航空制造技术2024,Vol.67Issue(13) :119-126.DOI:10.16080/j.issn1671-833x.2024.13.119

压气机叶片激光熔化沉积修复的机器人路径自动规划和试验研究

Laser Melting Deposition Repair for Compressor Blades:Robotic Path Automatic Planning and Experimental Research

梁旭峰 蔡振华 刘琦 牟梓鑫 曾春年 牛少鹏 邓春明
航空制造技术2024,Vol.67Issue(13) :119-126.DOI:10.16080/j.issn1671-833x.2024.13.119

压气机叶片激光熔化沉积修复的机器人路径自动规划和试验研究

Laser Melting Deposition Repair for Compressor Blades:Robotic Path Automatic Planning and Experimental Research

梁旭峰 1蔡振华 1刘琦 2牟梓鑫 1曾春年 1牛少鹏 3邓春明3
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作者信息

  • 1. 武汉理工大学自动化学院,武汉 430070
  • 2. 中国航空制造技术研究院高能束流加工技术重点实验室,北京 100024;高能束流增量制造技术与装备北京市重点实验室,北京 100024;增材制造航空科技重点实验室,北京 100024
  • 3. 广东省科学院新材料研究所,广州 510651
  • 折叠

摘要

针对航空发动机TC17 高压压气机叶片服役损伤后的修复问题,本文基于工业机器人的激光熔化沉积路径生成策略,提出使用模型布尔运算来分析叶片损伤区域,并在RobotStudio离线编程软件中嵌入二次开发插件分别生成Zigzag轴向扫描、中心线偏移扫描和边缘螺旋扫描路径.路径的仿真和沉积形貌分析表明,在设定扫描速度5 mm/s、沉积层厚度 0.3 mm、搭接率 50%时,中心线偏移扫描在 95.97%时间内保持速度稳定,折返点处的速度下降幅度更小,同时沉积后表面高度接近 0.3 mm,高度波动方差更小,保持了较高的平整度.此外,矩形平板区域的沉积模拟和试验表明,类似Zigzag扫描的连续路径可以显著降低成形表面的残余应力.

Abstract

This paper studies a laser melting deposition path generation strategy based on industrial robots to address the repair problem of aero-engine TC17 high-pressure compressor blades after service damage.This method can analyze the blade damage area with model Boolean operations and embeds a secondary development plug-in in the RobotStudio offline programming software to generate Zigzag-axial,centerline-offset,and edge-helical scanning paths.The path simulation and deposition topography analysis show that when the scanning speed is 5 mm/s,the deposition layer thickness is 0.3 mm,and the overlap ratio is 50%,the centerline-offset scanning path can maintain the speed stable for 95.97%of time,and the speed decline of turning point is tinier.Simultaneously,the formed height after deposition is close to 0.3 mm,and the height fluctuation variance is relatively small with excellent flatness.Furthermore,simulations and experiments on rectangular flat-plate regions show that a continuous path,such as Zigzag scanning path,can dramatically reduce residual stress on the formed surface.

关键词

压气机叶片/激光熔化沉积技术/工业机器人/模型布尔运算/路径规划

Key words

Compressor blades/Laser melting deposition/Industrial robot/Model Boolean operation/Path planning

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基金项目

航空科学基金(2019ZE025001)

国防基础科研计划(JCKY2019205A002)

北京市自然科学基金(3172042)

出版年

2024
航空制造技术
北京航空制造工程研究所

航空制造技术

CSTPCDCSCD北大核心
影响因子:0.403
ISSN:1671-833X
参考文献量9
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