CN102155928B - 用于叶片三坐标测量机的夹具及建立测量坐标系的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于叶片三坐标测量机的夹具及测量坐标系建立的方法。在夹具体的上表面有V型榫槽，并且该V型榫槽的楔形面与叶片榫根的楔形面完全吻合。V型榫槽位于夹具体宽度的中心线上。顶紧螺钉位于夹具体长度和宽度的对称中心上。在建立叶片三坐标测量机夹具的测量坐标系时，通过三点建立一个坐标平面，通过两点连线在该坐标平面上投影建立一个坐标轴，一个点确定坐标原点，从而快速、准确地建立叶片的测量坐标系，并且矩形的夹具体能够快速将测量坐标系从叶片榫根部转换到夹具体上，减少了叶片测量过程中建立测量坐标系的时间和难度。本发明具有结构简单，安装方便，定位精度高，可多次装拆而不影响定位精度，可以实现叶片的批量测量，提高了叶片测量的效率。

Description

用于叶片三坐标测量机的夹具及建立测量坐标系的方法

技术领域

本发明涉及发动机叶片测量技术领域，具体是一种用于叶片测量的夹具。

技术背景

现代航空工业的发展对发动机的技术性能要求越来越高，各种新型叶片被设计出来，叶型为复杂自由曲面，叶身具有弯、宽、掠、扭、薄的特点。为了保证叶片的质量，叶片制造的不同阶段均需进行测量，其过程贯穿了从毛料、机械加工到叶片组装的整个阶段。

叶片检测是保证叶片制造质量的重要手段，但是由于定位难等问题的存在，一直是叶片加工过程的一个难点，具体表现为：测量精度要求高；测量效率要求高；测量可靠性要求高；叶片测量定位和建立测量坐标系复杂。

就三坐标测量而言，三坐标测量机进行测量的时候首先要根据基准面建立相应的测量坐标系，但是叶片的榫根楔形面小，建立测量坐标系比较难；由于叶片安装楔型面比较小，以此确定叶片测量坐标系的坐标平面，会带来较大的误差，所以最好的办法是设计一个测量夹具。

发明内容

为了克服现有技术中建立叶片测量坐标系难、测量效率低的不足，本发明提出了一种用于叶片三坐标测量机的夹具及建立测量坐标系的方法。

本发明包括夹具体，顶紧螺钉和定位销轴；在夹具体的上表面有V型榫槽，并且该V型榫槽的楔形面与叶片榫根的楔形面完全吻合，该V型榫槽沿夹具体的长度方向分布，并位于夹具体宽度的中心线上。

所述的V型榫槽槽底的一端有定位销轴，该定位销轴的中心线位于V型槽的长度方向对称面内；在V型榫槽槽底有顶紧螺钉，并且该顶紧螺钉位于夹具体长度和宽度的对称中心。

所述的顶紧螺钉为内六方螺钉，并且该顶紧螺钉的顶端为半圆球形。

使用时，将叶片的榫根插入夹具体1上表面的V型榫槽内，并通过位于V型榫槽一端的定位销轴限位。将顶紧螺钉装入螺纹通孔内，以固紧叶片。装入V型榫槽内的叶片榫根略长出V型榫槽，以方便工艺操作。

本发明还提出了一种叶片三坐标测量机夹具的测量坐标系建立方法，其具体过程是：

第一步，通过测量机，扫描夹具体的外廓尺寸，得到夹具体的长度为B、宽度为C，以及夹具体的高度为H；将叶片的榫根插入夹具体上表面的V型榫槽内，并通过定位销轴限位，通过顶紧螺钉固紧；

第二步，建立初始坐标系；

I.建立Y′O′Z′坐标平面：以夹具体的一侧表面为a表面，在夹具体的a表面内任意取三个不在同一直线上的点，并且三个点彼此之间的距离应尽量大。根据三点建立一个坐标平面的原理将a面确定为坐标平面Y′O′Z′；

II.确定Y′轴：以夹具体的上表面为b表面。在b表面上沿夹具体长度方向任取两个点，两个点之间的距离应尽量大，本实施例中，所取的两个点位于夹具体上V型榫槽同一侧，并分别位于靠近夹具体长度方向的两端处。在两点之间作连线，并使两点连线向坐标平面Y′O′Z′作正投影，所得正投影为Y′轴；

III.确定坐标原点：以夹具体的V型榫槽有定位销轴一端的端面为c表面。在c表面上任取一点，使该点在c表面内沿c表面向Y′轴作投影，所得投影点即为坐标原点O′；

IV.确定X′轴：根据坐标平面Y′O′Z′法向矢量方向和坐标原点O′的位置，确定X′轴；

V.根据右手法则确定笛卡尔坐标系的Z′轴，即确定初始坐标系O′X′Y′Z′；

第三步，确定测量坐标系；根据得到的夹具体的长度B、宽度C，以及夹具体的高度H，坐标系O′X′Y′Z′在X方向的移动量为C/2，坐标系O′X′Y′Z′在Y方向的移动量为B/2，坐标系O′X′Y′Z′在Z方向的移动量为D；使坐标系O′X′Y′Z′的坐标原点O′平移至叶片设计坐标系原点O，使初始坐标原点O′与设计坐标系原点O重合，即得到测量坐标系OXYZ。坐标系O′X′Y′Z′在Z方向的移动量D为榫根楔形面垂直高度的中心到夹具体上表面之间的距离。

本发明在叶片装夹过程中，对叶片榫根部位进行快速定位，四方块的夹具体结构可以快速将测量坐标系从叶片榫根部转换到夹具体上，从而快速、准确地建立叶片的测量坐标系，减少了叶片测量过程中建立测量坐标系的时间和难度。此夹具结构简单，安装方便，定位精度高，可多次装拆而不影响定位精度，可以实现叶片的批量测量，提高了叶片测量的效率。

附图说明

图1为本发明的结构主视图；

图2为本发明的侧视图；

图3为本发明的图2中I处局部示意图；

图4为本发明的三维立体图。图中：

1.夹具体  2.顶紧螺钉  3.定位销轴  4.叶片

具体实施方式

实施例一

本实施例是用于某型航空发动机叶片测量的夹具，包括夹具体1，顶紧螺钉2和定位销轴3。

如图1所示，本实施例的夹具体1为长方体，其长度与叶片榫根的长度相同。在夹具体1的上表面有V型榫槽。V型榫槽的两侧槽壁为楔形面，并且该楔形面与叶片榫根的楔形面完全吻合。所述的V型榫槽沿夹具体的长度方向分布，并位于夹具体1宽度的中心线上。在该V型榫槽任意一端的槽底有定位销轴3的安装盲孔，所述的安装盲孔的中心线位于V型槽的长度方向对称面内。在夹具体1下表面有一个贯通V型榫槽槽底的螺纹通孔，用于安装顶紧螺钉2，该螺纹通孔的中心线位于夹具体1长度的中心处，并位于夹具体1宽度的中心线上。

顶紧螺钉2为内六方螺钉，并且该顶紧螺钉2的顶端为半圆球形。

使用时，将叶片4的榫根插入夹具体1上表面的V型榫槽内，并通过位于V型榫槽一端的定位销轴3限位。将顶紧螺钉装入螺纹通孔内，以固紧叶片4。装入V型榫槽内的叶片榫根略长出V型榫槽，以方便工艺操作。

本实施例还提出了一种测量坐标系建立方法，具体过程是：

第一步，通过测量机，扫描夹具体的外廓尺寸，得到夹具体的长度为B、宽度为C，以及夹具体的高度H。将叶片4的榫根插入夹具体1上表面的V型榫槽内，并通过定位销轴3限位，通过顶紧螺钉2固紧。

第二步，建立初始坐标系；

1.建立Y′O′Z′坐标平面：以夹具体1的一侧表面为a表面，在夹具体1的a表面内任意取三个不在同一直线上的点，并且三个点彼此之间的距离应尽量大。根据三点建立一个坐标平面的原理将a面确定为坐标平面Y′O′Z′。

2.确定Y′轴：以夹具体1的上表面为b表面。在b表面上沿夹具体1长度方向任取两个点，两个点之间的距离应尽量大，本实施例中，所取的两个点位于夹具体1上V型榫槽同一侧，并分别位于靠近夹具体1长度方向的两端处。在两点之间作连线，并使两点连线向坐标平面Y′O′Z′作正投影，所得正投影为Y′轴。

3.确定坐标原点：以夹具体1的V型榫槽有定位销轴一端的端面为c表面。在c表面上任取一点，使该点在c表面内沿c表面向Y′轴作投影，所得投影点即为坐标原点O′。

4.确定X′轴：根据坐标平面Y′O′Z′法向矢量方向和坐标原点O′的位置，确定X′轴。

5.根据右手法则确定笛卡尔坐标系的Z′轴，即确定初始坐标系O′X′Y′Z′。

第三步，确定测量坐标系。根据得到的夹具体的长度B、宽度C，以及夹具体的高度H，由叶片的图纸建立的设计坐标系，确定坐标系O′X′Y′Z′的坐标原点O′的移动量。本实施例中，由于叶片设计坐标系原点O位于榫根宽度的1/2处，故坐标系在X方向的移动量为C/2，坐标系在Y方向的移动量为B/2，Z方向的移动量为D。Z方向的移动量D为榫根楔形面垂直高度的中心到夹具体上表面之间的距离。

将所建坐标系O′X′Y′Z′的坐标原点O′在X方向移动C/2，在Y方向移动B/2，在Z方向移动D，使坐标系O′X′Y′Z′的坐标原点O′平移至叶片设计坐标系原点O，使初始坐标原点O′与设计坐标系原点O重合，即得到测量坐标系OXYZ。所述坐标系OXYZ与图纸给定的设计坐标系相同，测量坐标系建立完毕。

实施例二

本实施例是用于某型航空发动机叶片测量的夹具，包括夹具体1，顶紧螺钉2和定位销轴3。

如图1所示，本实施例的夹具体1为长方体，其长度与叶片榫根的长度相同。在夹具体1的上表面有V型榫槽。V型榫槽的两侧槽壁为楔形面，并且该楔形面与叶片榫根的楔形面完全吻合。所述的V型榫槽沿夹具体的长度方向分布，并位于夹具体1宽度的中心线上。在该V型榫槽任意一端的槽底有定位销轴3的安装盲孔，所述的安装盲孔的中心线位于V型槽的长度方向对称面内。在夹具体1下表面有一个贯通V型榫槽槽底的螺纹通孔，用于安装顶紧螺钉2，该螺纹通孔的中心线位于夹具体1长度的中心处，并位于夹具体1宽度的中心线上。

顶紧螺钉2为内六方螺钉，并且该顶紧螺钉2的顶端为半圆球形。

使用时，将叶片4的榫根插入夹具体1上表面的V型榫槽内，并通过位于V型榫槽一端的定位销轴3限位。将顶紧螺钉装入螺纹通孔内，以固紧叶片4。装入V型榫槽内的叶片榫根略长出V型榫槽，以方便工艺操作。

本实施例还提出了一种测量坐标系建立方法，具体过程是：

第一步，通过测量机，扫描夹具体的外廓尺寸，得到夹具体的长度为B、宽度为C，以及夹具体的高度为H。将叶片4的榫根插入夹具体1上表面的V型榫槽内，并通过定位销轴3限位，通过顶紧螺钉2固紧。

第二步，建立初始坐标系；

1.建立Y′O′Z′坐标平面：以夹具体1的一侧表面为a表面，在夹具体1的a表面内任意取三个不在同一直线上的点，并且三个点彼此之间的距离应尽量大。根据三点建立一个坐标平面的原理将a面确定为坐标平面Y′O′Z′。

2.确定Y′轴：以夹具体1的上表面为b表面。在b表面上沿夹具体1长度方向任取两个点，两个点之间的距离应尽量大，本实施例中，所取的两个点位于夹具体1上V型榫槽两侧，并分别位于靠近夹具体1长度方向的两端处。在两点之间作连线，并使两点连线向坐标平面Y′O′Z′作正投影，所得正投影为Y′轴。

3.确定坐标原点：以夹具体1的有定位销轴一端的端面为c表面。在c表面上任取一点，使该点沿c表面并在c表面内向Y′轴作投影，所得投影点即为坐标原点O′。

4.确定X′轴：根据坐标平面Y′O′Z′法向矢量方向和坐标原点O′的位置，确定X′轴。

5.根据右手法则确定笛卡尔坐标系的Z′轴，即确定初始坐标系O′X′Y′Z′。

第三步，确定测量坐标系。根据得到的夹具体的长度B、宽度C，以及夹具体的高度H，由叶片的图纸建立的设计坐标系，确定坐标系O′X′Y′Z′的坐标原点O′的移动量。本实施例中，由于叶片设计坐标系原点O位于榫根宽度的1/2处，故坐标系在X方向的移动量为C/2，坐标系在Y方向的移动量为B/2，Z方向的移动量为D。Z方向的移动量D为榫根楔形面垂直高度的中心到夹具体上表面之间的距离。

将所建坐标系O′X′Y′Z′的坐标原点O′在X方向移动C/2，在Y方向移动B/2，在Z方向移动D，使坐标系O′X′Y′Z′的坐标原点O′平移至叶片设计坐标系原点O，使初始坐标原点O′与设计坐标系原点O重合，即得到测量坐标系OXYZ。所述坐标系OXYZ与图纸给定的设计坐标系相同，测量坐标系建立完毕。

Claims (1)

1.一种用于叶片三坐标测量机夹具的测量坐标系建立方法，所述的用于叶片三坐标测量机的夹具包括：夹具体(1)，顶紧螺钉(2)和定位销轴(3)；在夹具体(1)的上表面有V型榫槽，并且该V型榫槽的楔形面与叶片榫根的楔形面完全吻合；所述的V型榫槽沿夹具体的长度方向分布，并位于夹具体(1)宽度的中心线上；所述的V型榫槽槽底一端有定位销轴(3)，该定位销轴的中心线位于V型槽的长度方向对称面内；在V型榫槽槽底有顶紧螺钉(2)，并且该顶紧螺钉(2)位于夹具体(1)长度和宽度的对称中心；其特征在于，具体过程是：

第一步，通过测量机扫描夹具体的外廓尺寸，得到夹具体的长度为B、宽度为C，以及夹具体的高度为H；将叶片的榫根插入夹具体上表面的V型榫槽内，并通过定位销轴限位，通过顶紧螺钉固紧；

第二步，建立初始坐标系；

I.建立Y′O′Z′坐标平面；以夹具体(1)的一侧表面为a表面，在夹具体(1)的a表面内任意取三个不在同一直线上的点，并且三个点彼此之间的距离应尽量大，根据三点建立一个坐标平面的原理将a面确定为坐标平面Y′O′Z′；

II.确定Y′轴；以夹具体(1)的上表面为b表面，在b表面上沿夹具体(1)长度方向任取两个点，两个点之间的距离应尽量大，所取的两个点位于夹具体(1)上V型榫槽同一侧，并分别位于靠近夹具体(1)长度方向的两端处，在两点之间作连线，并使两点连线向坐标平面Y′O′Z′作正投影，所得正投影为Y′轴；

III.确定坐标原点；以夹具体(1)的V型榫槽有定位销轴一端的端面为c表面，在c表面上任取一点，使该点沿c表面并在c表面内向Y′轴作投影，所得投影点即为坐标原点O′；

IV.确定X′轴；根据坐标平面Y′O′Z′法向矢量方向和坐标原点O′的位置，确定X′轴；

V.根据右手法则确定笛卡尔坐标系的Z′轴，即确定初始坐标系O′X′Y′Z′；

第三步，确定测量坐标系；根据得到的夹具体的长度B、宽度C，以及夹具体的高度H，由叶片的图纸建立的设计坐标系，坐标系O′X′Y′Z′在X方向的移动量为C/2，坐标系O′X′Y′Z′在Y方向的移动量为B/2，坐标系O′X′Y′Z′在Z方向的移动量为D；使坐标系O′X′Y′Z′的坐标原点O′平移至叶片设计坐标系原点O，使初始坐标原点O′与设计坐标系原点O重合，即得到测量坐标系OXYZ；坐标系O′X′Y′Z′在Z方向的移动量D为榫根楔形面垂直高度的中心到夹具体上表面之间的距离。 

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