[發(fā)明專利]一種葉片表面超聲滾壓強化自適應(yīng)調(diào)控系統(tǒng)及方法

有效

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• 申請日: 2021-05-21
• 公開（公告）號: CN113293270B
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王輝;吳動波;張巧林;余杰;張麗麗;梁嘉煒;周峰;陳海瑛
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學;中國航發(fā)動力股份有限公司
• 主分類號: C21D7/02
• 分類號: C21D7/02;C21D11/00;C22F1/00
• 代理公司: 北京紀凱知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11245
• 代理人: 冀志華

本發(fā)明涉及一種葉片表面超聲滾壓強化自適應(yīng)調(diào)控系統(tǒng)及方法，其特征在于，包括：數(shù)據(jù)采集單元、中央控制單元和末端執(zhí)行單元；所述數(shù)據(jù)采集單元用于對表面強化過程中葉片的變形信號以及表面強化工藝參數(shù)進行實時采集并發(fā)送到所述中央控制單元；所述中央控制單元用于對接收到的葉片變形信號和表面強化工藝參數(shù)進行處理和計算，并據(jù)此生成控制信號發(fā)送到所述末端執(zhí)行單元；所述末端執(zhí)行單元用于對使用的葉片工裝進行調(diào)整，實現(xiàn)對表面強化工藝參數(shù)的優(yōu)化和調(diào)整，改善葉片的表面強化質(zhì)量。本發(fā)明可以廣泛應(yīng)用于航空發(fā)動機葉片加工領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及航空發(fā)動機葉片加工領(lǐng)域，具體涉及一種葉片表面超聲滾壓強化自適應(yīng)調(diào)控系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

作為航空發(fā)動機的重要組成部分，葉片的加工質(zhì)量直接影響著航空發(fā)動機的性能，因此對于葉片的加工精度和表面質(zhì)量提出了嚴格的要求。葉片屬于復雜曲面薄壁件，在精密銑削中最突出的問題之一是由于弱剛性引起的加工變形和表面質(zhì)量降低。因此，在葉片銑削加工之后可以使用超聲滾壓強化工藝來提高葉片的加工精度和表面質(zhì)量。超聲滾壓強化工藝能夠經(jīng)濟有效地降低表面粗糙度，提高表面殘余壓應(yīng)力進而提高工件的疲勞強度、耐磨性和耐腐蝕性。超聲滾壓強化所使用的滾壓力較小，相比傳統(tǒng)表面強化工藝造成的工件變形更小，對葉片等薄壁零件具有特殊意義。

由于葉片具有復雜薄壁曲面特征，銑削加工后的葉片表面存在不均勻、不規(guī)則的局部凸凹區(qū)域。傳統(tǒng)的超聲滾壓技術(shù)在凸點加工區(qū)域的材料去除率過大，在凹點加工區(qū)域的材料去除率不足，導致超聲滾壓強化后的葉片表面質(zhì)量和強度不均勻，影響葉片的性能和壽命。而且在葉片表面超聲滾壓強化過程中，由于葉片不同部位的加工剛度不同，超聲滾壓導致的葉片變形不同，滾壓效果也不同，同樣會導致滾壓效果不均勻，葉片性能不理想。因此，需要采用能夠自適應(yīng)葉片表面形狀和加工過程動態(tài)調(diào)控的超聲滾壓強化系統(tǒng)及方法。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種葉片表面超聲滾壓強化自適應(yīng)調(diào)控系統(tǒng)及方法，通過將表面強化過程中葉片的變形狀態(tài)在線測量、表面強化參數(shù)調(diào)整和工裝系統(tǒng)自適應(yīng)姿態(tài)調(diào)整工作協(xié)調(diào)起來，實現(xiàn)了對航空發(fā)動機葉片表面強化過程的智能調(diào)控。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：

本發(fā)明的第一個方面，是提供一種葉片表面超聲滾壓強化自適應(yīng)調(diào)控系統(tǒng)，其包括：

數(shù)據(jù)采集單元、中央控制單元、末端執(zhí)行單元以及用于對葉片加工的數(shù)控機床；

所述數(shù)據(jù)采集單元用于對表面強化過程中葉片的變形位移量信號以及表面強化工藝參數(shù)進行實時采集并發(fā)送到所述中央控制單元，所述表面強化工藝參數(shù)包括進給速度、滾壓間距、滾壓次數(shù)、滾壓路徑、主軸位置與姿態(tài)；

所述中央控制單元用于對接收到的葉片變形信號和表面強化工藝參數(shù)進行處理和計算，并據(jù)此生成控制信號發(fā)送到所述末端執(zhí)行單元；

所述末端執(zhí)行單元用于對使用的數(shù)控機床中的葉片工裝進行調(diào)整，實現(xiàn)對表面強化工藝參數(shù)的優(yōu)化和調(diào)整，改善葉片的表面強化質(zhì)量。

進一步，所述數(shù)據(jù)采集單元包括設(shè)置在所述數(shù)控機床的葉片工裝上的激光位移傳感器和機床數(shù)控系統(tǒng)；所述激光位移傳感器用于實時獲取葉片在表面強化過程中產(chǎn)生的變形信號；所述機床數(shù)控系統(tǒng)用于實時讀取表面強化工藝參數(shù)；所述激光位移傳感器和機床數(shù)控系統(tǒng)將采集數(shù)據(jù)發(fā)送到所述中央控制單元。

進一步，所述中央控制單元包括工業(yè)計算機，所述工業(yè)計算機與數(shù)據(jù)采集單元和末端執(zhí)行單元相連；

所述工業(yè)計算機內(nèi)設(shè)置有預處理模塊、葉片變形預測模塊、葉片變形數(shù)據(jù)庫以及參數(shù)優(yōu)化模塊；

所述預處理模塊用于對所述激光位移傳感器發(fā)送的葉片的變形信號進行濾波降噪處理，得到葉片的實際變形信號；

所述葉片變形數(shù)據(jù)庫用于存儲歷史葉片表面超聲滾壓強化相關(guān)數(shù)據(jù)，包括各個型號的葉片進行超聲滾壓強化產(chǎn)生的變形位移量數(shù)據(jù)以及對應(yīng)使用的工藝參數(shù)；