CN103226011B - 基于三坐标测量机的航空发动机压气机叶片的测量方法 - Google Patents
基于三坐标测量机的航空发动机压气机叶片的测量方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于测量技术，涉及一种应用于航空发动机燕尾型榫头叶片三坐标测量的基于三坐标测量机的航空发动机压气机叶片的测量方法。本发明在三坐标测量机上测量叶片时，可以通过双工位、多零件号共用测量夹具，并编制不同的测量程序，可以利用一个测量夹具，测量多个不同类型的叶片，改变原来一种类型的叶片使用一套三坐标测量夹具的情况，节约了测量夹具的设计、制造、保管成本。双工位测量夹具在测量成批叶片时，可以通过编制循环测量程序，使测量机连续不断交换的在两个工位上测量叶片，节约了原来测量完一个叶片后，停机等待装卸叶片的时间，提高了测量效率。这种测量方法可以推广到任意零件的三坐标测量中。
Description
技术领域
本发明属于测量技术，涉及一种应用于航空发动机燕尾型榫头叶片三坐标测量的基于三坐标测量机的航空发动机压气机叶片的测量方法。
背景技术
航空发动机转子叶片中燕尾型榫头占很大比例，目前每一种叶片使用一套三坐标测量夹具，由于该类叶片测量频率高，周期短，使得这类测量夹具的设计、制造、保管成本都很高。目前使用的三坐标测量夹具每次只能装夹一个叶片，测量完一个叶片后，停机等待装卸叶片，停机时间几乎占测量时间的1/2。测量效率低。
发明内容：
本发明的目的是提出一种测量效率高、测量成本低的基于三坐标测量机的航空发动机压气机叶片的测量方法。本发明的技术解决方案是，
（1）根据叶片榫头结构，制备测量夹具，
测量夹具包括一块底板和两套相同结构的压紧装置和定位装置，其中一套压紧装置和定位装置为第一工位，另一套压紧装置和定位装置为第二工位，两个工位分别位于底板中心线的两侧，以底板的一个侧面为基准面，相邻侧面的垂直度在0.01mm内，
（1.1）压紧装置包括的内容：每套压紧装置包括支撑销、杠杆、杠杆支撑、限力螺钉、圆柱销和弹簧，支撑销的穿透底板上下表面，支撑销位于底板下表面的销杆上套接弹簧，支撑销位于底板上表面的端头开有V型槽，V型槽两边的夹角角度与被测量叶片榫头非工作面夹角角度相同，弹簧卡于底板下表面与杠杆之间，杠杆支撑位于支撑销的侧边并固定在底板的下表面，杠杆的中心固定在杠杆支撑上，杠杆的一端与支撑销的位于底板下表面的部分固定，杠杆的另一端与穿过底板的限力螺钉相接触；
（1.2）定位装置包括的内容：每套定位装置包括上、下定位块、定位块、支脚和工艺球，工艺球置于底板上，上、下定位块对称于支撑销的上下两侧并固定在底板上，上、下定位块的对称面为楔型面，楔型面的角度和形状与被测叶片椎头工作面夹角和形状相同，定位块位于支撑销内侧并固定在底板上，定位块与上、下定位块的中分面垂直，支脚固定在底板下表面的四角，四个支脚高度误差小于0.01mm；
（2）安装测量夹具：将测量夹具安装在三坐标测量机的工作平台上，并用压板压紧；
（3）安装叶片：安装被测叶片，首先松开限力螺钉，将被测叶片从定位块的对面推入上、下定位块的楔型面中，保证被测叶片榫头端面与定位块贴合无间隙，拧紧限力螺钉使支撑销推动叶片榫头向上运动，使被测叶片榫头工作面与上、下定位块贴合无间隙；
（4）利用三坐标测量机的测量软件编制测量程序
（4.1）建立初始坐标系
在三坐标测量机的工作平台上测量夹具的四周测量4个点构造一平面，作为被测叶片的初始坐标系的Z轴方向，在测量夹具的基准面测量3个点构造一条线，作为初始坐标系的Y轴方向，在测量夹具的工艺球上测量5个点构造一个球，作为初始坐标系的零点；
（4.2）建立测量坐标系
根据被测叶片设计给出的测量坐标系的零点及方向，利用三坐标测量机的测量软件，分别将初始坐标系旋转、平移，使初始坐标系转换为测量坐标系；
（4.3）根据被测量叶片的数量，确定测量循环条件，循环次数N为被测量叶片的数量；
（4.4）根据设计图要求，在三坐标测量机上的测量软件中规划测量路径、计算方式、测量特性间的相互关系；
（4.5）测量被测叶片所需要的测量特性；
（4.6）判断测量次数，当循环次数N为奇数时，测量机测量第一个工位的被测量叶片，当循环次数N为偶数时，测量第二个工位的被测量叶片；
（4.7）第一个工位测量结束，打印第一个工位的被测量叶片的测量报告，同时测量机测量第二个工位的被测量叶片；
（4.8）判断测量次数是否等于N，是，结束循环，否，重复步骤（4.4）（4.5）（4.6）（4.7）（4.8）；
（5）执行测量程序，在测量机测量完成第一个工位的第一个叶片后，测量第二个工位上的叶片，在第一个工位装夹新的待测叶片；
（6）输出报告根据客户要求选择测量报告格式并打印测量报告。
本发明具有的优点和有益效果：本发明在三坐标测量机上测量叶片时，可以通过双工位、多零件号共用测量夹具，并编制不同的测量程序，可以利用一个测量夹具，测量多个不同类型的叶片，改变原来一种类型的叶片使用一套三坐标测量夹具的情况，节约了测量夹具的设计、制造、保管成本。双工位测量夹具在测量成批叶片时，可以通过编制循环测量程序，使测量机连续不断交换的在两个工位上测量叶片，节约了原来测量完一个叶片后，停机等待装卸叶片的时间，提高了测量效率。这种测量方法可以推广到任意零件的三坐标测量中。
附图说明
图1是本发明测量夹具结构主视示意图；
图2是图2的B-B剖视图；
图3是图2的A-A剖视图；
图4是测量夹具中上、下定位块2的结构示意图，其中：4-a为上、下定位块2的主视图，4-b为4-a的右视图，4-c为4-a的俯视图，4-d为上、下定位块2的立体图；
图5是测量夹具的部件2及部件6装配放大图；
图6是被测叶片榫头结构示意图，其中，6-a为叶片榫头主视图，6-b为6-a的右视剖视图，6-c为叶片坐标系与榫头的关系；
图7是本发明测量程序流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作详细说明。
基于三坐标测量机的航空发动机压气机叶片的测量方法由以下步骤完成：
（1）制作测量夹具，测量夹具详见图1，图2，图3，图4，图5，
如图1，测量夹具包括一块底板1和两套相同结构的压紧装置和定位装置，两套压紧装置和定位装置分别位于底板中心线的两侧，以底板1的一个侧面为基准面，相邻侧面的垂直度在0.01mm内。
每套压紧装置包括支撑销6、杠杆7、杠杆支撑8限力螺钉9、圆柱销10和弹簧15，支撑销6的穿透底板上下表面，支撑销6位于底板下表面的销杆上套接弹簧15，支撑销6位于底板上表面的端头开有V型槽，V型槽两边的夹角角度与被测量叶片榫头非工作面夹角角度相同（图2中的A1角，它与图6中的a1角相等），弹簧15卡于底板1下表面与杠杆7之间，杠杆支撑8位于支撑销6的侧边并固定在底板的下表面，杠杆7的中心固定在杠杆支撑8上，杠杆7的一端与支撑销6的位于底板下表面的部分固定，杠杆7的另一端与穿过底板1的限力螺钉9相接触；压紧装置是利用杠杆原理拧紧部件限力螺钉9时，使叶片榫头非工作面度面向上受力，叶片在向上运动时，叶片榫头工作面与定位块3无间隙接触，从而达到压紧叶片的目的（如图3）。
（1.2）每套定位装置包括上、下定位块2、定位块3、支脚5和工艺球17，工艺球17置于底板上，上、下定位块2对称于支撑销6的上下两侧并固定在底板1上（如图5），上、下定位块2的对称面为楔型面（如图4），楔型面的角度和形状与被测叶片椎头工作面夹角和形状相同，定位块3位于支撑销6内侧并固定在底板上，定位块3与上、下定位块2的中分面垂直，支脚5固定在底板1下表面的四角，四个支脚5高度误差小于0.01mm；
图3中的A1°必须与零件榫头两非工作面夹角相等,A2°必须与零件榫头两工作面相等（A1，A2分别与图6中的a1，a2对应），以保证定位准确无间隙，图中的C值为工艺球到定位块3的距离，图中的M值为两工位左右方向的距离，G值为工艺球到上、下定位块2对称中心的距离，这两个值可以根据叶片大小任意调整（C值、M值、G值如图1所示）。图中的N值为工艺球中心上、下到定位块2上表面的距离，图中的D值为上、下定位块2楔形块最小距离，B1,B2分别为工艺球到上、下定位块2间的距离（A1角、A2角、B1值、B2值、D值、N值、L值、R值如图3）所示。定位装置中的部件5确定零件坐标系Z的方向，部件1的侧面（基准A）确定坐标系Y的方向。上、下定位块2与工艺球的距离B1、B2确定零件坐标系Y、Z向零点，定位块3确定坐标系X的零点。
（2）安装测量夹具：将测量夹具安装在三坐标测量机的工作平台上，保证安装位置，在测量叶片时不超过三坐标机的测量范围，并用压板压紧；
（3）安装叶片
图6为测量叶片榫头结构示意图，图中r为榫头圆弧半径，要求测量叶片的r与图3中的R相同，图中的c为叶片榫头端面到中心的距离，不同种类的测量叶片可以通过计算，间接的得到测量夹具中的C值与测量叶片的c值之间的关系从而得到叶片测量坐标系X向的零点，b为叶片基准面与工作面的交点距离，不同种类的测量叶片可以通过计算，间接的得到测量夹具中的B1,B2值与测量叶片的b值之间的关系，通过不同的L值得到叶片测量坐标系Z向的零点，h为榫头底面到接线的距离，不同种类的测量叶片h值相差不能超过0.1mm，以保证每个叶片的定位稳定，d值为叶片榫头工作面与叶片榫头缘板转接圆弧最高点的距离，该值要求小于测量夹具中的D值，否则，叶片不能装入测量夹具中，n值为叶片榫头基准线到叶片榫头缘板的距离，该值要求大于测量夹具中N值与L值之和，否则叶片不能也装入测量夹具中（如图6）。
测量叶片必须无干涉，顺利的装入测量夹具中，并保证在测量夹具拧紧时，叶片榫头与测量夹具中的定位基准无间隙接触，与其它非定位面无干涉。
（4）编制测量程序（程序流程图如图7）
（4.1）建立初始坐标系
在三坐标测量机的工作平台上测量夹具的四周测量4个点构造一平面，作为被测叶片的初始坐标系的Z轴方向，在测量夹具的基准面测量3个点构造一条线，作为初始坐标系的Y轴方向，在测量夹具的工艺球上测量5个点构造一个球，作为初始坐标系的零点，初始坐标系为XOY坐标系（如图6）；
（4.2）建立测量坐标系
根据被测叶片设计给出的测量坐标系的零点及方向，利用三坐标测量机的测量软件，进行初始坐标系与测量坐标系间的转换，第一个工位的坐标系是将初始坐标系Y轴零点平移G值，将Z轴零点平移L值，X轴零点平移测量夹具中的C值减去测量叶片榫头的c值，并绕Z轴正方向旋转（90-A）°，测量坐标系为X1OY1(如图6)。第二个工位的坐标系是将第一个工位的坐标系绕Z轴负方向旋转（90-A）°，将第一个工位的坐标系X向零点平移M值，再绕Z轴正方向旋转（90-A）°
（4.3）根据被测量叶片的数量，确定测量循环条件，循环次数N为被测量叶片的数量；
（4.4）根据设计图要求，在三坐标测量机上的测量软件中规划测量路径、计算方式、测量特性间的相互关系；
（4.5）测量被测叶片所需要的测量特性；
（4.6）判断测量次数，当循环次数N为奇数时，测量机测量夹具中第一个工位的被测量叶片，当循环次数N为偶数时，测量夹具中第二个工位的被测量叶片；
（4.7）第一个工位测量结束，打印第一个工位的被测量叶片的测量报告，卸、装第一个工位的叶片，同时测量机测量第二个工位的叶片；
（4.8）判断测量次数是否等于N，是，结束循环，否，重复步骤（4.5）（4.6）（4.7）（4.8）；
（5）执行测量程序，在测量机测量完成第一个工位的第一个叶片后，测量第二个工位上的叶片，在第一个工位装夹新的待测叶片；
（6）输出报告根据客户要求选择测量报告格式并打印测量报告。
实施例
（1）制作测量夹具
测量夹具包括一块底板1和两套相同结构的压紧装置和定位装置，两套压紧装置和定位装置分别位于底板中心线的两侧，以底板1的一个侧面为基准面，相邻侧面的垂直度在0.01mm内。
每套压紧装置包括支撑销6、杠杆7、杠杆支撑8、限力螺钉9、圆柱销10和弹簧15，支撑销6的穿透底板上下表面，支撑销6位于底板下表面的销杆上套接弹簧15，支撑销6位于底板上表面的端头开有V型槽，V型槽两边的夹角角度为90°，弹簧15卡于底板1下表面与杠杆7之间，杠杆支撑8位于支撑销6的侧边并固定在底板的下表面，杠杆7的中心固定在杠杆支撑8上，杠杆7的一端与支撑销6的位于底板下表面的部分固定，杠杆7的另一端与穿过底板1的限力螺钉9相接触；压紧装置是利用杠杆原理拧紧部件限力螺钉9时，使叶片榫头非工作面度面向上受力，叶片在向上运动时，叶片榫头工作面与定位块3无间隙接触，从而达到压紧叶片的目的。
（1.2）每套定位装置包括上、下定位块2、定位块3、支脚5和工艺球17，工艺球17置于底板上，上、下定位块2对称于支撑销6的上下两侧并固定在底板1上，上、下定位块2的对称面为楔型面，两楔型面夹角为90°，并带有R214°的圆弧，定位块3位于支撑销6内侧并固定在底板上，定位块3与上、下定位块2的中分面垂直，支脚5固定在底板1下表面的四角，四个支脚5高度误差小于0.01mm；
上、下定位块2楔形面夹角为90°，工艺球到定位块3的距离为1.7mm，两工位左右方向的距离为100mm，工艺球到上、下定位块2对称中心的距离为35mm，工艺球中心到上、下到定位块2上表面的距离为1mm，上、下定位块2楔形块最小距离为5mm，工艺球到上、下定位块2中的上定位块间的距离为35.4，工艺球到上、下定位块2中的下定位块间的距离为35.7。定位装置中的支脚5确定零件坐标系Z的方向，部件1的侧面（基准A）确定坐标系Y的方向。上、下定位块2与工艺球17的距离B1、B2确定零件坐标系Y、Z向零点，定位块3确定坐标系X的零点。
（2）安装测量夹具：将测量夹具安装在三坐标测量机工作平台中间位置上，并用压板压紧；
（3）安装叶片
测量叶片榫头，榫头为燕尾型圆弧齿，圆弧半径R214°，叶片榫头端面到中心的距离为1.75mm，叶片榫头工作面与叶片榫头缘板转接圆弧最高点的距离4.5mm，叶片榫头基准线到叶片榫头缘板的距离为2mm，
将测量叶片装入测量夹具中，拧紧测量夹具，观察叶片榫头与测量夹具中的定位基准无间隙接触，与其它非定位面无干涉。
（4）编制测量程序并进行测量
（4.1）建立初始坐标系
在三坐标测量机的工作平台上测量夹具的四周测量4个点构造一平面，作为被测叶片的初始坐标系的Z轴方向，在测量夹具的基准面测量3个点构造一条线，作为初始坐标系的Y轴方向，在测量夹具的工艺球上测量5个点构造一个球，作为初始坐标系的零点，初始坐标系为XOY坐标系；
（4.2）建立测量坐标系
根据被测叶片设计给出的测量坐标系的零点及方向，利用三坐标测量机的测量软件，进行初始坐标系与测量坐标系间的转换，第一个工位的坐标系是将初始坐标系Y轴零点平移35mm，将Z轴零点平移1mm，X轴零点平移0.05mm，并绕Z轴正方向旋转45°即为测量坐标系。第二个工位的坐标系是将第一个工位的坐标系绕Z轴负方向旋转45°，将第一个工位的坐标系X向零点平移100mm，再绕Z轴正方向旋转45°
（4.3）被测量叶片的数量为50件，设定循环次数为50；
（4.4）根据设计图要求，测量叶身型线的X,Y偏移、进气边位置、弦长，在三坐标测量软件中导入CAD数模，利用三坐标测量软件中的扫描功能，在CAD数模中提取需要测量的叶片截面理论点，根据提取的理论点用三坐标测量机测头的A45B0方向先对所有截面的叶盆部分进行扫描，再用三坐标测量机测头的A45B90方向对所有截面的进气边进行扫描，然后用三坐标测量机测头的A45B180对所有截面的叶背进行扫描，最后用三坐标测量机测头的A45B-90对所有截面的排气边进行扫描，将所有扫描数据与CAD模型进行比对，利用测量软件的分析功能，分析出叶片的X,Y偏移、进气边位置、弦长等测量特性。
（4.5）判断测量次数，当循环次数为奇数时，测量机测量夹具中第一个工位的被测量叶片，当循环次数为偶数时，测量夹具中第二个工位的被测量叶片；
（4.7）第一个工位测量结束，打印第一个工位的被测量叶片的测量报告，卸、装第一个工位的叶片，同时测量机测量第二个工位的叶片；
（4.8）判断测量次数是否等于50，是，结束循环，否，重复步骤（4.5）（4.6）（4.7）（4.8）；
（5）输出报告根据客户要求选择测量报告格式并打印测量报告。
Claims (1)
1.一种基于三坐标测量机的航空发动机压气机叶片的测量方法，其特征是，
(1)根据叶片榫头结构，制备测量夹具，
测量夹具包括一块底板(1)和两套相同结构的压紧装置和定位装置，其中一套压紧装置和定位装置为第一工位，另一套压紧装置和定位装置为第二工位，两个工位分别位于底板中心线的两侧，以底板(1)的一个侧面为基准面，相邻侧面的垂直度在0.01mm内，
(1.1)压紧装置包括的内容：每套压紧装置包括支撑销(6)、杠杆(7)、杠杆支撑(8)、限力螺钉(9)、圆柱销(10)和弹簧(15)，支撑销(6)穿透底板上下表面，支撑销(6)位于底板下表面的销杆上套接弹簧(15)，支撑销(6)位于底板上表面的端头开有V型槽，V型槽两边的夹角角度与被测量叶片榫头非工作面夹角角度相同，弹簧(15)卡于底板(1)下表面与杠杆(7)之间，杠杆支撑(8)位于支撑销(6)的侧边并固定在底板的下表面，杠杆(7)的中心固定在杠杆支撑(8)上，杠杆(7)的一端与支撑销(6)的位于底板下表面的部分固定，杠杆(7)的另一端与穿过底板(1)的限力螺钉(9)相接触；
(1.2)定位装置包括的内容：每套定位装置包括上、下定位块(2)、定位块(3)、支脚(5)和工艺球(17)，工艺球(17)置于底板上，上、下定位块(2)对称于支撑销(6)的上下两侧并固定在底板(1)上，上、下定位块(2)的对称面为楔型面，楔型面的角度和形状与被测叶片椎头工作面夹角和形状相同，定位块(3)位于支撑销(6)内侧并固定在底板上，定位块(3)与上、下定位块(2)的中分面垂直，支脚(5)固定在底板(1)下表面的四角，四个支脚(5)高度误差小于0.01mm；
(2)安装测量夹具：将测量夹具安装在三坐标测量机的工作平台上，并用压板压紧；
(3)安装叶片：安装被测叶片，首先松开限力螺钉(9)，将被测叶片从定位块(3)的对面推入上、下定位块(2)的楔型面中，保证被测叶片榫头端面与定位块(3)贴合无间隙，拧紧限力螺钉(9)使支撑销(6)推动叶片榫头向上运动，使被测叶片榫头工作面与上、下定位块(2)贴合无间隙；
(4)利用三坐标测量机的测量软件编制测量程序
(4.1)建立初始坐标系
在三坐标测量机的工作平台上测量夹具的四周测量4个点构造一平面，作为被测叶片的初始坐标系的Z轴方向，在测量夹具的基准面测量3个点构造一条线，作为初始坐标系的Y轴方向，在测量夹具的工艺球上测量5个点构造一个球，作为初始坐标系的零点；
(4.2)建立测量坐标系
根据被测叶片设计给出的测量坐标系的零点及方向，利用三坐标测量机的测量软件，分别将初始坐标系旋转、平移，使初始坐标系转换为测量坐标系；
(4.3)根据被测量叶片的数量，确定测量循环条件，循环次数N为被测量叶片的数量；
(4.4)根据设计图要求，在三坐标测量机上的测量软件中规划测量路径、计算方式、测量特性间的相互关系；
(4.5)测量被测叶片所需要的测量特性；
(4.6)判断测量次数，当循环次数N为奇数时，测量机测量第一个工位的被测量叶片，当循环次数N为偶数时，测量第二个工位的被测量叶片；
(4.7)第一个工位测量结束，打印第一个工位的被测量叶片的测量报告，同时测量机测量第二个工位的被测量叶片；
(4.8)判断测量次数是否等于N，是，结束循环，否，重复步骤(4.4)(4.5)(4.6)(4.7)(4.8)；
(5)执行测量程序，在测量机测量完成第一个工位的第一个叶片后，测量第二个工位上的叶片，在第一个工位装夹新的待测叶片；
(6)输出报告，根据客户要求选择测量报告格式并打印测量报告。
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