CN104369065B - 发动机转子叶片型面的修复方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发动机转子叶片型面的修复方法及其装置，利用本发明修复成本低，效率高，能够减小叶片修理报废率、降低劳动强度。本发明通过下述技术方案予以实现：根据压气机转子叶片叶盆与叶背任一点厚度均不相同，叶尖至叶根不同截面堆叠形状特征，首先利用三坐标测量仪对标准叶片作微米级测量，作出标准叶片修磨轨迹的仿形装置，其次，用两个对称中心轴线的中心轴承支撑控制仿形模板转盘仿形运动轨迹的弧面，当外力带动仿形装置上的仿形模板转盘运动时，仿形模板转盘通过位于它仿形轨迹弧面上方弧形滑槽轴线中心轴承,在两个支撑中心轴承之间按修磨轨迹做摆线运动，固定在叶片夹紧机构上边的叶片随之与气动打磨头做相对摆动运动实现仿形打磨。

Description

发动机转子叶片型面的修复方法及其装置

技术领域

本发明涉及一种航空发动机压气机转子叶片叶尖接长型面的修复方法及其装置。

背景技术

每分钟高达12000转以上转速的航空发动机高压压气机转子叶片，在离心力、振动和机匣变形的作用下，整级叶片的叶尖被机匣内涂层磨短，导致大量叶片因尺寸超差报废。由于压气机转子叶片叶盆与叶背任意一点，截面厚度均不相同，同一级叶片个体之间存在壁厚差异，叶片型面空间复合曲面复杂，叶片的型面恢复极其困难。目前普遍采用的是更换新品叶片，但是新品叶片的采购成本极高，并且采购周期难以保证。或者是采用特种堆焊技术对被磨短的叶片进行接长，在接长部分形成堆焊区域进行型面恢复来实现报废叶片的再制造修复。叶片经叶尖接长或校形后需要恢复其原有几何形貌，以便满足空气动力学要求。型面恢复时定位和加工路径选取困难，通常采用的技术手段有数控打磨和手工打磨两类。数控打磨主要靠多轴联动砂带磨床，通过程序软件控制实现叶面修型。该方法精度高、效率快，但是其对设备依赖程度大，成本投入高，数控程序编写复杂，一般人难于熟练掌握。手工打磨因其成本低廉，设备简单被广泛的应用于航空发动机维修领域。但是该方法对钳工技能要求极高，劳动强度大，打磨周期长，打磨精度难以控制，打磨过程极易伤及基体材料，造成叶片二次报废，接长修理时，单件叶片粗打磨也需要90～120 min。精修50～60 min，修理效率极其低下。

压气机转子叶片属航空发动机重要部件，制造工艺复杂、成本高，服役环境恶劣属易废品。采用针对性装置实现叶面恢复，是减少报废的有效途径。同时也是提高打磨效率，降低劳动强度有效措施。

发明内容

本发明的发明目的是针对上述现有技术存在问题，提供一种修复成本低，效率高，能够减小叶片修理报废率、降低劳动强度，提高修理加工效率和控制精度的叶片型面恢复方法及其装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术解决方案是，一种发动机转子叶片型面的修复方法，其特征在于包括如下步骤：根据压气机转子叶片叶盆1与叶背2任一点厚度均不相同，叶尖至叶根由不同截面堆叠而成的形状特征，首先利用三坐标测量仪对标准叶片4作微米级测量，作出标准叶片修磨轨迹的仿形装置，其次，用两个对称中心轴线的中心轴承支撑控制仿形模板转盘9仿形运动轨迹的弧面，当外力带动仿形装置上的仿形模板转盘运动时，仿形模板转盘9通过位于它仿形轨迹弧面6上方弧形滑槽轴线中心的等腰轴承组,在两个支撑中心轴承之间按修磨轨迹做摆线运动，固定在叶片夹紧机构10上边的叶片随之与气动打磨头3做相对摆动运动，实现对叶片的叶盆1或叶背2进行仿形打磨。

本发明相比于现有技术具有如下有益效果。

本发明利用仿形原理，放大修磨轨迹，采用叶片叶盆、叶背的仿形磨削装置，依据放大标准叶片轨迹对压气机叶片型面进行仿形修复，制作成本低廉、操作简单。通过调整螺母与千分表的配合使用实现刀头升降的微米级控制，弥补钳工技能水平不足；通过仿形机构带动叶片做标准叶面轨迹运动，提高控制精度；通过导轨，降低操作者劳动强度和加工效率。实验数据表明，使用本发明可以使叶片半精密加工时间由原来90～120min，缩短至5～10min；精修时间由50～60min缩短至10～15min；合格率由原来的60%提升至95%以上。采用叶片叶盆、叶背的仿形磨削夹具，提升了生产效率，提高了产品质量的稳定性，使发动机叶片再制造修复保障能力等到有效提升，解决了航空发动机叶片再制造批量修理的燃眉之急。

附图说明

图1是发动机转子叶片横截面形貌示意图。

图2是图1叶盆仿形修磨原理示意图。

图3是本发明发动机转子叶片型面的修复装置的构造示意图。

图4是图3叶片夹紧机构的剖视图。

图5是图3刀头升降机构的主视图。

图中：1叶盆，2叶背，3气动打磨头，4标准叶片，5等腰轴承组，6仿形运动轨迹弧面，7座板，8刀头升降机构，9仿形模板转盘，10叶片夹紧机构，11导轨，12叶片顶紧螺杆，13定位销，14燕尾槽，15T形夹头，16顶杆，17复位弹簧，18限位板，19螺杆，20立板，21上升降滑块，22下升降滑块，23螺钉，24弹簧，25背紧螺母，26锁紧螺杆，27导轨槽，28微调螺栓,29导轨座，31限位立柱。

具体实施例方式

参阅图1、图2。发动机转子叶片型面修复装置主要由连接机构、仿形机构、导轨控制机构、叶片夹持机构、刀头升降机构、刀头以及量表等组成。以下以叶盆打磨为例说明，叶背打磨类似。压气机转子叶片叶盆1任一点厚度均不相同，叶尖至叶根由不同截面堆叠而成，每个截面是由不同坐标点连线而成的形貌。所述航空发动机转子叶片型面修复装置，具体包括如下步骤：首先利用三坐标测量仪对标准叶片4作微米级测量，依据测量参数作出叶片叶盆1标准打磨轨迹。利用仿形原理，将标准打磨轨迹经仿形放大，可以得到仿形模板转盘9修磨的仿形运动轨迹弧面6。用两个对称中心轴线的轴承和中心轴承支撑控制仿形模板转盘9仿形运动轨迹6，当外力带动仿形装置上的仿形模板转盘9运动时，仿形模板转盘9通过位于它仿形运动轨迹弧面6上方弧形滑槽轴线的等腰轴承组5，在两个支撑轴承之间按修磨轨迹做摆线运动，固定在叶片夹紧机构10上边的叶片随之与气动打磨头3做相对摆动运动，实现对叶片叶盆1的仿形打磨。

参阅图3、图4。发动机转子叶片型面的修复装置包括固定在座板7的仿形机构和刀头升降机构8，其中，仿形机构包括固联在仿形模板转盘9扇形面小端中心的叶片夹紧机构10、以等腰三角形分布在导轨11上的两个轴承和位于导轨槽27中的中心轴承组成的等腰轴承组5、分别固定在导轨11纵向两端的限位立柱31和限位立柱31上伸入仿形模板转盘9大端扇形厚度向矩形榫槽的微调螺栓28。叶片夹紧机构10包括叶片顶紧螺杆12和通过T形夹头15的中心台阶孔连接套装有复位弹簧17的顶杆16，其中叶片顶紧螺杆12拧紧压缩顶杆16，顶杆16通过定位销13将放入在T形夹头15轴端燕尾槽14内的待修叶片榫头夹持固定在燕尾槽14内，完成对叶片的中心定位。仿形机构通过导轨座29固联在座板7的板体上，叶片夹紧机构10固连在仿形模板转盘9上，仿形模板转盘9在外力的作用下，通过其上摆槽的中心轴承5沿作导轨11做来回摆动时，待修叶片也随之被带动起来做来回摆线运动，运动轨迹恰好与标准叶片运动轨迹相符。

参阅图5。刀头升降机构8包括通过螺钉固定于连接机构座板7上的Z形立板20，Z形立板20对称于螺杆19两边，两边Z形立板20之间固联有限位板18，Z形立板20内侧制有滑轨和在滑轨运动的上升降滑块21、下升降滑块22，螺杆19通过背紧螺母25、限位板18丝母螺孔和弹簧24固联下升降滑块22，气动打磨头3装置于上升降滑块21、下升降滑块22Ｖ形槽之间。气动打磨头3被夹持在上升降滑块21、下升降滑块22的V型槽之间，按叶尖打磨宽度调整刀头伸长量后，旋紧螺钉23将上下V型块锁紧，完成气动打磨头的固定夹持。打磨开始之前气动打磨头3位于图2所示叶片上方。打磨时，旋动背紧螺母25，带动螺杆19压缩弹簧24，拉动上升降滑块21、下升降滑块22在Z形立板20中下移，气动打磨头3也随之实现垂直方向上的下降运动，下降位移可通过置于上升降滑块21顶端的千分表指示，实现0.001mm精度控制。当打磨头3开始切削待修理叶片时，旋紧锁紧螺杆26防止上升降滑块21、下升降滑块22在立板20内上下滑动，摆动仿形模板转盘9，此时刀头开始对叶片进行打磨。当打磨头3不能切削叶片时，拧松锁紧螺杆26，旋动背紧螺母25，打磨头3再次下降，锁紧螺杆26，带动仿形模板转盘9来回摆动，重新开始打磨叶片叶盆，完成叶片第二次修型过程。如此往复多次后，方可实现叶片原始形貌恢复。修型完成后反方向旋动背紧螺母25，弹簧24推动上升降滑块21、下升降滑块22向上运动，促使打磨头3回位初始位置。旋松叶片顶紧叶片顶紧螺杆12，取下叶片，完成整个叶盆修磨过程。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，或者，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种发动机转子叶片型面的修复方法，其特征在于包括如下步骤：根据发动机转子叶片叶盆（1）与叶背（2）任一点厚度均不相同，叶尖至叶根由不同截面堆叠而成的形状特征，首先利用三坐标测量仪对标准叶片（4）作微米级测量，作出标准叶片修磨轨迹的仿形装置，其次，用两个中心轴线对称的中心轴承支撑控制仿形模板转盘（9）仿形运动轨迹的弧面，当外力带动仿形装置上的仿形模板转盘运动时，仿形模板转盘（9）通过位于它仿形运动轨迹弧面（6）上方弧形滑槽轴线等腰轴承组（5）,在两个支撑中心轴承之间按修磨轨迹做摆线运动，固定在叶片夹紧机构（10）上边的叶片随之与气动打磨头（3）做相对摆动运动，实现对叶片的叶盆（1）或叶背（2）进行仿形打磨。

2.一种实施权利要求1所述方法的发动机转子叶片型面修复装置，包括固定在座板（7）的仿形机构和刀头升降机构（8），其特征在于：所述仿形机构包括固联在仿形模板转盘（9）扇形面小端中心的叶片夹紧机构（10）、以等腰三角形分布在导轨（11）导轨槽中的等腰轴承组（5）、分别固定在导轨（11）纵向两端的立柱和立柱上伸入仿形模板转盘（9）大端扇形厚度向矩形榫槽的微调螺栓。

3.如权利要求2所述的发动机转子叶片型面的修复装置，其特征在于：刀头升降机构（8）包括通过螺钉固定于座板（7）上的Z形立板（20），Z形立板（20）对称于螺杆（19）两边，两边Z形立板（20）之间固联有限位板（18）。

4.如权利要求3所述的发动机转子叶片型面的修复装置，其特征在于：Z形立板（20）内侧制有滑轨和在滑轨运动的上升降滑块（21）、下升降滑块（22），螺杆（19）通过背紧螺母（25）、限位板（18）丝母螺孔和弹簧（24）固联下升降滑块（22），气动打磨头（3）装置于上升降滑块（21）、下升降滑块（22）Ｖ形槽之间。

5.如权利要求2所述的发动机转子叶片型面的修复装置，其特征在于：叶片夹紧机构（10）包括叶片顶紧螺杆（12）和通过T形夹头（15）的中心台阶孔连接套装有复位弹簧（17）的顶杆（16），其中叶片顶紧螺杆（12）拧紧压缩顶杆（16），顶杆（16）通过定位销（13）将放入在T形夹头（15）轴端燕尾槽（14）内的待修叶片榫头夹持固定在燕尾槽（14）内，完成对叶片的中心定位。

6.如权利要求2所述的发动机转子叶片型面的修复装置，其特征在于：打磨时，旋动背紧螺母（25），带动螺杆（19）压缩弹簧（24），拉动上下V形块在Z形立板（20）中下移，气动打磨头（3）也随之实现垂直方向上的下降运动，下降位移通过置于上Ｖ形块（21）顶端的千分表指示，实现0.001mm精度控制。

7.如权利要求2所述的发动机转子叶片型面的修复装置，其特征在于：当打磨头（3）开始切削待修理叶片时，旋紧锁紧螺杆（26）防止上升降滑块（21）、下升降滑块（22）在立板（20）内上下滑动，摆动仿形模板转盘（9），此时刀头开始对叶片进行打磨。

8.如权利要求2所述的发动机转子叶片型面的修复装置，其特征在于：打磨叶片叶盆时，当打磨头（3）不能切削叶片时，拧松锁紧螺杆（26），旋动背紧螺母（25），打磨头（3）再次下降，然后拧紧锁紧螺杆（26），带动仿形模板转盘（9）来回摆动，重新开始打磨叶片叶盆，完成叶片第二次修型过程，如此往复多次。

9.如权利要求2所述的发动机转子叶片型面的修复装置，其特征在于：修型完成后反方向旋动背紧螺母（25），弹簧（24）推动上升降滑块（21）、下升降滑块（22）向上运动，促使打磨头（3）回位初始位置。

10.如权利要求1所述的发动机转子叶片型面的修复方法，其特征在于：发动机转子叶片型面修复装置由连接机构、仿形机构、导轨控制机构、叶片夹持机构、刀头升降机构、刀头以及量表组成。