CN112059528A - 双轴旋转式夹持装置与涡轮叶片裂纹修复坡口加工方法 - Google Patents

双轴旋转式夹持装置与涡轮叶片裂纹修复坡口加工方法 Download PDF

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唐忠彪
陈海生
郭双全
王立江
段俊菲
罗光荣
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Abstract

本发明公开了一种双轴旋转式夹持装置与涡轮叶片裂纹修复坡口加工方法，涉及焊接领域。本发明首先解决的技术问题是提供一种能在两个方向上自由转动的夹持装置，采用的技术方案是：双轴旋转式夹持装置，包括底板，底板上设置支撑架，支撑架的顶部固定连接X轴旋转套，X轴旋转套内穿设X轴旋转轴；X轴旋转轴的一端固定连接Y轴旋转套，Y轴旋转套内穿设Y轴旋转轴，Y轴旋转轴的一端固定连接夹持块。涡轮叶片裂纹修复坡口加工方法，先将涡轮叶片的榫头夹持固定于夹持块；再转动X轴旋转轴和/或Y轴旋转轴，调整涡轮叶片的位置，锁紧X轴旋转轴和Y轴旋转轴；再移动电极加工坡口；最后取下涡轮叶片。本发明用于涡轮叶片的夹持固定及坡口制备。

Description

双轴旋转式夹持装置与涡轮叶片裂纹修复坡口加工方法
技术领域
本发明涉及焊接领域，具体涉及一种焊接工装，以及对航空发动机涡轮叶片叶尖裂纹进行修复时制备坡口的方法。
背景技术
航空发动机在工作中，高压压气机转子涡轮叶片的缘板磨损，造成修理后装配扇区间隙超出技术要求，即涡轮叶片的缘板之间的实际测量总间隙超出测量点的规定值，从而无法满足高压压气机转子的工作性能要求，导致高压压气机转子工作时产生振动。
对于上述问题，根据技术要求的规定，可通过更换缘板尺寸加大的II组叶片调整扇区间隙，但是存在备件供应困难的现实问题。因此，对涡轮叶片进行修复成为满足发动机成套需求的现实选择。对涡轮叶片进行激光熔覆修复时，需要加工坡口，现有的加工器具以及加工方法不能保证坡口的质量，存在一致性差、效率低下，需要多次打磨和测量的问题。
发明内容
本发明首先解决的技术问题是提供一种能在两个方向上自由转动的夹持装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：双轴旋转式夹持装置，包括底板，底板上设置支撑架，支撑架的顶部固定连接X轴旋转套，X轴旋转套内穿设X轴旋转轴，X轴旋转套和X轴旋转轴之间设置锁止结构；X轴旋转轴的一端固定连接Y轴旋转套，Y轴旋转套内穿设Y轴旋转轴，Y轴旋转套和Y轴旋转轴之间设置锁止结构，Y轴旋转轴的一端固定连接夹持块。
进一步的是：支撑架呈L形，L形的内侧设置加强板；X轴旋转轴的轴向与Y轴旋转轴的轴向相互垂直。
具体的：X轴旋转套和X轴旋转轴之间的锁止结构为X轴旋转止动螺钉，Y轴旋转套和Y轴旋转轴之间的锁止结构为Y轴旋转止动螺钉。
进一步的是：X轴旋转套和X轴旋转轴之间设置角度刻度，Y轴旋转套和Y轴旋转轴之间设置角度刻度。
进一步的是：X轴旋转轴远离Y轴旋转套的一端设置X轴旋转轮，Y轴旋转轴远离榫槽块的一端设置Y轴旋转轮。
具体的：夹持块设置榫槽，榫槽的形状与涡轮叶片的榫头的形状适配，榫槽内设置定位销。
进一步的是：Y轴旋转轴沿轴向设置顶紧螺钉，顶紧螺钉的两端分别为顶紧端和旋转操作端，榫槽底部设置顶紧孔，顶紧螺钉的顶紧端位于夹持块的顶紧孔内。
更进一步的是：顶紧螺钉的旋转操作端位于Y轴旋转轴远离夹持块的一端，并且旋转操作端设置与顶紧螺钉轴线垂直的通孔。
本发明双轴旋转式夹持装置的有益效果是：需要加工的零件直接夹持固定于夹持块，通过转动X轴旋转轴和Y轴旋转轴，夹持块和零件可绕X轴旋转轴和Y轴旋转轴转动，X轴旋转轴和Y轴旋转轴分别单独控制，便于调整并固定夹持块和零件的姿态及位置，便于对零件进行加工。双轴旋转式夹持装置便于快速装夹拆卸，节省时间，缩短生产周期。
X轴旋转轴通过X轴旋转轮进行转动调整，Y轴旋转轴通过Y轴旋转轮进行转动调整，操作方便。X轴旋转套和X轴旋转轴之间设置角度刻度，Y轴旋转套和Y轴旋转轴之间设置角度刻度，便于分别观察X轴旋转轴和Y轴旋转轴的转动角度。夹持块设置定位销，便于对零件的定位，即便于涡轮叶片的榫头在榫槽内的定位。顶紧螺钉的顶紧端可从内部将零件进行顶紧，提高夹持稳定性并避免零件在加工时变形。顶紧螺钉的旋转操作端设置通孔，便于通过通孔转动顶紧螺钉，以调整顶紧端在榫槽内的长度。
本发明还提供一种坡口加工方法，解决涡轮叶片按照现有方法进行坡口加工效率低、坡口质量不稳定的问题。本发明采用的技术方案是：涡轮叶片裂纹修复坡口加工方法，通过上述任意一种双轴旋转式夹持装置对涡轮叶片制备坡口，包括以下步骤：
S1、将涡轮叶片的榫头夹持固定于夹持块；
S2、转动X轴旋转轴和/或Y轴旋转轴，使涡轮叶片的叶尖裂纹方向与电极垂直，再通过锁止结构分别锁紧X轴旋转轴和Y轴旋转轴；
S3、移动电极，使电极垂直向下正对叶尖裂纹的；
S4、设置加工深度，开始加工坡口；
S5、放电完毕，取下涡轮叶片，坡口加工完成。
具体的；步骤S1中，将涡轮叶片的榫头放于夹持块的榫槽内，榫头贴紧定位销，再旋转顶紧螺钉使顶紧端顶紧涡轮叶片的底面；步骤S2中，先松开X轴旋转止动螺钉和Y轴旋转止动螺钉，再转动X轴旋转轴和/或Y轴旋转轴，最后通过X轴旋转止动螺钉和Y轴旋转止动螺钉分别锁紧X轴旋转轴和Y轴旋转轴。
本发明涡轮叶片裂纹修复坡口加工方法的有益效果是：从操作上来看，坡口的加工角度可调，配合电极移动，可实现一次装夹，加工多个坡口；另外，X轴和Y轴两个方向可调整，便于调整涡轮叶片的角度，使裂纹与电极垂直，便于加工，且加工速度快。从加工质量来看，坡口形状一致性好，坡口形状与程序匹配性好，坡口制备一次成型，避免多次打磨和测量。
附图说明
图1是本发明双轴旋转式夹持装置的结构示意图。
图2是图1中X轴旋转轴的结构示意图。
图3是图1中Y轴旋转轴的结构示意图。
图4是图1中夹持块的结构示意图。
图5是图1中顶紧螺钉的结构示意图。
附图标记：底板1、支撑架2、X轴旋转轴3、X轴旋转套4、X轴旋转轮5、X轴旋转止动螺钉6、Y轴旋转套7、Y轴旋转轮8、顶紧螺钉9、Y轴旋转止动螺钉10、Y轴旋转轴11、夹持块12、加强板13。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明双轴旋转式夹持装置，包括底板1，底板1上设置支撑架2，支撑架2的顶部固定连接X轴旋转套4。支撑架2下端固定安装于底板1，支撑架2用于支撑X轴旋转套4以及附着于X轴旋转套4上的其他部件。例如，支撑架2呈L形，L形的内侧设置加强板13，以后增加支撑架2的强度，避免变形。支撑架2的顶部固定连接X轴旋转套4，支撑架2和X轴旋转套4之间可通过螺栓连接、焊接或者为一个整体。
X轴旋转套4内穿设X轴旋转轴3，X轴旋转套4和X轴旋转轴3之间设置锁止结构。X轴旋转轴3可在X轴旋转套4内转动，并且通过锁止结构实现两者的相对锁定。例如，锁止结构为X轴旋转止动螺钉6，旋紧X轴旋转止动螺钉6，X轴旋转套4和X轴旋转轴3之间相对固定；拧松X轴旋转止动螺钉6，X轴旋转轴3可在X轴旋转套4内旋转。为了便于直观地观察X轴旋转轴3相对X轴旋转套4的旋转角度，X轴旋转套4和X轴旋转轴3之间设置角度刻度。为了便于手动转动X轴旋转轴3，X轴旋转轴3远离Y轴旋转套7的一端设置X轴旋转轮5，X轴旋转轮5固定安装于X轴旋转轴3的一端。X轴旋转轴3的另一端固定连接Y轴旋转套7。例如参考图2，X轴旋转轴3的外侧设置卡位槽，X轴旋转轮5与X轴旋转轴3过盈配合。
X轴旋转轴3与Y轴旋转套7固定连接，实现同步转动，例如通过销钉固定连接。Y轴旋转套7内穿设Y轴旋转轴11，Y轴旋转轴11可在Y轴旋转套7内转动。X轴旋转轴3的轴向与Y轴旋转轴11的轴向最好相互垂直。Y轴旋转套7和Y轴旋转轴11之间设置锁止结构，相应的，Y轴旋转套7和Y轴旋转轴11之间的锁止结构为Y轴旋转止动螺钉10。为便于观察Y轴旋转轴11相对Y轴旋转套7的转动角度，Y轴旋转套7和Y轴旋转轴11之间设置角度刻度。为了便于转动Y轴旋转轴11，Y轴旋转轴11的一端设置Y轴旋转轮8，Y轴旋转轮8与Y轴旋转轴11固定配合，例如Y轴旋转轮8与Y轴旋转轴11之间过盈配合。Y轴旋转轴11的一种结构如图3所示。Y轴旋转轴11的另一端固定连接夹持块12。Y轴旋转轴11沿轴向还可以设置顶紧螺钉9，顶紧螺钉9的两端分别为顶紧端和旋转操作端，顶紧端用于顶紧需要加工的零件，旋转操作端用于转动顶紧螺钉9，如图5所示。
夹持块12用于夹持固定需要加工的零件，因此夹持块12内可设置卡槽用于与零件配合。例如，参见图1和图4，需要加工的零件为涡轮叶片时，夹持块12设置榫槽，榫槽的形状与涡轮叶片的榫头的形状适配。夹持块12可通过两颗或更多的螺钉固定于Y轴旋转轴11的一端，夹持块12的榫槽内还最好设置定位销，用于辅助涡轮叶片榫头的就位。榫槽底部设置顶紧孔，顶紧螺钉9的顶紧端位于顶紧孔内，转动顶紧螺钉9即可调整顶紧端在顶紧孔内的位置。为了便于转动顶紧螺钉9，顶紧螺钉9的旋转操作端设置与顶紧螺钉9轴线垂直的通孔。
本发明的第二个主题是：涡轮叶片裂纹修复坡口加工方法，通过上述双轴旋转式夹持装置对涡轮叶片制备坡口，包括以下步骤：
S1、将涡轮叶片的榫头夹持固定于夹持块12，先将涡轮叶片的榫头放于夹持块12的榫槽内，榫头贴紧定位销，再旋转顶紧螺钉9使顶紧端顶紧涡轮叶片的底面。顶紧螺钉9的目的在于顶紧榫头，避免涡轮叶片加工时变形。
S2、转动X轴旋转轴3和/或Y轴旋转轴11，使涡轮叶片的叶尖裂纹方向与电极垂直，再通过锁止结构分别锁紧X轴旋转轴3和Y轴旋转轴11。
先松开X轴旋转止动螺钉6和Y轴旋转止动螺钉10，再转动X轴旋转轴3和/或Y轴旋转轴11，通过X轴旋转轴3和Y轴旋转轴11的配合转动，调整涡轮叶片至便于加工的位置；最后通过X轴旋转止动螺钉6和Y轴旋转止动螺钉10分别锁紧X轴旋转轴3和Y轴旋转轴11，使涡轮叶片固定。
S3、移动电极，使电极垂直向下正对叶尖裂纹的；
S4、设置加工深度，开始加工坡口；
S5、放电完毕，取下涡轮叶片，坡口加工完成。

Claims (10)

1.双轴旋转式夹持装置，其特征在于：包括底板(1)，底板(1)上设置支撑架(2)，支撑架(2)的顶部固定连接X轴旋转套(4)，X轴旋转套(4)内穿设X轴旋转轴(3)，X轴旋转套(4)和X轴旋转轴(3)之间设置锁止结构；X轴旋转轴(3)的一端固定连接Y轴旋转套(7)，Y轴旋转套(7)内穿设Y轴旋转轴(11)，Y轴旋转套(7)和Y轴旋转轴(11)之间设置锁止结构，Y轴旋转轴(11)的一端固定连接夹持块(12)。
2.如权利要求1所述的双轴旋转式夹持装置，其特征在于：支撑架(2)呈L形，L形的内侧设置加强板(13)；X轴旋转轴(3)的轴向与Y轴旋转轴(11)的轴向相互垂直。
3.如权利要求1所述的双轴旋转式夹持装置，其特征在于：X轴旋转套(4)和X轴旋转轴(3)之间的锁止结构为X轴旋转止动螺钉(6)，Y轴旋转套(7)和Y轴旋转轴(11)之间的锁止结构为Y轴旋转止动螺钉(10)。
4.如权利要求1所述的双轴旋转式夹持装置，其特征在于：X轴旋转套(4)和X轴旋转轴(3)之间设置角度刻度，Y轴旋转套(7)和Y轴旋转轴(11)之间设置角度刻度。
5.如权利要求1所述的双轴旋转式夹持装置，其特征在于：X轴旋转轴(3)远离Y轴旋转套(7)的一端设置X轴旋转轮(5)，Y轴旋转轴(11)远离榫槽块的一端设置Y轴旋转轮(8)。
6.如权利要求1～5任一权利要求所述的双轴旋转式夹持装置，其特征在于：夹持块(12)设置榫槽，榫槽的形状与涡轮叶片的榫头的形状适配，榫槽内设置定位销。
7.如权利要求6所述的双轴旋转式夹持装置，其特征在于：Y轴旋转轴(11)沿轴向设置顶紧螺钉(9)，顶紧螺钉(9)的两端分别为顶紧端和旋转操作端，榫槽底部设置顶紧孔，顶紧螺钉(9)的顶紧端位于夹持块(12)的顶紧孔内。
8.如权利要求6所述的双轴旋转式夹持装置，其特征在于：顶紧螺钉(9)的旋转操作端位于Y轴旋转轴(11)远离夹持块(12)的一端，并且旋转操作端设置与顶紧螺钉(9)轴线垂直的通孔。
9.涡轮叶片裂纹修复坡口加工方法，其特征在于：通过上述权利要求1～8任一权利要求所述的双轴旋转式夹持装置，对涡轮叶片制备坡口，包括以下步骤：
S1、将涡轮叶片的榫头夹持固定于夹持块(12)；
S2、转动X轴旋转轴(3)和/或Y轴旋转轴(11)，使涡轮叶片的叶尖裂纹方向与电极垂直，再通过锁止结构分别锁紧X轴旋转轴(3)和Y轴旋转轴(11)；
S3、移动电极，使电极垂直向下正对叶尖裂纹的；
S4、设置加工深度，开始加工坡口；
S5、放电完毕，取下涡轮叶片，坡口加工完成。
10.如权利要求9所述的涡轮叶片裂纹修复坡口加工方法，其特征在于：步骤S1中，将涡轮叶片的榫头放于夹持块(12)的榫槽内，榫头贴紧定位销，再旋转顶紧螺钉(9)使顶紧端顶紧涡轮叶片的底面；步骤S2中，先松开X轴旋转止动螺钉(6)和Y轴旋转止动螺钉(10)，再转动X轴旋转轴(3)和/或Y轴旋转轴(11)，最后通过X轴旋转止动螺钉(6)和Y轴旋转止动螺钉(10)分别锁紧X轴旋转轴(3)和Y轴旋转轴(11)。
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