CN109945756A - 一种涡轮盘榫齿倾角测算工装及测算方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种涡轮盘榫齿倾角测算工装及测算方法，涡轮盘榫齿倾角测算工装包括轮廓仪、涡轮盘夹具、夹具限位挡杆，轮廓仪包括轮廓仪基座和可移动的轮廓仪测针，夹具限位挡杆固定置于轮廓仪基座上，涡轮盘夹具的上方设置用于夹持涡轮盘的夹持槽，涡轮盘夹具的底端与夹具限位挡杆滑动配合，使用时涡轮盘立于夹持槽内使得待测涡轮盘的中心轴线与夹具限位挡杆平行，轮廓仪测针与夹具限位挡杆垂直设置使得轮廓仪测针的测头可伸入榫齿槽与榫齿的弧形顶面接触，量块与轮廓仪的精度都非常高，因此测得的数据精准可靠。

Description

一种涡轮盘榫齿倾角测算工装及测算方法

技术领域

本发明涉及涡轮盘测量技术领域，特别是一种涡轮盘榫齿倾角测算工装及测算方法。

背景技术

航空发动机用涡轮盘作为航空发动机的重要零件，涡轮盘1外圆周一般由近百组形状相同的榫齿槽构成，其常用的连接方式为枞树型，各榫齿槽11由多个大小不一的榫齿12组成，各榫齿12沿轴向为倾斜设置，轴向上的榫齿前端与榫齿后端之间的倾角一般为10°～20°，即榫齿前端沿径向的高度低于榫齿后端沿径向的高度，榫齿槽由榫齿拉刀加工获得，单个榫齿12的截面近似呈梯形，加工时主要是对前倾斜面13、后倾斜面14和弧形顶面15的加工，正是由于榫齿12倾斜设置，其装配后扣合紧实，因此榫齿前端与榫齿后端之间倾角的尺寸精度对后续的装配起着关键作用，因此涡轮盘上榫齿的倾角精度检测是判断其加工参数是否符合发动机性能要求的重要依据。

中国专利申请公布号为CN106643596A的中国专利申请中，公开了一种涡轮盘榫槽测量用转接装置及测量系统，通过设计与涡轮盘上的榫槽配合的转接器榫头，将被测榫槽位置度转换到容易测量的转接装置上，即通过测量转接装置相对涡轮盘的位置度，间接测量涡轮盘榫槽位置度是否合格，上述设计结构复杂且为间接测量，精度较低；设计一种结构简单、精度较高的涡轮盘榫齿倾角测算工装及测算方法是本领域技术人员急需解决的技术问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单、精度较高的涡轮盘榫齿倾角测算工装及测算方法。

为解决上述技术问题，本发明提供的涡轮盘榫齿倾角测算工装，包括轮廓仪、涡轮盘夹具、夹具限位挡杆，所述轮廓仪包括轮廓仪基座和可移动的轮廓仪测针，所述夹具限位挡杆固定置于所述轮廓仪基座上，所述涡轮盘夹具的上方设置用于夹持涡轮盘的夹持槽，所述涡轮盘夹具的底端与所述夹具限位挡杆滑动配合，使用时涡轮盘立于夹持槽内使得待测涡轮盘的中心轴线与夹具限位挡杆平行，轮廓仪测针与夹具限位挡杆垂直设置使得轮廓仪测针的测头可伸入榫齿槽与榫齿的弧形顶面接触。

进一步，所述涡轮盘夹具包括夹具底座，所述夹具底座上设置左立撑、中立撑和右立撑，所述右立撑与中立撑之间形成夹持槽，所述左立撑与所述中立撑之间形成内凹槽，所述夹持槽的宽度与涡轮盘的轴向高度相适配，以使涡轮盘可立于夹持槽内。

进一步，所述涡轮盘夹具还包括夹紧螺杆，所述中立撑、左立撑上设置与所述夹紧螺杆相适配的螺孔，以使涡轮盘置于夹持槽内时由夹紧螺杆顶紧固定。

进一步，所述夹具限位挡杆包括一体设置的纵向挡杆和横向挡杆，以使所述夹具限位挡杆呈L型，所述夹具底座的一侧与所述纵向挡杆抵接，以使所述涡轮盘夹具可沿纵向挡杆移动。

进一步，涡轮盘榫齿倾角测算工装还包括用于限定涡轮盘夹具轴向位移的量块，所述量块的尺寸不超过涡轮盘的轴向高度，所述量块可置于夹具底座与横向挡杆之间。

上述涡轮盘榫齿倾角测算工装的测算方法，包括如下步骤：

A、将涡轮盘立在夹持槽内，拧紧夹紧螺杆对涡轮盘进行限位。

B、将涡轮盘夹具置于轮廓仪基座上，使得夹具底座的一侧紧靠纵向挡杆，夹具底座的尾端紧靠横向挡杆，且涡轮盘的中心轴线与纵向挡杆平行。

C、启动轮廓仪使得轮廓仪测针与纵向挡杆垂直，将轮廓仪测针移动至轮廓仪测针沿横向挡杆方向伸入榫齿槽，由轮廓仪测针前端的测头与待测榫齿前端的弧形顶面接触，保持轮廓仪测针在涡轮盘轴向的位置不变，沿径向移动轮廓仪测针使得测头在弧形顶面移动，以测得榫齿前端弧形顶面的轮廓ARC1。

D、保持轮廓仪测针在涡轮盘轴向的位置不变，沿纵向挡杆移动涡轮盘夹具使得量块置于涡轮盘夹具后端与横向挡杆之间，由涡轮盘夹具紧贴量块、量块紧贴横向挡杆，即涡轮盘在轴向上移动的距离为量块的尺寸，此时待测榫齿的后端置于轮廓仪测针处。

E、沿横向挡杆方向移动轮廓仪测针使得轮廓仪测针伸入榫齿槽，由轮廓仪测针前端的测头与待测榫齿后端的弧形顶面接触，保持轮廓仪测针在涡轮盘轴向的位置不变，沿横向挡杆方向移动轮廓仪测针使得测头在弧形顶面移动，以测得榫齿后端弧形顶面的轮廓ARC2。

F、由轮廓仪选取出榫齿前端弧形顶面轮廓ARC1的高点P1、榫齿后端弧形顶面轮廓ARC2的高点P2，并计算出P1与P2之间的差值L1，该差值L1即为榫齿前端与榫齿后端之间在竖直方向上的高度差，量块的尺寸L2即为榫齿前端与榫齿后端之间在轴向上的长度差，根据L1、L2的反正切函数即可计算出榫齿前端与榫齿后端之间的倾斜角。

发明的技术效果：（1）本发明的涡轮盘榫齿倾角测算工装，相对于现有技术，利用轮廓仪可进行精确绘制曲面轮廓的功能，同时通过移动涡轮盘夹具克服了轮廓仪测针无法同时在多个维度移动的缺陷，使得测头可精确对榫齿前端弧形顶面轮廓、榫齿后端弧形顶面轮廓进行测量，并利用轮廓仪可找出曲线高点的特性，计算出榫齿前端与榫齿后端之间在竖直方向上的高度差，再利用量块作为榫齿前端与榫齿后端之间在轴向上的长度差，两者结合即可计算出榫齿前端与榫齿后端之间的倾斜角，量块与轮廓仪的精度都非常高，因此测得的数据精准可靠；（2）采用涡轮盘夹具和纵向挡杆相配合，使得涡轮盘移动时进需要沿纵向挡杆滑动即可，移动方便，易于操作，可提高测量效率。

附图说明

下面结合说明书附图对本发明作进一步详细说明：

图1是涡轮盘榫齿倾角测算工装测量榫齿前端时的立体结构示意图；

图2是图1的正视图；

图3是图1的俯视图；

图4是图2中A区域的局部放大图；

图5是涡轮盘榫齿倾角测算工装测量榫齿后端时的立体结构示意图；

图6是图5的俯视图；

图7是轮廓仪测出的榫齿前端弧形顶面轮廓ARC1、榫齿后端弧形顶面轮廓ARC2的示意图。

图中：涡轮盘1，榫齿槽11，榫齿12，前倾斜面13，后倾斜面14，弧形顶面15，轮廓仪基座2，涡轮盘夹具3，左立撑31，中立撑32，右立撑33，内凹槽34，夹持槽35，夹具底座36，夹紧螺杆4，轮廓仪测杆5，轮廓仪测针51，测头52，夹具限位挡杆6，纵向挡杆61，横向挡杆62，量块7。

具体实施方式

实施例1

本实施例的涡轮盘榫齿倾角测算工装，如图1至图6所示，包括轮廓仪、涡轮盘夹具3和夹具限位挡杆6，轮廓仪包括轮廓仪基座2和可移动的轮廓仪测针51，轮廓仪测针51的尾端由轮廓仪测杆5驱动其移动，轮廓仪测针51的前端设置测头52，具体可采用德国马尔公司的MarSurf XC2型轮廓仪，其测针分辨率可达到0.25um/175mm测杆，系统分辨率为0.04um，轮廓取点的距离为0.07um，可满足高精度测量的需要。

轮廓仪基座2上固定设置一夹具限位挡杆6，该夹具限位挡杆6包括一体成型且相互垂直设置的纵向挡杆61和横向挡杆62，以使夹具限位挡杆6呈L型，以纵向挡杆61的延伸方向为Y轴，横向挡杆延伸方向62的为X轴，轮廓仪测针51的升降方向为Z轴。

涡轮盘夹具3包括夹紧螺杆4和夹具底座36，夹具底座36上设置左立撑31、中立撑32和右立撑33，右立撑33与中立撑32之间形成夹持槽35，左立撑31与中立撑32之间形成内凹槽34，以使涡轮盘夹具3整体呈山字形，夹持槽35的宽度与待测涡轮盘1的轴向高度相适配，以使涡轮盘1可立于夹持槽35内，中立撑32、左立撑31上设置与夹紧螺杆4相适配的螺孔，以使涡轮盘1置于夹持槽35内时由夹紧螺杆4顶紧固定。

为直接对涡轮盘夹具3的轴向移动长度进行测定，涡轮盘榫齿倾角测算工装还包括用于限定涡轮盘夹具3轴向位移的量块7，量块7的尺寸不超过涡轮盘1的轴向高度，例如待测定的涡轮盘1的轴向高度为20mm，榫齿倾角的设计要求为10.0º±0.05º，因此选用的量块7为尺寸为15mm的四等量块，涡轮盘夹具3移动后量块7可置于夹具底座36与横向挡杆62之间，便于标定涡轮盘夹具3的移动距离。

使用时涡轮盘1立于夹持槽35内使得待测涡轮盘1的中心轴线与夹具限位挡杆6的纵向挡杆61平行，轮廓仪测针51与夹具限位挡杆6的纵向挡杆61垂直设置使得轮廓仪测针51的测头52可伸入榫齿槽11与榫齿12的弧形顶面15接触。

实施例2

上述涡轮盘榫齿倾角测算工装的测算方法，包括如下步骤：

A、将涡轮盘1立在夹持槽35内，拧紧夹紧螺杆4对涡轮盘1进行限位，使得涡轮盘1立于夹持槽35内，由中立撑32、右立撑33的侧壁与涡轮盘1的两端接触。

B、将涡轮盘夹具3置于轮廓仪基座2上，使得夹具底座36的一侧紧靠纵向挡杆61，夹具底座36的尾端紧靠横向挡杆62，此时涡轮盘1的中心轴线与纵向挡杆61平行。

C、启动轮廓仪使得轮廓仪测针51与纵向挡杆61垂直，将轮廓仪测针51移动至轮廓仪测针51沿横向挡杆62方向（即X轴方向）伸入榫齿槽11，由轮廓仪测针51前端的测头52与待测榫齿12前端（即Y轴方向的前端）的弧形顶面15接触，保持轮廓仪测针51在涡轮盘1轴向（即Y轴方向）的位置不变，沿横向挡杆62方向即X轴方向移动轮廓仪测针51使得测头52在弧形顶面15移动，以测得榫齿12前端弧形顶面15的轮廓ARC1，操作可参考图1至图4所示。

D、保持轮廓仪测针51在涡轮盘1轴向（即Y轴方向）的位置不变，沿纵向挡杆61方向（即Y轴方向）移动涡轮盘夹具3使得量块7置于涡轮盘夹具3前端与横向挡杆62之间，由涡轮盘夹具3紧贴量块7、量块7紧贴横向挡杆62，即涡轮盘3在轴向上移动的距离为量块7的尺寸，此时待测榫齿12的后端置于轮廓仪测针51处。

E、沿横向挡杆62方向（即X轴方向）移动轮廓仪测针51使得轮廓仪测针51伸入榫齿槽11，由轮廓仪测针51前端的测头52与待测榫齿11后端的弧形顶面15接触，保持轮廓仪测针51在涡轮盘1轴向的位置不变，沿横向挡杆62方向移动轮廓仪测针51使得测头52在弧形顶面15上移动，以测得榫齿12后端弧形顶面15的轮廓ARC2，如图5至图6所示。

F、由轮廓仪选取出榫齿前端弧形顶面轮廓ARC1的高点P1、榫齿后端弧形顶面轮廓ARC2的高点P2，并计算出P1与P2之间的差值L1，该差值L1即为榫齿前端与榫齿后端之间在竖直方向上的高度差，量块7的尺寸L2即为榫齿前端与榫齿后端之间在轴向上的长度差，根据L1、L2的反正切函数即可计算出榫齿前端与榫齿后端之间的倾斜角，如图7所示。

在轮廓仪的绘图软件上可直接将两次测得的数据打开并合并显示，利用绘图软件中寻找高点的命令找出圆弧ARC1、ARC2的高点P1、P2并计算出两者之间的距离差为2.65789mm，利用该值除以量块的量程15mm，再利用反正切函数测算出角度为10.04809º，即为涡轮盘的榫齿倾角，该榫齿倾角的设计要求为10.0º±0.05º，因此该榫齿倾角符合设计要求。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的精神所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (6)

1.一种涡轮盘榫齿倾角测算工装，其特征在于，包括轮廓仪、涡轮盘夹具、夹具限位挡杆，所述轮廓仪包括轮廓仪基座和可移动的轮廓仪测针，所述夹具限位挡杆固定置于所述轮廓仪基座上，所述涡轮盘夹具的上方设置用于夹持涡轮盘的夹持槽，所述涡轮盘夹具的底端与所述夹具限位挡杆滑动配合，使用时涡轮盘立于夹持槽内使得待测涡轮盘的中心轴线与夹具限位挡杆平行，轮廓仪测针与夹具限位挡杆垂直设置使得轮廓仪测针的测头可伸入榫齿槽与榫齿的弧形顶面接触。

2.根据权利要求1所述的涡轮盘榫齿倾角测算工装，其特征在于，所述涡轮盘夹具包括夹具底座，所述夹具底座上设置左立撑、中立撑和右立撑，所述右立撑与中立撑之间形成夹持槽，所述左立撑与所述中立撑之间形成内凹槽，所述夹持槽的宽度与涡轮盘的轴向高度相适配，以使涡轮盘可立于夹持槽内。

3.根据权利要求2所述的涡轮盘榫齿倾角测算工装，其特征在于，所述涡轮盘夹具还包括夹紧螺杆，所述中立撑、左立撑上设置与所述夹紧螺杆相适配的螺孔，以使涡轮盘置于夹持槽内时由夹紧螺杆顶紧固定。

4.根据权利要求2或3所述的涡轮盘榫齿倾角测算工装，其特征在于，所述夹具限位挡杆包括一体设置的纵向挡杆和横向挡杆，以使所述夹具限位挡杆呈L型，所述夹具底座的一侧与所述纵向挡杆抵接，以使所述涡轮盘夹具可沿纵向挡杆移动。

5.根据权利要求4所述的涡轮盘榫齿倾角测算工装，其特征在于，还包括用于限定涡轮盘夹具轴向位移的量块，所述量块的尺寸不超过涡轮盘的轴向高度。

6.根据权利要求5所述的涡轮盘榫齿倾角测算工装的测算方法，其特征在于，包括如下步骤：

A、将涡轮盘立在夹持槽内，拧紧夹紧螺杆对涡轮盘进行限位；

B、将涡轮盘夹具置于轮廓仪基座上，使得夹具底座的一侧紧靠纵向挡杆，夹具底座的尾端紧靠横向挡杆，且涡轮盘的中心轴线与纵向挡杆平行；

C、启动轮廓仪使得轮廓仪测针与纵向挡杆垂直，将轮廓仪测针移动至轮廓仪测针沿横向挡杆方向伸入榫齿槽，由轮廓仪测针前端的测头与待测榫齿前端的弧形顶面接触，保持轮廓仪测针在涡轮盘轴向的位置不变，沿径向移动轮廓仪测针使得测头在弧形顶面移动，以测得榫齿前端弧形顶面的轮廓ARC1；

D、保持轮廓仪测针在涡轮盘轴向的位置不变，沿纵向挡杆移动涡轮盘夹具使得量块置于涡轮盘夹具后端与横向挡杆之间，由涡轮盘夹具紧贴量块、量块紧贴横向挡杆，即涡轮盘在轴向上移动的距离为量块的尺寸，此时待测榫齿的后端置于轮廓仪测针处；

E、沿横向挡杆方向移动轮廓仪测针使得轮廓仪测针伸入榫齿槽，由轮廓仪测针前端的测头与待测榫齿后端的弧形顶面接触，保持轮廓仪测针在涡轮盘轴向的位置不变，沿横向挡杆方向移动轮廓仪测针使得测头在弧形顶面移动，以测得榫齿后端弧形顶面的轮廓ARC2；

F、由轮廓仪选取出榫齿前端弧形顶面轮廓ARC1的高点P1、榫齿后端弧形顶面轮廓ARC2的高点P2，并计算出P1与P2之间的差值L1，该差值L1即为榫齿前端与榫齿后端之间在竖直方向上的高度差，量块的尺寸L2即为榫齿前端与榫齿后端之间在轴向上的长度差，根据L1、L2的反正切函数即可计算出榫齿前端与榫齿后端之间的倾斜角。