿χ軸方向設(shè)置的導(dǎo)軌；χ軸移動(dòng)平臺(tái)上表面的正中位置通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副R沿ζ軸
3方向連接旋轉(zhuǎn)平臺(tái)底面的正中位置；旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的正上部是動(dòng)平臺(tái)，旋轉(zhuǎn)平臺(tái)和動(dòng)平臺(tái)之間并聯(lián)第一、第二、第三、第四運(yùn)動(dòng)鏈，所述第一、第二、第四運(yùn)動(dòng)鏈的中間均是移動(dòng)副P1、兩端均以球面副分別與旋轉(zhuǎn)平臺(tái)和動(dòng)平臺(tái)連接；所述第三運(yùn)動(dòng)鏈的下端沿Z軸方向垂直固定連接旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的正中心處、中間是移動(dòng)副P2、上端通過(guò)萬(wàn)向節(jié)連接動(dòng)平臺(tái)；所述第一、第二、 第三運(yùn)動(dòng)鏈分別連接驅(qū)動(dòng)件。本發(fā)明的有益效果是
1、通過(guò)串聯(lián)機(jī)構(gòu)和并聯(lián)機(jī)構(gòu)相結(jié)合，形成一種多功能混聯(lián)六自由度工作臺(tái)，該混聯(lián)六自由度工作平臺(tái)很好地解決了現(xiàn)役激光強(qiáng)化裝置中傳統(tǒng)平動(dòng)工作臺(tái)機(jī)構(gòu)姿態(tài)無(wú)法調(diào)整，無(wú)法自動(dòng)定位等問(wèn)題，并能夠?qū)崿F(xiàn)大型非常規(guī)曲面工件在強(qiáng)化工序中姿態(tài)、位移的自由調(diào)整， 使待強(qiáng)化處理曲面零件被強(qiáng)化點(diǎn)的法線方向與高強(qiáng)度激光沖擊器的激光束方向重合，使工件全部待強(qiáng)化表面得到最理想的強(qiáng)化效果。2、本發(fā)明中的各運(yùn)動(dòng)鏈的解耦性好，保證各運(yùn)動(dòng)鏈運(yùn)動(dòng)時(shí)沒(méi)有積累誤差，具有高度柔性、工作空間大、結(jié)構(gòu)緊湊、承載能力大、動(dòng)態(tài)響應(yīng)迅速、定位精度高、易于控制、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖2是圖1中各個(gè)運(yùn)動(dòng)鏈及其關(guān)聯(lián)部件的放大示意圖中1.動(dòng)平臺(tái)；2.第一運(yùn)動(dòng)鏈；3.第二運(yùn)動(dòng)鏈；4.旋轉(zhuǎn)平臺(tái)；5. y軸移動(dòng)平臺(tái)；6. χ軸移動(dòng)平臺(tái)；7.導(dǎo)軌；8.第三運(yùn)動(dòng)鏈；9.第四運(yùn)動(dòng)鏈；10.萬(wàn)向節(jié)；11.曲面工件；12.激光沖擊器；13.機(jī)架；SUS2.球面畐Ij ；PU Ρ2.移動(dòng)副；R. ·轉(zhuǎn)動(dòng)副。
具體實(shí)施例方式參見(jiàn)圖1-2，本發(fā)明包括機(jī)架13，機(jī)架13上部沿ζ軸方向上是y軸移動(dòng)平臺(tái)5和 χ軸移動(dòng)平臺(tái)6，在機(jī)架13的底板表面上，沿y軸方向設(shè)置導(dǎo)軌7，導(dǎo)軌7上安裝y軸移動(dòng)平臺(tái)5，y軸移動(dòng)平臺(tái)5通過(guò)導(dǎo)軌7在y軸方向上沿導(dǎo)軌7來(lái)回移動(dòng)。同理，在y軸移動(dòng)平臺(tái)5的上表面上，沿χ軸方向也設(shè)置導(dǎo)軌，χ軸移動(dòng)平臺(tái)6安裝在該y軸移動(dòng)平臺(tái)5的導(dǎo)軌上，實(shí)現(xiàn)χ軸方向的來(lái)回移動(dòng)。X軸移動(dòng)平臺(tái)6上表面的正中位置沿ζ軸方向上通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副R連接旋轉(zhuǎn)平臺(tái)4底面的正中位置。旋轉(zhuǎn)平臺(tái)4的正上部是動(dòng)平臺(tái)1，旋轉(zhuǎn)平臺(tái)4和動(dòng)平臺(tái)1之間并連第一、第二、第三、第四運(yùn)動(dòng)鏈2、3、8、9這四個(gè)運(yùn)動(dòng)鏈，其中，第一、第二、第四運(yùn)動(dòng)鏈2、3、9各具有一個(gè)移動(dòng)副Pl和兩個(gè)球面副Si、S2，這三條運(yùn)動(dòng)鏈的兩端均是球面副Si、S2、中間是移動(dòng)副 P1。第一、第二、四運(yùn)動(dòng)鏈2、3、9這三個(gè)運(yùn)動(dòng)鏈各以其兩端的球面副分別與旋轉(zhuǎn)平臺(tái)4和動(dòng)平臺(tái)1連接。第三運(yùn)動(dòng)鏈8的下端沿ζ軸方向上垂直固定連接在旋轉(zhuǎn)平臺(tái)4的正中心處， 中間是移動(dòng)副P2，上端是萬(wàn)向節(jié)10，第三運(yùn)動(dòng)鏈8上端通過(guò)萬(wàn)向節(jié)10連接動(dòng)平臺(tái)1。第一、 第二、四運(yùn)動(dòng)鏈2、3、9的兩端與旋轉(zhuǎn)平臺(tái)4連接的三個(gè)球面副互成120°，第一、第二、四運(yùn)動(dòng)鏈2、3、9的兩端與動(dòng)平臺(tái)1連接的三個(gè)球迷副也互成120°，即連接動(dòng)平臺(tái)1的三個(gè)球面副構(gòu)成等邊三角形，連接旋轉(zhuǎn)平臺(tái)4的三個(gè)球面副也構(gòu)成等邊三角形。在動(dòng)平臺(tái)1上放置曲面工件11，曲面工件11的上部是高強(qiáng)度的激光沖擊器12，激光沖擊器12固定在機(jī)架13的上板上。本發(fā)明工作時(shí)，由y軸移動(dòng)平臺(tái)5和導(dǎo)軌7構(gòu)成的移動(dòng)副實(shí)現(xiàn)動(dòng)平臺(tái)1在y軸向的移動(dòng)，由X軸移動(dòng)平臺(tái)6和y軸移動(dòng)平臺(tái)5構(gòu)成的移動(dòng)副實(shí)現(xiàn)動(dòng)平臺(tái)1在在y軸向的移動(dòng)。由旋轉(zhuǎn)平臺(tái)4和χ軸移動(dòng)平臺(tái)6構(gòu)成的轉(zhuǎn)動(dòng)副R串聯(lián)，再串聯(lián)4條并聯(lián)的運(yùn)動(dòng)鏈以實(shí)現(xiàn)工件沿X、1、ζ軸的位置平移及繞χ、y、ζ軸的姿態(tài)轉(zhuǎn)動(dòng)。旋轉(zhuǎn)平臺(tái)4通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副R轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可實(shí)現(xiàn)整個(gè)工作臺(tái)繞ζ軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，在4條運(yùn)動(dòng)鏈中，第一、第二、第三運(yùn)動(dòng)鏈2、3、8為主動(dòng)運(yùn)動(dòng)鏈，分別連接驅(qū)動(dòng)原件，由對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)原件驅(qū)動(dòng)。第四運(yùn)動(dòng)鏈9為從動(dòng)運(yùn)動(dòng)鏈，只起運(yùn)動(dòng)撐和導(dǎo)向作用。當(dāng)?shù)谌\(yùn)動(dòng)鏈8不動(dòng)時(shí)，第一運(yùn)動(dòng)鏈2和第二運(yùn)動(dòng)鏈3的移動(dòng)副Pl各自按照一定運(yùn)動(dòng)規(guī)律驅(qū)動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)平臺(tái)1在萬(wàn)向節(jié)10處繞χ軸與y軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)?shù)谝贿\(yùn)動(dòng)鏈2、第二運(yùn)動(dòng)鏈3、第三運(yùn)動(dòng)鏈8同時(shí)按一定規(guī)律伸縮時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)ζ軸的移動(dòng)。這樣， 通過(guò)4條運(yùn)動(dòng)鏈的配合運(yùn)動(dòng)就能能實(shí)現(xiàn)整個(gè)工作臺(tái)繞χ軸、y軸的轉(zhuǎn)動(dòng)及ζ軸方向的移動(dòng)。 當(dāng)工作臺(tái)與激光沖擊器12配合運(yùn)作時(shí)，就能實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜曲面工件的激光沖擊強(qiáng)化處理，在對(duì)復(fù)雜曲面工件強(qiáng)化處理時(shí)，能不斷調(diào)整自身位姿，以使曲面工件11待強(qiáng)化點(diǎn)處的法線方向連續(xù)與激光束方向重合，從而達(dá)到最理想的強(qiáng)化效果。本發(fā)明可以采用立姿與臥姿兩種實(shí)施方式，立姿主要用于激光沖擊功率較小或者工件尺寸較小、位姿調(diào)整范圍較小的情況下，臥姿主要用于激光沖擊功率大或者工件尺寸較大、位姿調(diào)整范圍較大的情況。在不同的工作要求中，可以將旋轉(zhuǎn)平臺(tái)置于動(dòng)平臺(tái)之上， 形成一個(gè)可實(shí)現(xiàn)X軸移動(dòng)y軸移動(dòng)的串聯(lián)機(jī)構(gòu)和一個(gè)能實(shí)現(xiàn)X軸轉(zhuǎn)動(dòng)、y軸轉(zhuǎn)動(dòng)、Z軸移動(dòng)的并聯(lián)機(jī)構(gòu)再加上一個(gè)可實(shí)現(xiàn)ζ軸轉(zhuǎn)動(dòng)的串聯(lián)機(jī)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種用于調(diào)整曲面工件位姿的混聯(lián)六自由度工作臺(tái)，包括機(jī)架(13)，其特征是機(jī)架(13)上部是y軸移動(dòng)平臺(tái)(5)和χ軸移動(dòng)平臺(tái)(6)，機(jī)架(13)和y軸移動(dòng)平臺(tái)(5)之間設(shè)有沿y軸方向設(shè)置的導(dǎo)軌，y軸移動(dòng)平臺(tái)(5)和χ軸移動(dòng)平臺(tái)(6)之間設(shè)有沿χ軸方向設(shè)置的導(dǎo)軌；χ軸移動(dòng)平臺(tái)(6)上表面的正中位置通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副R沿ζ軸方向連接旋轉(zhuǎn)平臺(tái)(4) 底面的正中位置；旋轉(zhuǎn)平臺(tái)(4)的正上部是動(dòng)平臺(tái)(1)，旋轉(zhuǎn)平臺(tái)(4)和動(dòng)平臺(tái)(1)之間并聯(lián)第一、第二、第三、第四運(yùn)動(dòng)鏈(2、3、8、9)，所述第一、第二、第四運(yùn)動(dòng)鏈(2、3、9)的中間均是移動(dòng)副P1、兩端均以球面副分別與旋轉(zhuǎn)平臺(tái)(4)和動(dòng)平臺(tái)(1)連接；所述第三運(yùn)動(dòng)鏈(8) 的下端沿ζ軸方向垂直固定連接旋轉(zhuǎn)平臺(tái)(4)的正中心處、中間是移動(dòng)副P2、上端通過(guò)萬(wàn)向節(jié)(10)連接動(dòng)平臺(tái)(1)；所述第一、第二、第三運(yùn)動(dòng)鏈(2、3、8)分別連接驅(qū)動(dòng)件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于調(diào)整曲面工件位姿的混聯(lián)六自由度工作臺(tái)，其特征是第一、第二、第四運(yùn)動(dòng)鏈(2、3、9)兩端分別與旋轉(zhuǎn)平臺(tái)(4)連接的三個(gè)球面副互成 120°、與動(dòng)平臺(tái)(1)連接的三個(gè)球面副互成120°。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種激光強(qiáng)化工藝中用于調(diào)整曲面工件位姿的混聯(lián)六自由度工作臺(tái)，機(jī)架和y軸移動(dòng)平臺(tái)之間設(shè)有沿y軸方向設(shè)置的導(dǎo)軌，y軸移動(dòng)平臺(tái)和x軸移動(dòng)平臺(tái)之間設(shè)有沿x軸方向設(shè)置的導(dǎo)軌；x軸移動(dòng)平臺(tái)上表面的正中位置通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副沿z軸方向連接旋轉(zhuǎn)平臺(tái)底面的正中位置；旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的正上部是動(dòng)平臺(tái)，旋轉(zhuǎn)平臺(tái)和動(dòng)平臺(tái)之間并聯(lián)4條運(yùn)動(dòng)鏈，第一、第二、第四運(yùn)動(dòng)鏈的中間均是移動(dòng)副、兩端均以球面副分別與旋轉(zhuǎn)平臺(tái)和動(dòng)平臺(tái)連接；第三運(yùn)動(dòng)鏈的下端沿z軸方向垂直固定連接旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的正中心處、中間是移動(dòng)副、上端通過(guò)萬(wàn)向節(jié)連接動(dòng)平臺(tái)；第一、第二、第三運(yùn)動(dòng)鏈分別連接驅(qū)動(dòng)件，能夠?qū)崿F(xiàn)大型非常規(guī)曲面工件在強(qiáng)化工序中姿態(tài)、位移的自由調(diào)整。
文檔編號(hào)B23K26/08GK102350590SQ201110288150
公開(kāi)日2012年2月15日 申請(qǐng)日期2011年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月26日
發(fā)明者莊佳奇, 楊啟志, 訾鵬飛, 陳龍, 馬履中 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)