CN109531195B - 一种针对风扇叶片组合的模拟装配和车加工的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种针对风扇叶片组合的模拟装配和车加工的装置，包括：底座、内定位环、外定位环、支撑环、压钩、挡板、横梁、小端压板、大端压板、销轴、压紧螺栓Ⅰ、压紧螺栓Ⅱ；所述内定位环安装在底座上端面的内圈处，所述外定位环安装在底座上端面的外圈处，所述支撑环安装在底座上端面的外圈处，所述压钩装配在挡板及外定位环中，所述挡板安装在底座外圈，所述小端压板和大端压板通过销轴安装在横梁的两端，所述横梁通过压紧螺栓Ⅰ和压紧螺栓Ⅱ安装在底座上。叶片在加工装置中的装配模拟最终在发动机中的装配关系，可以根据生产实际需要在加工装置中灵活调整叶片数量，以满足叶片加工圆弧型面的精度要求，保证叶片加工的一致性，大大提高生产效率。

Description

一种针对风扇叶片组合的模拟装配和车加工的装置

技术领域

本发明涉及一种航空发动机的风扇静子叶片的加工领域，特别提供一种针对风扇叶片组合的模拟装配和车加工的装置。

背景技术

叶片是航空发动机的核心部件之一，它的曲面形状和制造精度直接决定了飞机发动机的推进效率的大小。叶片安装板是叶片上与叶身圆滑转接形成通道的部分，它是叶片与机匣相连接和配合的部位，装配中必须保证安装板两内侧面分别与发动机气道内外环齐平，保证气道通畅。安装板加工精度直接决定叶片与机匣的装配精度，从而影响发动机的工作状态。由于安装板的型面相对较复杂，加工精度和表面完整性要求较高，因此安装板的加工工艺始终是叶片加工工艺的重中之重。

一种航空发动机的风扇静子叶片材料为钛合金，叶片下安装板的径向型面均为圆弧形，与机匣的静子内环相配合，沿圆周分布48片或68片叶片(不同级叶片数量不同)。其尺寸精度及形位公差要求较高，最小公差只有0.025mm，与内环的配合面对上安装板的配合面的同轴度要求不大于0.03mm。由于叶片叶身型面复杂，传统的加工方法是先对单个叶片浇注低熔点合金方箱，再利用方箱在夹具上定位后车削加工安装板型面，每次只能加工6至12件叶片，加工后还要加热去除合金方箱，由于低熔点合金为锡铋合金，脱方箱后还要进行去污染处理，叶片需要在厂际间流转，工艺路线长，生产效率低，夹具结构较复杂，制造精度要求高，成本高，严重制约生产进度。

发明内容

本发明针对航空发动机静子叶片安装板的加工效率低，加工精度难以保证的现状，改变工艺方法，提供一种针对风扇叶片组合的模拟装配和车加工的装置，叶片在工艺装置中的装配模拟最终在发动机中的装配关系，每次加工的叶片数量可以根据生产实际需要在工艺装置中进行灵活调整，最多可以一次装配整台份的单级风扇静子叶片，整体进行加工，以满足叶片加工圆弧型面的精度要求，保证叶片加工的一致性，大大提高生产效率。也可以利用定位件和压紧件的调整，用同一套工艺装置加工少量叶片备件，因此该装置具有较大的灵活性。

本发明通过模拟叶片在发动机中的装配关系，改变原浇注合金方箱的工艺路线，将整台份发动机的单级风扇静子叶片通过专用加工装置的内、外定位环、支撑环定位，利用径向以及轴向的压紧机构压紧叶片，使叶片在加工装置中装配为叶片环，再把它们作为一个整体进行下安装板的车削加工。这样既能满足叶片加工圆弧型面的精度要求，而且可以一次加工整台份的单级风扇静子叶片，保证了叶片加工的一致性，大大提高了生产效率。同时，该装置通过在底座上设计不同的定位接口，叶片两侧的定位和压紧装置可以灵活更换位置，实现叶片加工数量的可调整，具有较大的灵活性。

为保证静子叶片的加工精度要求，必须合理选择叶片的定位基准，合理选择压紧方式，同时为方便加工过程中的在线测量，加工装置的定位基准与测量基准要合理协调和选定。加工装置采用径向、轴向及侧面三套定位装置以及三套对应的压紧机构保证叶片装配符合在发动机中的装配要求，定位准确，装卸方便。加工装置中包含测量装置保证叶片加工过程中的在线测量。

本发明的技术方案是：一种针对风扇叶片组合的模拟装配和车加工的装置，包括：底座1、内定位环2、外定位环3、支撑环4、压钩8、挡板9、横梁10、小端压板11、大端压板12、销轴13、压紧螺栓Ⅰ19、压紧螺栓Ⅱ20；所述内定位环2安装在底座1上端面的内圈处，所述外定位环3安装在底座1上端面的外圈处，所述支撑环4安装在底座1上端面的外圈处，所述压钩8装配在挡板9及外定位环3中，所述挡板9安装在底座1外圈，所述小端压板11和大端压板12通过销轴13安装在横梁10的两端，所述横梁10通过压紧螺栓Ⅰ19和压紧螺栓Ⅱ20安装在底座1上。

优选的，所述针对风扇叶片组合的模拟装配和车加工的装置还包括侧定位块5、顶块6、支座7、圆柱销21、菱形销22、螺钉24、导向销25；所述侧定位块5上装配有圆柱销21和菱形销22，所述圆柱销21和菱形销22与侧定位块5过盈配合，所述侧定位块5通过圆柱销21、菱形销22及螺钉安装在底座1上，并与底座1间隙配合；所述顶块6通过螺钉24及两个导向销25安装在支座7上；所述支座7上装配有圆柱销21和菱形销22，所述圆柱销21和菱形销22与支座7过盈配合，所述支座7通过两个圆柱销21、菱形销22及螺钉安装在底座1上，并与底座1间隙配合。

优选的，所述针对风扇叶片组合的模拟装配和车加工的装置还包括四个测量块14，所述测量块14安装在底座1上。

优选的，所述小端压板11和大端压板12的压紧面安装有聚氨酯橡胶材料的小端垫块15及大端垫块16。

本发明具有以下有益的效果：

本发明中由于叶片在专用工艺装置中的装配模拟最终的发动机的装配关系，定位压紧更加合理和可靠，同一台份叶片一次加工完成，因此加工精度高，一致性好，叶片变形小，满足了叶片的加工精度要求，提高了生产效率几十倍。

附图说明

图1为叶片的主视图；

图2为叶片的俯视图；

图3为图1的Q处放大图；

图4为叶片的装配结构图；

图5为本发明的主视图；

图6为本发明的俯视图；

图7为本发明中外定位环结构图；

图8为本发明中工艺台压紧机构结构图；

图9为本发明中安装板压紧机构结构图；

图10为本发明中底座结构图；

图11为本发明中侧定位块结构图；

图12为本发明中底座放大图；

图13为装配24片叶片的装配图；

图14为装配36片叶片的装配图；

图15为装配48片叶片(整圈)的装配图；

图中：1、底座；2、内定位环；3、外定位环；4、支撑环；5、侧定位块；6、顶块；7、支座；8、压钩；9、挡板；10、横梁；11、小端压板；12、大端压板；13、销轴；14、测量块；15、小端垫块；16、大端垫块；17、螺母；18、弹簧；19、压紧螺栓Ⅰ；20、压紧螺栓Ⅱ；21、圆柱销；22、菱形销；23、叶片；24、螺钉；25、导向销。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细描述。

为了满足叶片的加工精度要求，必须合理选择叶片的工艺基准。如图1-3，根据叶片在机匣中的装配关系，选取叶片的A1、A2做为径向定位基准，B1、B2做为轴向定位基准，C1、C2为侧面定位基准，压紧相对应的G、H、Q面，顶紧D1、D2面。这样叶片在装配于专用工艺装置中时各方向的自由度就都被限制住了。图4是一级风扇叶片在发动机机匣中的装配状态，每台发动机有48片一级风扇叶片。

如图5、6，为了保证叶片23加工后的一致性，叶片23在加工装置中的装配位置必须模拟叶片23工作中的装配位置。加工装置以底座1为基体，内定位环2通过8个沿周均布的M10的螺钉及2个个圆柱销安装在底座1上端面的内圈处，利用内定位环2端面定位叶片23定位基准B2面，外定位环3通过12个沿周均布的M10的螺钉及2个圆柱销安装在底座1上端面的外圈处，利用外定位环3的内环面定位叶片23上安装板的A1、A2径向基准，图7是外定位环3的结构图。支撑环4通过12个沿周均布的M10的螺钉及2个圆柱销安装在底座1上端面的外圈处，利用支撑环4端面定位叶片23定位基准B1面，侧定位块5(图11)上装配有圆柱销21及菱形销22，两个销子与侧定位块5过盈配合，侧定位块5通过2个销子21及22与1个螺钉安装在底座1上，并与底座1间隙配合，可以随时拆卸。利用侧定位块5定位叶片23侧面定位基准C1、C2面。顶块6通过螺钉24及2个导向销25安装在支座7上，螺钉24控制顶块6的前后运动以顶紧叶片23的D1、D2面，实现侧面压紧叶片23。支座7上也装配有圆柱销21及菱形销22，两个销子与支座7过盈配合，支座7通过2个销子21及22与1个螺钉安装在底座1上，并与底座1间隙配合，也可以随时拆卸。利用装配在挡板9及外定位环3中的压钩8压紧叶片23的G面，如图8，实现径向压紧，外定位环3与压钩8孔轴间隙配合以保证压紧位置准确，挡板9通过2个螺栓安装在底座1的外圈。利用横梁10，小端压板11，大端压板12及压紧螺栓Ⅰ19、压紧螺栓Ⅱ20等组件压紧叶片H、Q面，如图9，实现叶片23的轴向压紧，小端压板11和大端压板12通过销轴13安装在横梁10的两端，为防止压伤叶片23表面，在小端压板11及大端压板12的压紧面安装聚氨酯橡胶材料的小端垫块15及大端垫块16，实现柔性压紧，为实现压紧稳定，同时为解决悬臂压紧问题，压紧螺栓Ⅰ19、压紧螺栓Ⅱ20从两个叶片23的装配空隙穿出，每套压紧装置同时压紧两个叶片23。

侧定位块5及支座7通过间隙配合的圆柱销21及菱形销22组装在底座1上，其在底座1的位置可以对称调整3处，一处为2件侧定位块5分别安装在底座1的位置3及位置3’处，2件支座7分别安装在底座1的位置1及位置1’处，见图5、6及图12，每次对称装配12片叶片，可以一次完成12个叶片的加工；另一处为2件侧定位块5分别安装在底座1的位置3及位置3’处，2件支座7分别安装在底座1的位置2及位置2’处，见图12及图13，每次对称装配24片叶片，可以一次完成24片叶片的加工；第3处为2件侧定位块5分别安装在底座1的位置4及位置4’处，2件支座7分别安装在底座1的位置2及位置2’处，见图12及图14，每次对称装配36片叶片，可以一次完成36片叶片的加工；加工时为保证工艺装置旋转的平衡性，叶片23必须对称安装，如图5、6，图13，图14，图15。如果加工整台份的叶片则不安装侧定位块5、顶块6及支座7等件，模拟叶片的最终装配状态，专用工艺装置整圈安装48片叶片，侧面靠叶片本体的侧面进行定位和顶紧，见图15，可以一次完成48片叶片的加工。因此，利用本发明装置可以完成4种数量(12片，24片，36片，48片)组合的叶片的加工，具体的叶片加工数量根据生产需要进行调整。为了实现加工过程中的在线测量，设计有4个测量块14用于叶片加工过程中的测量。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种针对风扇叶片组合的模拟装配和车加工的装置，其特征在于，包括：底座(1)、内定位环(2)、外定位环(3)、支撑环(4)、压钩(8)、挡板(9)、横梁(10)、小端压板(11)、大端压板(12)、销轴(13)、压紧螺栓Ⅰ(19)、压紧螺栓Ⅱ(20)；所述内定位环(2)安装在底座(1)上端面的内圈处，所述外定位环(3)安装在底座(1)上端面的外圈处，所述支撑环(4)安装在底座(1)上端面的外圈处，所述压钩(8)装配在挡板(9)及外定位环(3)中，所述挡板(9)安装在底座(1)外圈，所述小端压板(11)和大端压板(12)通过销轴(13)安装在横梁(10)的两端，所述横梁(10)通过压紧螺栓Ⅰ(19)和压紧螺栓Ⅱ(20)安装在底座(1)上；

所述针对风扇叶片组合的模拟装配和车加工的装置还包括侧定位块(5)、顶块(6)、支座(7)、圆柱销(21)、菱形销(22)、螺钉(24)、导向销(25)；所述侧定位块(5)上装配有圆柱销(21)和菱形销(22)，所述圆柱销(21)和菱形销(22)与侧定位块(5)过盈配合，所述侧定位块(5)通过圆柱销(21)、菱形销(22)及螺钉安装在底座(1)上，并与底座(1)间隙配合；所述顶块(6)通过螺钉(24)及两个导向销(25)安装在支座(7)上；所述支座(7)上装配有圆柱销(21)和菱形销(22)，所述圆柱销(21)和菱形销(22)与支座(7)过盈配合，所述支座(7)通过两个圆柱销(21)、菱形销(22)及螺钉安装在底座(1)上，并与底座(1)间隙配合。

2.按照权利要求1所述的一种针对风扇叶片组合的模拟装配和车加工的装置，其特征在于，所述针对风扇叶片组合的模拟装配和车加工的装置还包括四个测量块(14)，所述测量块(14)安装在底座(1)上。

3.按照权利要求1所述的一种针对风扇叶片组合的模拟装配和车加工的装置，其特征在于，所述小端压板(11)和大端压板(12)的压紧面安装有聚氨酯橡胶材料的小端垫块(15)及大端垫块(16)。

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