方框式風電葉片端面銑削機用自動化對刀系統的製作方法

2024-04-15 10:30:05 2

方框式風電葉片端面銑削機用自動化對刀系統
1.技術領域
2.本發明涉及風電葉片端面加工技術領域，具體涉及一種方框式風電葉片端面銑削機用自動化對刀系統。
3.

背景技術：

4.風力發電機通常由塔架、位於塔架上的風力發電機葉片、輪轂、機艙、機艙內的傳動系統、控制系統和發電機等組成。風力發電機葉片和輪轂之間一般通過螺紋連接為一體，因而在葉片製作過程中就會在葉片根端設置預埋件即螺栓。在葉片和輪轂連接之前，葉片根端即葉片根部端面需要保證一定的精度，即整個端面和預埋件要達到統一的精度，一般通過銑削的加工處理方式來使其平面度達到規定要求。
5.現有的風電葉片端面銑削機通常需要在風電葉片的內部撐緊葉片然後進行銑削，但由於葉片根端直徑較大，內部撐緊的固定方式不僅不安全可靠，還增加了葉片根端的端面定位和加工的難度。為此，本技術人為此設計了一款方框式風電葉片端面銑削機，通過方框的每個角部上安裝的固定夾緊裝置，來從外部固定夾緊葉片外周面。但針對此款銑削機，現有的自動化銑削系統不再適配，因此迫切需要設計一套新的自動化銑削系統來完成銑削。
6.

技術實現要素：

7.為此，本發明提供一種能夠自動化對刀的方框式風電葉片端面銑削機用自動化對刀系統將是有利的。
8.為實現上述目的，本發明提供一種方框式風電葉片端面銑削機用自動化對刀系統，其包括：運動控制器、三軸聯動裝置、銑削頭和測距雷射頭，三軸聯動裝置、銑削頭和測距雷射頭分別與運動控制器電連接，其中，銑削頭安裝於三軸聯動裝置上並包括用於旋轉銑削風電葉片端面上螺柱的銑削刀頭；測距雷射頭裝設於銑削頭上用於感測螺柱相對於風電葉片端面的實際落差；三軸聯動裝置可豎直上下移動地安裝於方框式風電葉片端面銑削機的方框上，並設置成能夠在運動控制器的控制下根據測距雷射頭感測的實際落差帶動銑削頭沿z軸和x軸移動並沿y軸進給，且能夠使得銑削頭沿z軸和x軸的移動軌跡為與風電葉片端面上螺柱分布形狀適配的圓形軌跡，從而使得銑削頭在運動控制器的控制下完成對風電葉片端面上螺柱的銑削。
9.在本發明中，通過測距雷射頭測得的螺柱相對於風電葉片端面的實際落差，運動控制器能夠據此進行信息處理並控制三軸聯動裝置和銑削頭進行動作，三軸聯動裝置帶動銑削頭沿z軸和x軸同時移動而形成的圓形軌跡運動可以使得銑削頭能夠覆蓋所有螺柱，三軸聯動裝置帶動銑削頭沿y軸的移動可以使得銑削頭朝向螺柱進刀，而銑削刀頭的旋轉可
以完成對螺柱的銑削，整個銑削過程在運動控制器的控制下實現自動化。
10.進一步，運動控制器包括與測距雷射頭電連接的信息採集模塊、與信息採集模塊電連接的數據處理模塊、以及與數據處理模塊電連接的操控模塊，其中，信息採集模塊設置成用於採集實際落差，數據處理模塊設置成能夠根據實際落差計算出銑削頭與螺柱之間的實際距離以及銑削頭所需要的沿圓形軌跡運動的圈數，從而由操控模塊控制三軸聯動裝置和銑削頭動作。
11.通過上述結構設置，使得雷射傳感器能夠將螺柱上的實際落差傳輸到信息採集模塊，由數據處理模塊計算出螺柱的最高點，以及該最高點和銑削頭的實際距離，從而由操控模塊引導三軸聯動裝置動作並引導銑削頭從最高點開銑。
12.進一步，三軸聯動裝置包括x軸橫梁組件、z軸移動機構、x軸移動機構和y軸進給機構，其中，z軸移動機構固定於x軸橫梁組件的後側上並設置成沿z軸可移動地連接在方框的左右兩側上，x軸移動機構設置成沿x軸可移動地安裝於x軸橫梁組件的前側上，y軸進給機構經由x軸移動機構安裝於x軸橫梁組件的頂部上、並設置成沿y軸可移動地支撐銑削頭。
13.在本發明中，通過上述結構，銑削頭能夠被y軸進給機構帶動著沿y軸方向進給，y軸進給機構能夠同時被x軸移動機構和z軸移動機構帶動著沿x軸和z軸所在垂直平面作圓形軌跡運動，從而對整個風電葉片端面上的螺柱進行銑削。
14.進一步，z軸移動機構、x軸移動機構和y軸進給機構上都設置有位置傳感器，該等位置傳感器與運動控制器電連接。
15.通過上述結構設置，使得運動控制器能夠實時掌控並實現銑削頭在x、y、z這三個軸向上的運動。
16.再進一步，z軸移動機構、x軸移動機構和y軸進給機構分別包括其上設置有位置傳感器的z軸伺服電機、x軸伺服電機和y軸伺服電機，其中，位置傳感器為編碼器。
17.通過上述設置，運動控制器可以根據這些電機上的編碼器信息來掌控在x、y、z這三個軸向上位置，進而根據需要控制各電機的啟停。
18.還進一步，x軸橫梁組件包括x軸橫梁、安裝於x軸橫梁左右兩側上的左橫梁連接座和右橫梁連接座、以及裝設於x軸橫梁頂部上的x向滑軌。
19.通過上述結構設置，使得x軸橫梁組件起到一個支撐x軸移動機構、y軸進給機構和銑削頭的作用，同時起到將它們連接到z軸移動機構上的作用。
20.更進一步，z軸移動機構還包括分別固定連接於左橫梁連接座和右橫梁連接座的左側連接座和右側連接座、兩端分別可轉動地安裝於左側連接座和右側連接座上的z向移動長軸、分別在左側連接座和右側連接座的內側安裝於z向移動長軸上的左z向齒輪和右z向齒輪、分別安裝於方框的左右兩側上並適於分別嚙合左z向齒輪和右z向齒輪的左z向齒條和右z向齒條，其中，z軸伺服電機安裝於右側連接座上並驅動連接z向移動長軸，左側連接座和右側連接座都設置有適於滑動連接方框的左右兩側的x向開口滑座和y向開口滑座。
21.通過上述結構設置，使得z軸移動機構前側固定於x軸橫梁組件的後側上，z軸移動機構後側一方面經由左側連接座和右側連接座的每個連接座上的x向開口滑座和y向開口滑座滑動連接至方框的左右兩側的其中一側上，另一方面經由z向移動長軸帶動的左z向齒輪和右z向齒輪分別與方框左右兩側上設置的左z向齒條和右z向齒條相嚙合來實現z向移動，從而能夠實現z軸移動機構沿著方框的垂直上下移動。
22.又進一步，z軸伺服電機經由z軸減速機驅動連接z向移動長軸，z軸減速機經由減速機連接座安裝於右側連接座的外側上。
23.通過上述結構設置，z軸伺服電機能夠經由z軸減速機驅動z向移動長軸，然後z向移動長軸帶動其上的左z向齒輪和右z向齒輪一起轉動，從而z軸移動機構沿著固定於方框的左右兩側上的左z向齒條和右z向齒條上下運動，從而帶動x軸橫梁組件以及其上的x軸移動機構和y軸進給機構上下運動。
24.另進一步，x軸移動機構還包括與x向滑軌滑動連接的x軸移動座、可轉動地安裝於x軸移動座上的x向齒輪、固定安裝於x軸橫梁的前側上並與x向齒輪嚙合的x向齒條，其中，x軸移動座的底部設置有前側電機座，x軸伺服電機安裝於該前側電機座上並驅動連接位於前側電機座後側的x向齒輪，並且，y軸進給機構經由該x軸移動座安裝於x軸橫梁組件的頂部上。
25.通過上述結構設置，使得x軸伺服電機能夠驅動x向齒輪沿著x向齒條移動，從而整個x軸移動座帶動著y軸進給機構沿著x軸方向移動。
26.再進一步，y軸進給機構還包括可滑動地安裝於x軸移動座上的y軸移動座，y軸伺服電機固定安裝於x軸移動座的前側上並驅動連接該y軸移動座，並且，銑削頭安裝於該y軸移動座上。
27.通過上述結構設置，使得y軸進給機構能夠經由y軸移動座帶動銑削頭沿y軸方向進給。
28.還進一步，銑削頭包括銑削安裝支座、安裝於銑削安裝支座上的銑削動力箱、以及由銑削動力箱旋轉驅動的銑削刀頭，其中，上述測距雷射頭安裝在該銑削動力箱上。
29.通過上述結構設置，使得銑削刀頭能夠實現對整個風電葉片端面上的螺柱的銑削，而且測距雷射頭在銑削頭上的設置，可以使得銑削量得到精準控制。
30.通過參考下面所描述的實施例，本發明的上述這些方面和其他方面將會得到更清晰地闡述。
31.附圖說明
32.本發明的結構以及進一步的目的和優點將通過下面結合附圖的描述得到更好地理解，其中，相同的參考標記標識相同的元件：圖1是根據本發明的一個具體實施方式的方框式風電葉片端面銑削機用自動化對刀系統應用在方框式風電葉片端面銑削機上的立體示意圖；圖2是圖1所示方框式風電葉片端面銑削機用自動化對刀系統的絕大部分結構的立體示意圖；圖3是圖2所示方框式風電葉片端面銑削機用自動化對刀系統的一個立體爆炸圖；圖4是圖2所示方框式風電葉片端面銑削機用自動化對刀系統的另一個立體爆炸圖；圖5是圖1所示方框式風電葉片端面銑削機的局部d的放大示意圖；圖6是圖1所示方框式風電葉片端面銑削機的右側平面視圖；圖7是圖6所示方框式風電葉片端面銑削機的局部e的放大示意圖；
圖8是圖2所示方框式風電葉片端面銑削機用自動化對刀系統在去除z軸移動機構和x軸橫梁組件之後的立體結構示意圖；圖9是圖8所示立體結構的爆炸圖；圖10是圖2所示方框式風電葉片端面銑削機用自動化對刀系統的三軸聯動裝置的z軸移動機構的右側連接座的立體示意圖；圖11是圖2所示方框式風電葉片端面銑削機用自動化對刀系統的三軸聯動裝置的z軸移動機構的左側連接座的立體示意圖。
33.具體實施方式
34.下面將結合附圖來描述本發明的具體實施方式。
35.如圖1至圖9所示，根據本發明的一個具體實施方式的方框式風電葉片端面銑削機100用自動化對刀系統包括運動控制器（圖未示）、以及分別與運動控制器電連接的三軸聯動裝置200、銑削頭9和測距雷射頭91。其中，銑削頭9安裝於三軸聯動裝置200上，並包括用於旋轉銑削風電葉片端面上螺柱（圖未示）的銑削刀頭94；測距雷射頭91裝設於銑削頭9上，用於感測螺柱相對於風電葉片端面的實際落差；三軸聯動裝置200可豎直上下移動地安裝於方框式風電葉片端面銑削機100的方框101上，並設置成能夠在運動控制器的控制下根據測距雷射頭91感測的實際落差帶動銑削頭9沿z軸和x軸移動並沿y軸進給，且能夠使得銑削頭9沿z軸和x軸的移動軌跡為與風電葉片端面上螺柱分布形狀適配的圓形軌跡，從而使得銑削頭9在運動控制器的控制下完成對風電葉片端面上螺柱的銑削。
36.需要說明的是，在本實施方式中，運動控制器包括與測距雷射頭91電連接的信息採集模塊（圖未示）、與信息採集模塊電連接的數據處理模塊（圖未示）、以及與數據處理模塊電連接的操控模塊（圖未示），其中，信息採集模塊設置成用於採集實際落差，數據處理模塊設置成能夠根據實際落差計算出銑削頭9與螺柱之間的實際距離以及銑削頭9所需要的沿圓形軌跡運動的圈數，從而由操控模塊控制三軸聯動裝置200和銑削頭9動作。
37.再如圖1至圖9所示，三軸聯動裝置200包括x軸橫梁組件1、z軸移動機構3、x軸移動機構5和y軸進給機構7，其中，z軸移動機構3固定於x軸橫梁組件1的後側上，並設置成沿z軸可移動地連接在方框101的左右兩側上，x軸移動機構5設置成沿x軸可移動地安裝於x軸橫梁組件1的前側上，y軸進給機構7經由x軸移動機構5安裝於x軸橫梁組件1的頂部上、並設置成沿y軸可移動地支撐上述銑削頭9。具體地，在本實施方式中，z軸移動機構3和x軸移動機構5設置成能夠在運動控制器的控制下帶動y軸進給機構7及其上的銑削頭9以與風電葉片端面上螺柱分布形狀適配的圓形軌跡運動，同時y軸進給機構7設置成能夠帶動其上的銑削頭9沿y軸方向進給。
38.如圖2至圖4所示，在本實施方式中，x軸橫梁組件1包括x軸橫梁10、安裝於x軸橫梁10左右兩側上的左橫梁連接座11和右橫梁連接座12、以及裝設於x軸橫梁10頂部上的x向滑軌15。
39.如圖2至圖4所示，並參考圖1、圖5至圖7，z軸移動機構3固定於x軸橫梁組件1的x軸橫梁10的後側上，並設置成z軸可移動地（即沿著z軸方向可移動地）連接在方框式端面銑削100的方框101的左右兩側上，即方框101的左立柱102和右立柱104上。
40.如圖1至圖7以及圖10和圖11所示，在本實施方式中，z軸移動機構3包括z軸伺服電機30、左側連接座31和右側連接座32、z向移動長軸33、左z向齒輪34和右z向齒輪35、左z向齒條36和右z向齒條37。z軸伺服電機30安裝於右側連接座32上並驅動連接z向移動長軸33。左側連接座31和右側連接座32分別固定連接至左橫梁連接座11和右橫梁連接座12上。z向移動長軸33兩端分別可轉動地安裝於左側連接座31和右側連接座32上。左z向齒輪34和右z向齒輪35分別在左側連接座31和右側連接座32的內側安裝於z向移動長軸33上。左z向齒條36和右z向齒條37分別對應安裝於方框101的左立柱102和右立柱104上，並適於分別嚙合左z向齒輪34和右z向齒輪35。
41.如圖5、圖10和圖11所示，左側連接座31和右側連接座32都設置有x向開口滑座38和y向開口滑座39。如圖5所示，以右側連接座32為例，其上的x向開口滑座38和y向開口滑座39分別滑動連接方框101的右立柱104上的第一滑軌184和第二滑軌194。另外，如圖5所示，並參考圖2和圖4，z軸伺服電機30經由z軸減速機40驅動連接z向移動長軸33，z軸減速機40經由減速機連接座41安裝於右側連接座32的外側上。
42.如圖2至圖4所示,並參考圖8和圖9，x軸移動機構5設置成x軸可移動地（即沿著x軸方向可移動地）安裝於x軸橫梁組件1的前側上，並包括x軸伺服電機50、x軸移動座55、x向齒輪57和x向齒條59。其中，x軸移動座55與x向滑軌15滑動連接；x向齒輪57可轉動地安裝於x軸移動座55上；x向齒條59固定安裝於x軸橫梁10的前側上（圖5很清晰地示出了），並與x向齒輪57嚙合。具體地，如圖8和圖9所示，在本實施方式中，x軸移動座55的底部設置有前側電機座56，x軸伺服電機50安裝於該前側電機座56的前側上，x向齒輪57位於前側電機座56的後側並由x軸伺服電機50驅動連接。
43.再如圖8和圖9所示，y軸進給機構7經由x軸移動機構5安裝於x軸橫梁組件1的頂部上、並設置成y軸可移動地（即沿著y軸方向可移動地）支撐銑削頭9。具體地，在本實施方式中，y軸進給機構7包括y軸伺服電機70和y軸移動座75，其中，y軸伺服電機70固定安裝於x軸移動座55的前側上並驅動連接y軸移動座75，同時y軸移動座75可滑動地安裝於x軸移動座55上，從而能夠在y軸伺服電機70的驅動下相對x軸移動座55沿y軸方向前後移動。
44.需要說明的是，在本實施方式中，z軸伺服電機30、x軸伺服電機50和y軸伺服電機70上都設置有編碼器（圖未示），這些編碼器作為位置傳感器與運動控制器電連接，從而使得運動控制器能夠通過控制z軸伺服電機30、x軸伺服電機50和y軸伺服電機70的啟停、來精準控制三軸聯動裝置200在x軸、y軸、z軸三個方向上的運動。
45.另外，再如圖8和圖9所示，需要說明的是，銑削頭9安裝於該y軸移動座75上，並且，銑削頭9包括銑削安裝支座92、安裝於銑削安裝支座92上的銑削動力箱90、以及由銑削動力箱90旋轉驅動的上述銑削刀頭94。在本實施方式中，測距雷射頭91安裝在該銑削動力箱90上和銑削頭9一同運動，從而能夠對工件的被銑削端面進行加工前後的測量。
46.本發明通過測距雷射頭在銑削頭上的設置，使得運動控制器能夠精準計算出螺柱所需要的銑削量以及銑削的圈數（即上述圓形軌跡的圈數），通過三軸聯動的運動控制，可以不再像傳統的繞圈方式需要旋轉電極供電通電，而是動力線和信號線都可以走拖鏈實接，這樣的好處是信號穩定無幹擾，因而使得整個銑削機安全可靠。
47.另外，需要說明的是，本文中的「x向」、「y向」和「z向」分別指的是沿著x軸方向、沿著y軸方向和沿著z軸方向。
48.下面參考圖1至圖11簡要介紹一下本發明的方框式風電葉片端面銑削機用自動化對刀系統的工作過程：首先，運動控制器控制三軸聯動裝置200動作，帶動測距雷射頭91以風電葉片根部端面的圓心為圓心走一圈圓弧（即圓形軌跡）程序，測距雷射頭91將風電葉片根部端面上的螺柱相對該根部端面的實際落差傳輸到運動控制器的信息採集模塊，並由數據處理模塊進行處理，計算出風電葉片根部端面上的所有螺柱的最高點，從而獲得該最高點絕對位置和銑削頭9的銑削刀頭94之間的實際距離，運動控制器的操控模塊據此引導三軸聯動裝置200帶動銑削頭9在三個軸向上運動，同時銑削頭9的銑削刀頭94旋轉運轉對螺柱從最高點開銑；由於運動控制器的信息採集模塊和數據處理模塊都有關於上述實際落差的數據，經過數據處理模塊自動計算已經得出需要銑削多少圈（即預定圈數）即可銑平，在這種情況下，銑削頭9一旦完成預定圈數的銑削，其銑削頭9則自動停止銑削（通過運動控制器控制銑削動力箱90停機）並自動退回到安全距離（通過運動控制器控制三軸聯動裝置200來實現）；當銑平後銑削頭9退回到安全距離後，運動控制器能夠再次帶動測距雷射頭91以風電葉片根部端面的圓心為圓心走一圈圓弧程序，再次獲得螺柱相對該根部端面的實際落差，從而獲知螺柱峰谷值，也就是平面加工精度，以驗證平面加工精度是否合格。
49.本發明通過測距雷射頭91能夠對沒銑削前的風電葉片根部端面和銑削後的根部端面上的螺柱進行測量和評估，保證了銑削精度；同時，通過三軸聯動控制，將不像傳統的繞圈方式需要旋轉電級供電通電，動力線和信號線都可以走拖鏈實接，這樣的好處是信號穩定無幹擾，也就體現出本發明的安全可靠。
50.本發明的技術內容及技術特點已揭示如上，然而可以理解，在本發明的創作思想下，本領域的技術人員可以對上述結構作各種變化和改進，包括這裡單獨披露的或要求保護的技術特徵的組合，以及明顯地包括這些特徵的其它組合。這些變形和/或組合均落入本發明所涉及的技術領域內，並落入本發明權利要求的保護範圍。