一种固体推进剂自动化加工整形系统的制作方法

本发明属于自动化加工领域，具体涉及一种固体推进剂自动化加工整形系统。

背景技术：

固体推进剂浇注固化成型后，要对其端面及型腔面进行修整，称之为“整形”。随着对固体推进剂能量性能要求的不断提高，药型及药面形状也越来越复杂。其次，固体推进剂中应用了各种形式的聚合物材料，对各种因素产生的热应力、摩擦力、冲击力、静电积累等十分敏感，很容易发生爆燃事故。这些因素都使得固体推进剂的整形加工难度系数与危险系数都大大增加。

目前，国内整型工序依然采用半自动化车床整形和手工切削整形结合的方式进行，大部分产品整形仍依靠完全手工加工完成，其过程是：将发动机固定，由1、2名操作人员，沿着已固化脱模后的推进剂内腔，用非金属材料或铍青铜做的简易工具一点点地进行径向、轴向修整，一边修整，一边测量，以近似达到所要求的复杂立体型面。这种用人工修整复杂型面的方法其精度一致性是无法保证的，稍有不慎引起“过切”，就会酿成损失。现场手工作业过多，安全程度低，即使采用半自动数控车床整型，也存在包覆层粘附余药清理等部分操作依靠手工完成的情况。整个整型过程人工控制因素较多，安全程度低。整型过程均存在废药屑、粉尘堆积、可能出现粉尘进入运转部位，废药屑卡住刀具引发事故等风险。而且，这种整形方法，操作人员与发动机直接接触，存在事故隐患，容易发生爆燃事故，对加工人员造成伤亡。通过对国内外固体推进剂事故进行统计，整形过程事故率高达28％。

技术实现要素：

为了提高整形精度且保证整形过程的人员安全，本发明提供一种固体推进剂自动化加工整形系统，采用全自动化机械整形，工作阶段无人员参与，从而在根本上保证了人员安全，整体降低了整形事故发生率。

本发明的技术解决方案为提供一种固体推进剂自动化加工整形系统，其特殊之处在于：包括控制系统、整形加工装置与驱动传动装置；

上述控制系统用于按照设定参数控制驱动传动装置运行；

上述整形加工装置包括基座组件及设置在基座组件上的支撑压紧组件与刀架组件；

上述支撑压紧组件用于固定待整形固体推进剂，能够在驱动传动装置的带动下沿基座组件长度方向移动；

上述刀架组件包括刀具，用于对待整形固体推进剂进行加工整形，能够在驱动传动装置的带动下沿基座组件长度、宽度及高度方向移动。

进一步地，该固体推进剂自动化加工整形系统还包括分别安装在支撑压紧组件与刀架组件上的视觉相机；上述视觉相机用于捕捉刀具端面距待整形固体推进剂端面的距离，并捕捉到待整形固体推进剂端面的圆心，并将该数据反馈至控制系统；

控制系统按照接收到的参数控制刀架组件的驱动传动装置驱动刀架组件移动，实现对刀。

进一步地，该系统还包括设置在刀架组件上的温度检测系统，所述温度检测系统用于检测刀具刀尖温度。加工时，温度检测系统对刀具刀尖加工部位温度进行实时监控，实时监测加工部位温度变化，控制在一定温度以下，防止温度过高发生危险。

进一步地，为了自动将待整形固体推进剂放置到支撑压紧组件上，该固体推进剂自动化加工整形系统还包括桁架机械手，上述桁架机械手用于将待整形固体推进剂抓取放置到支撑压紧组件上；

进一步地，支撑压紧组件与刀架组件均为两组，两两相对分别设置在基座组件的上。

进一步地，上述基座组件包括基座、设置在基座上的第一直线滑轨导向机构；上述驱动传动装置包括第一驱动传动装置与两组第二驱动传动装置；上述第一驱动传动装置与两组第二驱动传动装置设置在基座上；

上述第一驱动传动装置包括伺服电机及与伺服电机输出轴连接的左右旋丝杆，用于带动两组支撑压紧组件相向或相反移动；

上述第二驱动传动装置包括伺服电机及与伺服电机输出轴连接的丝杆，用于带动刀架组件沿基座长度方向运动。

进一步地，支撑压紧组件包括支撑架、相对设置在支撑架上的压块与垫块及带动压块移动的压紧气缸；

上述支撑架的底部设有与基座第一直线滑轨导向机构匹配的滑块零件及与左右旋丝杆配合的丝杠螺母；支撑架通过滑块零件及丝杠螺母与基座上的第一直线滑轨导向机构及左右旋丝杆配合安装；

压块、垫块内壁与待整形的固体推进剂外壁形状匹配。

进一步地，上述支撑压紧组件还包括设置在支撑架底部用于收集切割废屑的收集盒；

上述压块与垫块的材质为导静电的尼龙材质；支撑架上还设有中心开有圆孔的定位板。

进一步地，上述驱动传动装置还包括第三驱动传动装置、第四驱动传动装置及第五驱动传动装置；

刀架组件包括刀架安装座、支架及刀架机构；

上述刀架安装座底部具有与基座第一直线滑轨导向机构匹配的滑块零件及与第二驱动传动装置丝杠配合的丝杠螺母；刀架安装座通过滑块零件及丝杠螺母与基座上的第一直线滑轨导向机构及丝杆配合安装；

上述刀架安装座顶部设有第二直线导向机构；上述第三驱动传动装置设置在刀架安装座顶部，上述第三驱动传动装置包括伺服电机及与伺服电机输出轴连接的丝杆；

上述支架底部设有与第二直线导向机构配合的滑块零件及与第三驱动传动装置中的丝杆匹配的丝杠螺母；支架通过滑块零件及丝杠螺母与刀架安装座配合；

上述刀架机构包括刀座及用于固定刀具的刀柄，上述刀座固定在支架上且在第四驱动传动装置的带动下沿基座高度方向移动，上述刀柄固定在刀座上且在第五驱动传动装置的带动下转动。

进一步地，上述刀具与刀柄具有相互连通的中心空腔；刀柄一端固定刀具，一端设置抽气设备。

本发明的有益效果是：

(1)本发明可实现自动化上下线，全自动完成全部整形加工工艺流程，包括装夹、加工、移载等。人机隔离保证了工作人员的安全，降低了劳动强度。

(2)本发明做到了操作人员现场“零暴露”，整个系统可由人员远程控制，并能针对不同产品适时修改所需的整形工艺条件，满足复杂的药形的整形工作，适应性更强。

(3)相对于人工整形，全伺服系统自动化整形可确保加工精度及整形质量的一致性。

(4)加工刀具采用全伺服驱动，可以精确控制刀具位移和速度，根据预定数值动态调节，同时能够输出扭矩、位移与时间曲线关系，速度与时间关系，为整形加工过程提供准确的量化数据，加工过程全程实现定量判断并存储报表。

(5)本发明因伺服电机自带检测功能，通过电机内部自带的编码器检测时间转速等，若工作过程中，转速、扭矩等参数出现异常，该装置检测系统能够发现，并立即停止工作；

(6)本发明首次将自动化、信息化引入到固体推进剂整形领域中，应用前景非常广阔。

(7)系统电气设备及元器件完全符合防爆等级exdiibt4要求。简单实用、性能稳定，可操作性和可维护性强。

(8)以往作业方式，必须有人工对刀环节，此发明设备可利用视觉检测技术自动化对刀无需人员参与，更加高效、安全。

(9)加工方法从过去的车削加工改为铣加工，则两套加工模块可实现从产品两端同时整形加工。相对于传统人工一头车削作业方式，更能提高加工效率。

(10)加工过程中，可自动收集废屑，吸尘清理，增加了加工环境的安全性。

(11)加入温度检测设备，对加工时的刀具温度进行实时监控，实时监测加工部位温度变化，控制在一定温度以下，防止温度过高发生危险。所有设备进行严格的防静电措施，所有设备机械部分进行了防护；

附图说明

图1为实施例固体推进剂自动化加工整形系统俯视图；

图2为实施例固体推进剂自动化加工整形系统轴侧图一；

图3为实施例整形加工装置轴侧图；

图4为实施例整形加工装置侧视图；

图5为实施例整形加工装置俯视图；

图6为实施例基座组件结构示意图；

图7为实施例支撑压紧组件结构示意图；

图8为实施例刀架组件结构示意图；

图9为实施例刀架机构部分结构示意图；

图10为实施例刀架组件主视图；

图11为实施例刀架组件侧视图；

图12为实施例固体推进剂自动化加工整形系统轴侧图二；

图中附图标记为：1-整形加工装置，2-基座组件，3-支撑压紧组件，4-刀架组件，5-视觉相机，6-桁架机械手，7-上料小车，8-自动称重设备；

21-基座，22-第一直线滑轨导向机构，23-第一驱动传动装置，24-第二驱动传动装置，25-伺服电机，26-减速机，27-左右旋丝杆，28-丝杆，29-限位块；

31-支撑架，32-压块，33-垫块，34-压紧气缸，35-定位板，36-收集盒；

41-刀架安装座，42-支架，43-刀架机构，44-第二直线导向机构，45-第三驱动传动装置，46-第四驱动传动装置，47-第五驱动传动装置，48-刀座，49-刀柄，50-刀架，51-传动齿轮，52-支撑管，53-轴承，54-屑料浮尘收集口，55-空腔，56-丝杠风琴罩。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施例对本发明做进一步地描述。

本发明固体推进剂自动化加工整形系统是一套具有产品自动化上下线、型面加工、温度在线监测、包覆层界面粘附余药清理、螺纹残药清理、表面浮尘清理，屑料浮尘自动收集、自动称重记录功能的自动化设备。

从图1及图2可以看出，本实施例系统主要包括控制系统、上料小车7、桁架机械手6、整形加工装置1及自动称重设备8；控制系统根据相应参数控制相应的驱动传动装置运行。

上料小车7用于输送待整形产品，人工将待整型产品用上料小车7传送到上料区域；桁架机械手6用于将待整形产品放置在整形加工装置1上；整形加工装置1完成待整形产品两个端面的整形加工与屑料浮尘收集过程；自动称重设备完成整形前后的产品称重并进行数据结果上传。

从图3可以看出，本实施例整形加工装置1包括基座组件2及设置在基座组件2上的左右支撑压紧组件3与左右刀架组件4；左右支撑压紧组件3相对位于基座组件2的中间段，左右刀架组件4位于基座组件2的两端。

从图6可以看出，本实施例基座组件2包括基座21、沿基座21长度方向设置在基座21上的两组平行设置的第一直线滑轨导向机构22、第一驱动传动装置23与两组第二驱动传动装置24。第一直线滑轨导向机构22的中间位置设有限位块29。第一驱动传动装置23包括伺服电机25、精密减速机26及与精密减速机26输出轴连接的左右旋丝杆27，用于带动左右支撑压紧组件3相向或相反移动；左右旋丝杆27与精密减速机26输出轴连接处及其两端设有丝杠支座组件。两组第二驱动传动装置24分别位于基座21的左右两端，第二驱动传动装置24包括伺服电机25、精密减速机26及与精密减速机26输出轴连接的普通丝杆28，用于带动刀架组件4沿基座21长度方向运动。普通丝杆28两端通过丝杠支座组件固定。

从图7可以看出，支撑压紧组件3包括支撑架31、相对设置在支撑架31上的导静电尼龙压块32与导静电尼龙垫块33、带动压块32移动的压紧气缸34及大块屑料收集盒36。本实施例中压块32、垫块33内壁与待整形的固体推进剂外壁形状匹配，压块32与垫块33沿基座21高度方向布设，也可以沿基座21宽度方向布设，垫块33与压块32也可根据产品的直径变化提前由人工更换。支撑架31的底部设有与基座21第一直线滑轨导向机构22匹配的滑块零件及与左右旋丝杆27配合的丝杠螺母；支撑架31通过滑块零件及丝杠螺母与基座21上的第一直线滑轨导向机构22及左右旋丝杆27配合安装，第一驱动传动装置23带动两组左右支撑压紧组件3沿基座21长度方向相向或相反移动。支撑架31上还设有中心开有圆孔的定位板35，该定位板上圆孔是刀具正确工作区域，为了防止机器对刀出现误差造成失误。支撑压紧组件3针对不同产品实现的对中调整、支撑压紧，方便桁架机械手6正确放置与抓取。

从图8可以看出，本实施例刀架组件4包括刀架安装座41、支架42、刀架机构43及第二驱动传动装置24、第三驱动传动装置45、第四驱动传动装置46、第五驱动传动装置47；本实施例支架42为龙门支座。刀架安装座41底部具有与基座21第一直线滑轨导向机构22匹配的滑块零件及与第二驱动传动装置24丝杠配合的丝杠螺母；刀架安装座41通过滑块零件及丝杠螺母与基座21上的第一直线滑轨导向机构22及丝杆28配合安装；刀架组件4在第二驱动传动装置24的带动下能够沿基座21长度方向移动。刀架安装座41顶部设有相互平行的第二直线导向机构44；第三驱动传动装置45设置在刀架安装座41顶部，第三驱动传动装置45包括伺服电机25及与伺服电机25输出轴连接的丝杆28；龙门支座底部设有与第二直线导向机构44配合的滑块零件及与第三驱动传动装置中的丝杆28匹配的丝杠螺母；龙门支座通过滑块零件及丝杠螺母与刀架安装座41配合；龙门支座在第三驱动传动装置的带动下沿基座21宽度方向移动。刀架机构43包括刀架50、均布在刀架50上的三组刀座48及固定在刀座48上用于安装刀具的刀柄49。第四驱动传动装置包括伺服电机25及与伺服电机25输出轴连接的丝杠，丝杠沿基座21高度方向固定在龙门支座上，刀架50上设有与第四驱动传动装置丝杠配合的丝杠螺母，刀架50在第四驱动传动装置的带动下能够沿基座21高度方向移动。三组刀座48各由一个第五驱动传动装置驱动，第五驱动传动装置包括伺服电机25、减速机26及传动齿轮51，带动刀座48转动。不同的刀柄49上安装有不同的刀具，可根据加工工艺要求，随时切换刀具进行加工。支撑管52对轴承进行限位定位，防止窜动。

从图9可以看出，两端刀架机构上都有三个刀柄，分别安装三把不同刀具，刀具和刀柄49都为中空设计，形成空腔55通道，将刀柄49端部作为屑料浮尘收集口54，在屑料浮尘收集口54安装抽气设备，形成负压，可在加工的过程中将微小的细屑浮尘通过空腔55通道收集出来，独立集中到一起进行收集清理。三把刀依次可进行推进剂药面的型面加工、包覆层界面粘附余药清理、螺纹残药清理。加工的大块的屑料则随重力掉落到屑料收集盒36进行收集，定时由人员清理。加工过程中，自动收集废屑，吸尘清理，增加了加工环境的安全性。

在刀架机构43上还设置有温度检测系统，在该实施例中温度检测系统为红外测温传感器，红外测温传感器对加工时的刀具温度进行实时监控，实时监测加工部位温度变化，控制在一定温度以下，防止温度过高发生危险。

从图11可以看出，在支撑压紧组件3支座及刀架组件4支架42上还安装有视觉相机5，视觉相机5捕捉刀具端面距产品端面的距离，并捕捉到产品端面的圆心，由伺服电机25驱动刀架组件4沿xyz轴(即基座21的长宽高方向)移动相应的距离，完成刀具的自动对刀过程。

利用本发明系统实现整形的过程如下：

1)控制系统根据待整形固体推进剂长度参数控制第一驱动传动装置23中的伺服电机25驱动左右支撑压紧组件3相向或反向运动；使得左右支撑压紧组件3之间的距离略小于产品长度；

2)人工将待整型固体推进剂用上料小车传送到整形加工装置1区域；桁架机械手6抓取待整形固体推进剂放置到左右支撑压紧组件3的垫块33上，压紧气缸34压紧；

3)视觉相机5采集待整型固体推进剂端面距刀具端面的距离及待整型固体推进剂的圆心，将采集的数据反馈至控制系统；

4)伺服控制系统根据视觉相机5发送的数据驱动第二、第三、第四驱动传动装置46中的伺服电机25，使得刀架组件4沿基座21的长宽高方向移动，确定端头加工基准，实现对刀；

5)控制系统控制第五驱动传动装置47中的伺服电机25，带动刀具开始两端同时整形加工，在加工过程中，同时进行屑料浮尘的自动收集清理过程；

加工过程中，可实现刀具温度在线监测，刀具运行位移、速度曲线自动生成并上传系统。加工完成后，刀具系统自动退开，桁架机械手6转移产品至称重机称重，结果数据自动上传后，将产品放回小车，人工转移。

原人工整形工艺：

由1、2名操作人员，沿着已固化脱模后的推进剂内腔，用非金属材料或铍青铜做的简易工具一点点地进行径向、轴向修整，一边修整，一边测量，以近似达到所要求的复杂立体型面。这种用人工修整复杂型面的方法其精度一致性是无法保证的，稍有不慎引起“过切”，就会酿成损失。

原半自动车削整形加工工艺：

将产品转运至车床边，人工吊运至车床中心架上，手动锁紧卡盘，人工对刀；车削加完成a端药面整形，停机；解锁卡盘，人工吊运产品，调头后再吊运至车床中心架上，手动锁紧卡盘，人工对刀；车削加完成b端药面整形，停机；人工初步清理收集车削产生的残药，清理干净后、人工吊运、称重、记录，吊运至产品周转箱内。

通过对比，可以发现，本发明生产过程中实现远程实时监测，实现整形加工，满足复杂的药形的整形工作，且人机隔离保证了工作人员的安全，降低了劳动强度。加工过程中屑料浮尘动自动化收集清理，远程控制作业，保证加工全过程安全；产品两端同时加工，大大提高了加工整形的效率；刀具温度实时监控，实时监测加工部位温度变化，控制在一定温度一下，防止温度过高发生危险。