CN110732918B - 复杂多级锥叶片转静子叶尖测量方法和磨削加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复杂多级锥叶片转静子叶尖测量方法及磨削加工方法，首先利用辅助工具(杠杆千分表和中心对表顶尖)精密找正和确定坐标系基准，在精密数控设备上用杠杆千分表打表测量得到基准平面A、基准圆以及叶尖被测理论点的坐标值，由于精密数控设备定位精度很高，通过数控操作系统可以实现杠杆千分表精准移动至目标点压表测量，并可在机床上记录显示压表目标点的精确坐标，再利用各目标点坐标数据推导公式计算获知锥叶片叶尖的实际尺寸(包括半径和角度)，在一次装夹找正的情况下实现了锥叶片叶尖尺寸的精密测量，解决了现有多级锥叶片转静子件加工过程中的尺寸检测问题。

Description

复杂多级锥叶片转静子叶尖测量方法和磨削加工方法

技术领域

本发明涉及航空发动机叶片测量的技术领域，特别地，涉及一种复杂多级锥叶片转静子叶尖测量方法，另外，还涉及一种复杂多级锥叶片转静子磨削加工方法。

背景技术

航空发动机转静子（即转子和静子）叶型结构复杂，加工难度大，其中尤以锥叶片叶尖的磨削加工为最，通常叶尖尺寸精度要求极高，尺寸不易保证，叶片结构刚性差，磨削过程中会发生避让变形，需要反复测量补偿加工，且锥度叶片叶尖尺寸无法通过通用量具测量，专用测具设计难度大，因此通常采取用“三坐标余量计量法”：先通过三坐标计量仪计量确定余量，再根据余量多少控制砂轮进刀，然后再上三坐标计量仪检验是否合格，不合格则修，如此反复可能需要3~6次计量，弊端突显，具体有以下几点不足：

1、加工效率低；因零件尺寸公差严，叶片刚性较差，磨削时砂轮理论进刀量与实际材料去除量差距大，在已知余量的情况下，也难以进刀合格，为保证尺寸，必须反复计量确定余量，反复进行装夹找正加工，周期长。

2、零件合格率低；转子、静子件精度要求高，加工难度大，零件重复装夹找正失误，砂轮重复对刀失误，计量过程失误，零件反复拆卸磕碰伤，严重影响零件加工质量。

3、设备资源浪费；1）叶片级数多、尺寸多，计量次数多、难度大，计量等待时间长，大量占用计量设备资源；2）为避免砂轮对刀误差，数控磨床在零件计量时需空置不能加工其它零件，造成该关键瓶颈设备资源严重浪费。

发明内容

本发明提供了一种复杂多级锥叶片转静子叶尖测量方法及磨削加工方法，以解决现有多级锥叶片转静子件加工过程中的尺寸测量繁琐、零件需要反复计量和反复装夹找正的技术问题。

根据本发明的一个方面，提供一种复杂多级锥叶片转静子叶尖测量方法，包括以下步骤：

1）将待测工件装夹固定在夹具上，夹具固定在精密数控设备工作台上，建立基准坐标系，

当待测工件为转子时，以转子工件找正精密外圆确定的中心线为Z轴，以转子工件的基准平面或平行于基准平面的支靠面为X轴，建立X-Z坐标系，其中精密外圆外径值为D，精密外圆为基准圆；

当待测工件为静子时，以静子工件找正中心的量环确定的中心线为Z轴，以静子工件的基准平面或平行于基准平面的支靠面为X轴，建立X-Z坐标系，其中量环内径值为D，量环为基准圆；

2）在所述夹具上设置中心对表顶尖，以找正后的中心对表顶尖校正杠杆千分表表头；

3）在精密数控设备上用杠杆千分表打表采集基准平面A上任意一点D1的轴向坐标值Z1、基准圆上任意一点D2的径向坐标值X1，得到工件叶尖被测理论点D3的轴向坐标值Z2=Z1-L-d/2，其中L为工件叶尖被测理论点D3偏移基准平面A的偏移量，L由图纸确定，d为杠杆千分表的表头直径，采集坐标时，测量不同目标点时杠杆千分表的表头打表方向一致；

4）根据步骤3）得到的叶尖被测理论点D3的轴向坐标轴Z2，将杠杆千分表移动至Z2处采集工件叶尖被测理论点D3的径向坐标值X2，则被测工件叶尖半径Y=D/2±|X2-X1|±r×sin a×tan a，其中a为被测工件叶尖的角度，当基准圆半径D/2小于叶尖半径时，|X2-X1|前为“＋”，反之为“-”；转子叶尖r×sin a×tan a前为“-”，静子叶尖为“＋”。

进一步地，还包括测量叶片叶尖的角度，具体方法为：

用杠杆千分表打表采集被测工件叶尖表面任意两点的坐标值（X3，Z3），（X4，Z4），

则被测工件叶尖的角度a=arctan{[|X4-X3|]/|Z4-Z3|}。

进一步地，用杠杆千分表打表采集各目标点的坐标值时，所述杠杆千分表与水平面呈30～60°角。

进一步地，用杠杆千分表打表采集各目标点的坐标值时，所述杠杆千分表表头与被测工件表面接触并向被测工件表面偏移0.001mm。

进一步地，步骤2）中，所述找正的具体步骤为：首先用杠杆千分表压表找正中心对表顶尖的圆柱段，调整中心对表顶尖位置保证其旋转一整圈后杠杆千分表刻度盘读数不大于0.01，再用杠杆千分表检查中心对表顶尖圆锥段跳动不大于0.01。

进一步地，所述杠杆千分表的表头半径不大于1mm。

根据本发明的另一个方面，还提供一种复杂多级锥叶片转静子磨削加工方法，包括以下步骤：

1）将待测工件装夹固定在夹具上，夹具固定在精密数控设备工作台上，建立基准坐标系，

当待测工件为转子时，以转子工件找正精密外圆确定的中心线为Z轴，以转子工件的基准平面或平行于基准平面的支靠面为X轴，建立X-Z坐标系，其中精密外圆外径值为D，精密外圆为基准圆；

当待测工件为静子时，以静子工件找正中心的量环确定的中心线为Z轴，以静子工件的基准平面或平行于基准平面的支靠面为X轴，建立X-Z坐标系，其中量环内径值为D，量环为基准圆；

2）在所述夹具上设置中心对表顶尖，以找正后的中心对表顶尖校正杠杆千分表表头；

3）在精密数控设备上用杠杆千分表打表采集基准平面A上任意一点D1的轴向坐标值Z1、基准圆上任意一点D2的径向坐标值X1，得到工件叶尖被测理论点D3的轴向坐标值Z2=Z1-L-d/2，其中L为工件叶尖被测理论点D3偏移基准平面A的偏移量，L由图纸确定，d为杠杆千分表的表头直径，采集坐标时，测量不同目标点时杠杆千分表的表头打表方向一致；

4）用杠杆千分表打表采集被测工件叶尖表面任意两点的坐标值（X3，Z3），（X4，Z4），

则被测工件叶尖的角度a=arctan{[|X4-X3|]/|Z4-Z3|}；

5）根据步骤3）得到的工件叶尖被测理论点D3的轴向坐标轴Z2，将杠杆千分表移动至Z2处采集叶尖被测理论点D3的径向坐标值X2，则被测工件叶尖半径Y=D/2±|X2-X1|±r×sin a×tan a，其中a为被测工件叶尖的角度，当基准圆半径D/2小于叶尖半径时，|X2-X1|前为“＋”，反之为“-”；转子叶尖r×sin a×tan a前为“-”，静子叶尖为“＋”；

6）根据步骤4）所得到的被测工件叶尖的角度值a补偿修磨砂轮锥度，根据步骤5）所得到的叶尖半径值Y计算加工余量，继续进刀至留加工余量，再按步骤3）至步骤5）测量叶尖半径尺寸，确定余量后继续进刀加工，直至加工至最终尺寸。

进一步地，用杠杆千分表打表采集各目标点的坐标值时，所述杠杆千分表与水平面呈30～60°角。

进一步地，用杠杆千分表打表采集各目标点的坐标值时，所述杠杆千分表表头与叶片工件表面接触并向叶片工件表面偏移0.001mm。

进一步地，步骤2）中，所述找正的具体步骤为：首先用杠杆千分表压表找正中心对表顶尖的圆柱段，调整中心对表顶尖位置保证其旋转一整圈后杠杆千分表刻度盘读数不大于0.01，再用杠杆千分表检查中心对表顶尖圆锥段跳动不大于0.01。

本发明具有以下有益效果：

本发明的复杂多级锥叶片转子叶片叶尖的测量方法，首先利用辅助工具（杠杆千分表和中心对表顶尖）精密找正和确定坐标系基准，在精密数控设备上用杠杆千分表打表测量得到基准平面A、基准圆以及叶尖被测理论点的坐标值，由于精密数控设备定位精度很高，通过数控操作系统可以实现杠杆千分表精准移动至目标点压表测量，并可在机床上记录显示压表目标点的精确坐标，再利用各目标点坐标数据推导公式计算获知锥叶片叶尖的实际尺寸（包括半径和角度），在一次装夹找正的情况下实现了锥叶片叶尖尺寸的精密测量，解决了现有多级锥叶片转静子件加工过程中的尺寸检测问题。

本发明的复杂多级锥叶片转子叶片磨削加工方法，首先利用辅助工具（杠杆千分表和中心对表顶尖）精密找正和确定坐标系基准，在精密数控设备上用杠杆千分表打表测量得到基准平面A、基准圆以及叶尖被测理论点的坐标值，由于精密数控设备定位精度很高，通过数控操作系统可以实现杠杆千分表精准移动至目标点压表测量，并可在机床上记录显示压表目标点的精确坐标，再利用各目标点坐标数据推导公式计算获知锥叶片叶尖的实际尺寸（包括半径和角度），在一次装夹找正的情况下实现了锥叶片叶尖尺寸的精密测量，解决了现有多级锥叶片转静子件加工过程中的尺寸检测问题。根据测量得到的叶尖实际尺寸后可进行补偿加工，避免了反复计量、装夹找正，提高了锥叶片叶尖磨削加工精度和加工效率。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明：

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的复杂多级锥叶片转子的结构示意图；

图2是本发明优选实施例的复杂多级锥叶片静子的结构示意图；

图3是本发明优选实施例的复杂多级锥叶片转子装夹及找正的结构示意图；

图4是本发明优选实施例的复杂多级锥叶片转子在机床上的装夹示意图

图5是用杠杆千分表测量目标点坐标数据的坐标采集示意图；

图6是用杠杆千分表测量工件叶尖上角度坐标采集示意图。

图例说明：

1、轮盘；2、榫槽；3、锥叶片；4、机匣；5、静子锥叶片；6、夹具；6-1、底座；6-2、压板一；6-3、压板二；7、杠杆千分表；8、中心对表顶尖；9、工作台；10、主轴。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。

图1为某型四级锥叶片转子的结构示意图，如图1所示，该转子由一至四级轮盘1连接组成，每级轮盘1盘缘的榫槽2内安装有锥叶片3。

图2为某型多级锥叶片静子的结构示意图，如图2所示，该静子包括机匣4和静子锥叶片5，机匣4为圆柱形或圆锥形薄壁圆筒，锥叶片5安装在机匣4内壁沟槽或榫槽上。

接下来以多级锥叶片转子的叶片叶尖测量和磨削加工为例对本发明的技术方案进行说明，静子的叶片叶尖测量和磨削加工的原理和方法与转子的相同，静子和转子的装夹夹具以及装夹方式相同，均以工件一端安装边进行支撑固定，同时在夹具中心放置中心对表顶尖校正杠杆千分表。区别在于转子的叶片在零件外圆，以找正中心的精密外圆作坐标系参考基准，静子的叶片在零件内孔，以找正中心的量环（内孔对表环）作坐标系参考基准。

实施例1

复杂多级锥叶片转子叶片叶尖的测量方法

本实施例的复杂多级锥叶片转子叶片叶尖的测量方法，包括以下步骤：

1）将转子工件装夹固定在夹具6上；如图3和图4所示，夹具包括底座6-1、压板一6-2和压板二6-3，转子工件安装在底座6-1上，用压板一6-2压紧固定，防止转子工件在加工时受到切削力发生位移。夹具6通过压板或磁力吸附固定在精密数控设备的工作台9上，使工件与机床保持正确相对位置。

建立基准坐标系，以转子工件找正精密外圆确定的中心线为Z轴，以转子工件基准平面或平行于基准平面的支靠面为X轴，建立X-Z坐标系，其中精密外圆外径值为D。精密外圆是转子工件的中心基准，其直径值可用通用量具准确测知。本实施例中的基准坐标系为虚拟的测量坐标系，主要作用是将杠杆千分表采集的以机床坐标系为位置依据的坐标点转换至该基准坐标系内进行计算求值。基准平面A是设计图纸规定用来确定工件其它点、线、面轴向位置的基准平面，工件上的轴向尺寸一般由它标出。

2）在夹具6上设置中心对表顶尖8，以找正后的中心对表顶尖8校正杠杆千分表7表头；如图3所示，中心对标顶尖8和一般车床顶尖结构类似由下端的阶梯圆柱和上端的圆锥组成，中心对表顶尖8找正后，通过压板二6-3压紧中心对表顶尖的台阶面固定。中心对表顶尖8也可以通过其他方式固定到夹具6上，如通过螺钉固定，另外，中心对表顶尖8也可以不固定，测量时放置中心对表顶尖8找正并将杠杆千分表7表头校正后，可将中心对表顶尖8取走，下次测量时再放回夹具6上重新找正和校正杠杆千分表7表头，这种方法常用在静子叶尖测量和加工中，由于静子叶片在机匣内部，有可能出现顶尖与砂轮干涉。杠杆千分表7通过磁力表架吸附安装在机床的主轴10上，主轴10通过数控操作系统控制进行直线运动，同时机床内部检测装置可以检测反馈主轴在机床坐标系内的位置信号并转换为具体的数字符号输出，杠杆千分表通过机床主轴精准移动至目标点压表后，机床坐标系内主轴在该目标点的精确位置坐标会在机床上显示。

3）在精密数控设备上用杠杆千分表7打表采集基准平面A上任意一点D1的轴向坐标值Z1、转子叶尖的精密外圆上任意一点D2的径向坐标值X1，得到叶尖被测理论点D3的轴向坐标值Z2=Z1-L-d/2，其中L为叶尖被测理论点D3偏移基准平面A的偏移量，L由图纸确定，d为杠杆千分表7的表头直径，采集坐标时，测量不同目标点的表头打表方向一致；杠杆千分表打表采集目标点的坐标时，基准圆（精密外圆）与叶尖被测理论点的杠杆千分表表头压表方向必须一致，同时为避免测量误差，尺寸基准与坐标系基准中心需保持一致，所以找正以作尺寸基准的精密外圆确定坐标系。

4）根据步骤3）得到的叶尖被测理论点D3的轴向坐标轴Z2，将杠杆千分表移动至Z2处采集叶尖被测理论点D3的径向坐标值X2，则被测叶尖半径Y=D/2±|X2-X1|±r×sin a×tan a，其中a为被测工件叶尖的角度，当基准圆半径D/2小于叶尖半径时，|X2-X1|前为“＋”，反之为“-”；转子叶尖r×sin a×tan a前为“-”，静子叶尖为“＋”。

如图5所示，本实施例待测工件为转子，且基准圆B半径小于叶尖半径，因此被测叶尖半径Y=D/2±|X2-X1|-r×sin a×tan a。

本实施例中待测工件的叶片为锥形叶片，受锥叶尖结构影响，杠杆千分表打表时表头与叶片叶尖实际接触点与理论点位置存在偏差，叶尖角度越大，偏差值越大。当工件叶片叶尖角度为а，杠杆千分表表头半径为r，表尖压表点与叶尖理论点径向差值为L2（即测量值与实际值偏差），可得

L2= r×sin a×tan a

即L2值与叶尖角度а成正比，表头找正造成的测量误差可忽略，因此，考虑叶尖角度影响，补偿后叶尖半径（即叶尖被测理论点至中心距离）Y=D/2±|X2-X1|±r×sin a×tan a。r×sin a×tan a视被测尺寸的公差严格程度选择是否忽略，一般航空发动机转静子叶尖半径公差达±0.02，当叶尖角度不大于2°时，可选择忽略该误差因素影响。

本实施例的复杂多级锥叶片转子叶片叶尖的测量方法，首先利用辅助工具（杠杆千分表和中心对表顶尖）精密找正和确定坐标系基准，在精密数控设备上用杠杆千分表打表测量得到基准平面A、精密外圆以及叶尖被测理论点的坐标值，由于精密数控设备定位精度很高，通过数控操作系统可以实现杠杆千分表精准移动至目标点压表测量，并可在机床上记录显示压表目标点的精确坐标，再利用各目标点坐标数据推导公式计算获知锥叶片叶尖的实际尺寸（包括半径和角度），在一次装夹找正的情况下实现了锥叶片叶尖尺寸的精密测量，解决了现有多级锥叶片转静子件加工过程中的尺寸检测问题，根据测量得到的叶尖实际尺寸后可进行补偿加工，避免了反复计量、装夹找正，提高了锥叶片叶尖磨削加工精度和加工效率。

本实施例中，还包括测量叶片叶尖的角度，具体方法为：

用杠杆千分表打表采集叶尖表面任意两点的坐标值（X3，Z3），（X4，Z4），

则叶片叶尖的角度a=arctan{[|X4-X3|]/|Z4-Z3|}。

X3和X4可在叶尖锥面上任取两点进行测量，但为了确保测量精度，在叶尖锥面上取的两点距离应尽量远，选取的两点的距离越短，测量产生的系统误差在进行计算时会放大，影响测量精度。如图6所示，叶尖上位置

和位置

的坐标值分别为（X3，Z3），（X4，Z4），则叶尖时这两点的径向距离值为|X4-X3|，轴向距离值为|Z4-Z3|，叶尖锥面与两点轴向、径向距离形成直角三角形，通过直角三角函数的反正切函数得出叶尖角度 a=arctan{|X4-X3|/|Z4-Z3|}。

如：以图1中第二级叶片加工为例，参见图6，用杠杆千分表打表测得位置

的坐标值为（714.422，433），位置

的坐标值为（713.77，428），则叶片叶尖角度a=arctan{[714.422-713.77|/2]/|433-428|}=arctan0.0652=3.73°。

参见图5，测得：基准圆B的直径D=300mm，杠杆千分表的表头直径d=Φ1.98mm，由图纸确定L=68.5mm，利用杠杆千分表打标测量得位置

（基准平面A上的点D1）处轴向坐标值Z1=500，位置

处（精密外圆上的一点D2）径向坐标值X1=600，则叶尖被测理论点的轴向坐标Z2=Z1-L-d/2=500-68.5-0.99=430.51；杠杆千分表表头Z方向移动至坐标430.51处压表得X2=709.6，则叶尖半径Y=D/2+|X2-X1|/2-r×sin a×tan a =150+（709.6-600）/2-0.99×sin 3.73°×tan 3.73°=204.796mm。

本实施例中，用杠杆千分表打表采集各目标点的坐标值时，杠杆千分表与水平面呈30～60°角。这样可以保证杠杆千分表在工件的径向和轴向均能压表测量坐标值。杠杆千分表调好角度校正中心后，在同一次测量过程中采集位置

③时表杆角度即被固定。如果重新校正杠杆千分表测量时，表杆角度相对于上一次测量时会不一致，表尖压表点(工件目标点)与主轴的相对位置会不一致，但同一次测量采集目标点的过程中角度不变，虽然每次采集同一目标点的坐标值（主轴在机床坐标系内的位置坐标）产生了变化，但各目标点间相对位置仍然不变，而在计算叶尖半径和角度的公式中，仅需代入目标点之间的相对距离进行计算，不会影响测量精度。

本实施例中，用杠杆千分表打表采集各目标点的坐标值时，杠杆千分表表头与叶片工件表面接触并向叶片工件表面偏移0.001。杠杆千分表作为传递工件目标点实际位置信息的中间介质，表头每次压表量一致，即表尖压表点(工件目标点)与主轴的相对位置恒定，因此可将工件目标点的位置信息通过主轴在机床坐标系内的位置坐标进行标定。用杠杆千分表打表测量目标点的坐标值时，杠杆千分表表头与叶片工件表面接触并向叶片工件表面偏移0.001，即表头向下压0.001，在各个点的测量时均这样，由于在计算叶尖半径和角度时，两处目标点的坐标值会相减，0.001的偏差会相互抵消，不影响测量精度，如果杠杆千分表不压表0.001，仅依靠目视不能确定表头是否与工件表面接触，即不能确定已达到目标点位置。

本实施例中，步骤2）中，中心对表顶尖找正的具体步骤为：首先用杠杆千分表压表找正中心对表顶尖的圆柱段，调整中心对表顶尖位置保证其旋转一整圈后杠杆千分表刻度盘读数不大于0.01，再用杠杆千分表检查中心对表顶尖圆锥段跳动不大于0.01。找正时跳动不大于0.01，测量误差可以忽略不计，中心对表顶尖找正后，其中心与转子工件的中心一致。

本实施例中，杠杆千分表的表头半径不大于1mm。中心对表顶尖找正后，顶尖中心与转子工件中心一致，移动杠杆千分表表头至中心对表顶尖的正上方，目视检查调整表头使其中心与中心对表顶尖的锥尖一致，即校正表头与工件同心。杠杆千分表的表头半径越小，目视检查表头与工件同心时的误差越小，当表头半径不大于1mm时，找正误差不大于0.5，测量误差可忽略。在另外的实施方式中，可以采取移动杠杆千分表的表尖找正精密外圆的最高点，使该点对正工件中心。这是因为计算叶尖尺寸时以精密外圆为基准圆，需要代入基准圆实际半径进行计算，在X-Z坐标系中，只有精密外圆的圆周最高点至中心的距离等于该圆半径，因此测量时表头应在被测原的圆周最高点采集坐标，才能保证测量的准确性。若表头中心偏离X轴，表头压表取点的位置不在圆周最高点会产生测量误差。在三轴及三轴以上的数控加工中心上，可以通过数控系统控制直线移动杠杆千分表表头找正外圆最高点。

实施例2

复杂多级锥叶片转子磨削加工方法，磨削加工过程中，需要测量每一次磨削后叶片叶尖的实际尺寸（包括叶尖半径和角度）时，与实施例1的叶尖测量方法相同。

一种复杂多级锥叶片转子磨削加工方法，包括以下步骤：

1）将转子各级叶片分别用棉绳相互交叉缠绕固紧，并在相邻叶片间隙内灌蜡以增强工件系统刚性，减小磨削加工时叶片避让变形，提高加工精度；

然后将转子工件装夹固定在夹具上；如图3和图4所示，夹具6包括底座6-1、压板一6-2和压板二6-3，转子工件安装在底座6-1上，用压板一6-2压紧固定，防止转子工件在加工时受到切削力发生位移。夹具6通过压板或磁力吸附固定在精密数控设备的工作台9上，使工件与机床保持正确相对位置。

建立基准坐标系，以转子工件找正精密外圆确定的中心线为Z轴，以转子工件基准平面或平行于基准平面的支靠面为X轴，建立X-Z坐标系，其中精密外圆外径值为D。精密外圆是转子工件的中心基准，其直径值可用通用量具准确测知。本实施例中的基准坐标系为虚拟的测量坐标系，主要作用是将杠杆千分表采集的以机床坐标系为位置依据的坐标点转换至该基准坐标系内进行计算求值。基准平面A是设计图纸规定用来确定工件其它点、线、面轴向位置的基准平面，工件上的轴向尺寸一般由它标出。

2）在夹具6上设置中心对表顶尖8，以找正后的中心对表顶尖8校正杠杆千分表7表头；如图3所示，中心对表顶尖8和一般车床顶尖结构类似由下端的阶梯圆柱和上端的圆锥组成，中心对表顶尖8找正后，通过压板二6-3压紧中心对表顶尖8的台阶面固定。中心对表顶尖8也可以通过其他方式固定到夹具6上，如通过螺钉固定，另外，中心对表顶尖8也可以不固定，测量时放置中心对表顶尖8找正并将杠杆千分表7表头校正后，可将中心对表顶尖8取走，下次测量时再放回夹具6上重新找正和校正杠杆千分表7表头，这种方法常用在静子叶尖测量和加工中，由于静子叶片在机匣内部，有可能出现顶尖与砂轮干涉。杠杆千分表7通过磁力表架吸附安装在机床的主轴10上，主轴10通过数控操作系统控制进行直线运动，同时机床内部检测装置可以检测反馈主轴在机床坐标系内的位置信号并转换为具体的数字符号输出，杠杆千分表通过机床主轴精准移动至目标点压表后，机床坐标系内主轴在该目标点的精确位置坐标会在机床上显示。

3）在精密数控设备上用杠杆千分表7打表采集基准平面A上任意一点D1的轴向坐标值Z1、静子叶尖的量环或转子叶尖的精密外圆上任意一点D2的径向坐标值X1，得到叶尖被测理论点D3的轴向坐标值Z2=Z1-L-d/2，其中L为叶尖被测理论点D3偏移基准平面A的偏移量，L由图纸确定，d为杠杆千分表7的表头直径，采集坐标时，测量不同目标点的表头打表方向一致；杠杆千分表7打表采集目标点的坐标时，基准圆（精密外圆）与叶尖被测理论点的杠杆千分表7表头压表方向必须一致，同时为避免测量误差，尺寸基准与坐标系基准中心需保持一致，所以找正以作尺寸基准的精密外圆确定坐标系。

4）用杠杆千分表打表采集叶尖表面任意两点的坐标值（X3，Z3），（X4，Z4），则叶片叶尖的角度a=arctan{[|X4-X3|]/|Z4-Z3|}。X3和X4可在叶尖锥面上任取两点进行测量，但为了确保测量精度，在叶尖锥面上取的两点距离应尽量远，选取的两点的距离越短，测量产生的系统误差在进行计算时会放大，影响测量精度。如图6所示，叶尖上位置

和位置

的坐标值分别为（X3，Z3），（X4，Z4），则叶尖上这两点的径向距离值为 |X4-X3|，轴向距离值为|Z4-Z3|，叶尖锥面与两点轴向、径向距离形成直角三角形，通过直角三角函数的反正切函数得出叶尖角度a= arctan{[|X4-X3|]/|Z4-Z3|}。

用杠杆千分表打表测得位置

的坐标值为（714.422，433），位置

的坐标值为（713.77，428），则叶片叶尖角度 a= arctan{[714.422-713.77|/2]/|433-428|}=arctan0.0652=3.73°。

5）根据步骤3）得到的叶尖被测理论点D3的轴向坐标轴Z2，将杠杆千分表移动至Z2处采集叶尖被测理论点D3的径向坐标值X2，计算得到被测叶尖半径Y，Y=D/2±|X2-X1|±r×sin a×tan a。

以图1中第二级叶片加工为例，参见图5，测得：基准圆B的直径D=300mm，杠杆千分表的表头直径d=Φ1.98mm，由图纸确定L=68.5mm，利用杠杆千分表打标测量得位置

（基准平面A上的点D1）处轴向坐标值Z1=500，位置

处（精密外圆上的一点D2）径向坐标值X1=600，则叶尖被测理论点的轴向坐标Z2=Z1-L-d/2=500-68.5-0.99=430.51；杠杆千分表表头Z方向移动至坐标430.51处压表得X2=709.6，则叶尖半径Y= D/2±|X2-X1|/2±r×sin a×tan a =150+（709.6-600）/2-0.99×sin 3.7°×tan 3.7°=204.796mm。

6）根据步骤4）所得到的叶片叶尖的角度值a补偿修磨砂轮锥度，根据步骤5）所得到的叶尖半径值Y计算加工余量，继续进刀至留加工余量，再按步骤3）至步骤5）测量叶尖半径尺寸，确定余量后继续进刀加工，直至加工至最终尺寸。如：根据步骤4）计算的结果锥叶片叶尖角度为3.73°，满足3.7°±5′的要求，可不修磨；如果计算结果不满足要求，计算测量值与设计值的偏差量，通过数控系统补偿偏差量后控制金刚笔修磨砂轮锥度，根据步骤5）计算得到的锥叶片叶尖半径Y为204.796mm，叶尖最终尺寸为R204.42±0.02，加工余量为测量结果减去最终尺寸：204.796-204.42=0.376mm；继续进刀0.3mm至留余量0.05~0.1mm，再按上述步骤3）和步骤5）测量叶尖半径尺寸为204.5mm，余量为204.5-204.42=0.08mm，确定余量后可加工至最终尺寸（视公差严格程度也可留余量0.01~0.03mm重新测量叶尖尺寸后再加工至最终尺寸）。

本实施例的复杂多级锥叶片转子叶片磨削加工方法，首先利用辅助工具（杠杆千分表和中心对表顶尖）精密找正和确定坐标系基准，在精密数控设备上用杠杆千分表打表测量得到基准平面A、精密外圆以及叶尖被测理论点的坐标值，由于精密数控设备定位精度很高，通过数控操作系统可以实现杠杆千分表精准移动至目标点压表测量，并可在机床上记录显示压表目标点的精确坐标，再利用各目标点坐标数据推导公式计算获知锥叶片叶尖的实际尺寸（包括半径和角度），在一次装夹找正的情况下实现了锥叶片叶尖尺寸的精密测量，解决了现有多级锥叶片转静子件加工过程中的尺寸检测问题。根据测量得到的叶尖实际尺寸后可进行补偿加工，避免了反复计量、装夹找正，提高了锥叶片叶尖磨削加工精度和加工效率。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种复杂多级锥叶片转静子叶尖测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）将待测工件装夹固定在夹具上，夹具固定在精密数控设备工作台上，建立基准坐标系，

当待测工件为转子时，以转子工件找正精密外圆确定的中心线为Z轴，以转子工件的基准平面或平行于基准平面的支靠面为X轴的所在平面，建立X-Z坐标系，其中精密外圆外径值为D，精密外圆为基准圆；

当待测工件为静子时，以静子工件找正中心的量环确定的中心线为Z轴，以静子工件的基准平面或平行于基准平面的支靠面为X轴的所在平面，建立X-Z坐标系，其中量环内径值为D，量环为基准圆；

2）在所述夹具上设置中心对表顶尖，以找正后的中心对表顶尖校正杠杆千分表表头；

3）在精密数控设备上用杠杆千分表打表采集基准平面A上任意一点D1的轴向坐标值Z1、基准圆上任意一点D2的径向坐标值X1，得到工件叶尖被测理论点D3的轴向坐标值Z2=Z1-L-d/2，其中L为工件叶尖被测理论点D3偏移基准平面A的偏移量，L由图纸确定，d为杠杆千分表的表头直径，采集坐标时，测量不同目标点时杠杆千分表的表头打表方向一致；

4）根据步骤3）得到的工件叶尖被测理论点D3的轴向坐标轴Z2，将杠杆千分表移动至Z2处采集工件叶尖被测理论点D3的径向坐标值X2，则被测工件叶尖半径Y=D/2±|X2-X1|±r×sin a×tan a，其中，a为被测工件叶尖的角度，r为杠杆千分表表头半径，当基准圆半径D/2小于被测工件叶尖半径时，|X2-X1|前为“＋”，反之为“-”；被测工件叶尖为转子叶尖时，r×sin a×tan a前为“-”，被测工件叶尖为静子叶尖时，r×sin a×tan a前为“＋”。

2.根据权利要求1所述的复杂多级锥叶片转静子叶尖测量方法，其特征在于，

还包括测量被测工件叶尖的角度，具体方法为：

用杠杆千分表打表采集被测工件叶尖表面任意两点的坐标值（X3，Z3），（X4，Z4），

则被测工件叶尖的角度a=arctan（|X4-X3|/|Z4-Z3|）。

3.根据权利要求1或2所述的复杂多级锥叶片转静子叶尖测量方法，其特征在于，

用杠杆千分表打表采集各目标点的坐标值时，所述杠杆千分表与水平面呈30~60°角。

4.根据权利要求3所述的复杂多级锥叶片转静子叶尖测量方法，其特征在于，

用杠杆千分表打表采集各目标点的坐标值时，所述杠杆千分表表头与被测工件表面接触并向被测工件表面偏移0.001mm。

5.根据权利要求1所述的复杂多级锥叶片转静子叶尖测量方法，其特征在于，

步骤2）中，所述找正的具体步骤为：首先用杠杆千分表压表找正中心对表顶尖的圆柱段，调整中心对表顶尖位置保证其旋转一整圈后杠杆千分表刻度盘读数不大于0.01，再用杠杆千分表检查中心对表顶尖圆锥段跳动不大于0.01。

6.根据权利要求1所述的复杂多级锥叶片转静子叶尖测量方法，其特征在于，

所述杠杆千分表的表头半径不大于1mm。

7.一种复杂多级锥叶片转静子磨削加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）将待测工件装夹固定在夹具上，夹具固定在精密数控设备工作台上，建立基准坐标系，

当待测工件为转子时，以转子工件找正精密外圆确定的中心线为Z轴，以转子工件的基准平面或平行于基准平面的支靠面为X轴的所在平面，建立X-Z坐标系，其中精密外圆外径值为D，精密外圆为基准圆；

当待测工件为静子时，以静子工件找正中心的量环确定的中心线为Z轴，以静子工件的基准平面或平行于基准平面的支靠面为X轴的所在平面，建立X-Z坐标系，其中量环内径值为D，量环为基准圆；

2）在所述夹具上设置中心对表顶尖，以找正后的中心对表顶尖校正杠杆千分表表头；

3）在精密数控设备上用杠杆千分表打表采集基准平面A上任意一点D1的轴向坐标值Z1、基准圆上任意一点D2的径向坐标值X1，得到工件叶尖被测理论点D3的轴向坐标值Z2=Z1-L-d/2，其中L为工件叶尖被测理论点D3偏移基准平面A的偏移量，L由图纸确定，d为杠杆千分表的表头直径，采集坐标时，测量不同目标点时杠杆千分表的表头打表方向一致；

4）用杠杆千分表打表采集被测工件叶尖表面任意两点的坐标值（X3，Z3），（X4，Z4），

则被测工件叶尖的角度a=arctan（|X4-X3|/|Z4-Z3|）；

5）根据步骤3）得到的工件叶尖被测理论点D3的轴向坐标轴Z2，将杠杆千分表移动至Z2处采集工件叶尖被测理论点D3的径向坐标值X2，则被测工件叶尖半径Y=D/2±|X2-X1|±r×sin a×tan a，其中，a为被测工件叶尖的角度，r为杠杆千分表表头半径，当基准圆半径D/2小于被测工件叶尖半径时，|X2-X1|前为“＋”，反之为“-”；被测工件叶尖为转子叶尖时，r×sin a×tan a前为“-”，被测工件叶尖为静子叶尖时，r×sin a×tan a前为“＋”；

6）根据步骤4）所得到的被测工件叶尖的角度值a补偿修磨砂轮锥度，根据步骤5）所得到的工件叶尖半径值Y计算加工余量，继续进刀并切除部分加工余量，再按步骤3）至步骤5）测量工件叶尖半径尺寸，确定余量后继续进刀加工，直至加工至最终尺寸。

8.根据权利要求7所述的复杂多级锥叶片转静子磨削加工方法，其特征在于，

用杠杆千分表打表采集各目标点的坐标值时，所述杠杆千分表与水平面呈30~60°角。

9.根据权利要求8所述的复杂多级锥叶片转静子磨削加工方法，其特征在于，

用杠杆千分表打表采集各目标点的坐标值时，所述杠杆千分表表头与叶片工件表面接触并向叶片工件表面偏移0.001mm。

10.根据权利要求7所述的复杂多级锥叶片转静子磨削加工方法，其特征在于，

步骤2）中，所述找正的具体步骤为：首先用杠杆千分表压表找正中心对表顶尖的圆柱段，调整中心对表顶尖位置保证其旋转一整圈后杠杆千分表刻度盘读数不大于0.01，再用杠杆千分表检查中心对表顶尖圆锥段跳动不大于0.01。

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