CN113042836B - 一种航空叶片气膜孔的穿透检测工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种航空叶片气膜孔的穿透检测工艺，包括参数确定、机床坐标系切换、坐标零点设定、修整电极、气膜孔加工、电极丝损耗量测量、计算加工深度值、判断气膜孔是否穿透。本发明通过测量电极丝损耗的方式，实现叶片气膜孔是否穿透的识别，无任何附加设备成本；通过坐标系的切换，在不增加任何其它设备的情况下，实现了叶片气膜孔是否穿透的检测，既满足了测量要求，又满足了加工要求；基于工艺手段实现的穿透检测不受放电过程、环境噪音、冲液状态、放电参数等的影响，可靠度和识别度更高、更可靠。

Description

一种航空叶片气膜孔的穿透检测工艺

技术领域

本发明涉及航空叶片加工和在线检测设备技术领域，尤其是涉及一种航空叶片气膜孔的穿透检测工艺。

背景技术

航空发动机叶片是高性能航空发动机的关键功能部件，其耐高温性能直接决定航空发动机的性能。为了提高航空发动机叶片的耐高温性能，通常要在航空叶片上加工出气膜孔。气膜孔的存在使得航空发动机在工作时，有高压气体从气膜孔流出并贴附在叶片表面，从而形成气膜降温隔热层，这种方式可以显著提高航空叶片的耐高温性能。为了实现航空叶片气膜孔的高精密加工，目前一般通过电火花、电化学、激光加工等技术手段来完成该类零件的高效、精密加工，其中电火花小孔加工技术是最成熟和稳定的加工手段。

本申请人发现现有技术至少存在以下技术问题：

在电火花小孔加工过程中，会存在叶片小孔加工不透的情况，这严重影响了航空叶片的使用寿命。为了实现叶片气膜孔是否穿透的检测，主要方式有电流信号检测、电压信号检测、主站伺服状态检测、声音检测等手段，但是无论哪种手段或者是几种手段相结合都无法实现小孔穿透程度的百分之百识别。

发明内容

本发明的目的在于提供一种航空叶片气膜孔的穿透检测工艺，以解决现有技术中存在的穿透检测技术穿透测试识别率低和穿透检测技术开发难度大的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供的一种航空叶片气膜孔的穿透检测工艺，包括如下步骤：

第一步：确定气膜孔基本参数、设备参数，并在工艺技术文件中设定好加工坐标系和测量坐标系；

第二步，在加工坐标系下，设定主轴基准点、加工基准位置和电极丝伺服进给轴坐标零点；

第三步，进行电极丝放电修整，然后设定电极丝伺服进给轴坐标修正零点；

第四步，在测量坐标系下，设定电极丝伺服主轴的测量坐标零点；

第五步，切换至加工坐标系下，开始气膜孔加工；

第六步，切换至测量坐标系下，获得气膜孔加工的电极丝损耗量参数；

第七步，计算电极丝的加工深度值；

第八步，气膜孔穿透判断，当加工深度值大于气膜孔基本参数中的气膜孔深度时，按照第一步到第七步加工下一个气膜孔；当加工深度值小于气膜孔基本参数中的气膜孔深度时，则报警提示气膜孔未被穿透，并执行未穿透的处理程序。

作为本发明的进一步改进，在第一步中，气膜孔基本参数包括根据叶片图纸确定的每一个要加工的气膜孔在叶片表面的位置基准点和气膜孔的深度；设备参数包括根据前期加工数据或者基于叶片气膜孔加工数据，确定的气膜孔加工时，电极丝的最大损耗量和电极伺服给进主轴的最大进给量。

作为本发明的进一步改进，在第一步中，加工坐标系为电极丝伺服进给轴加工气膜孔时的移动坐标系；测量坐标系为机床移动以带动电极丝靠近或远离损耗检测准面时的移动坐标系。

作为本发明的进一步改进，在第二步中，主轴基准点是根据叶片型面上气膜孔的位置，以电极丝导向器最前端面中心点作为主轴基准点；第二步中，确定主轴基准点后，在设备中设定一给定数值，该给定数值为在加工时，气膜孔在叶片表面的位置基准点与主轴基准点之间的距离。

作为本发明的进一步改进，在第二步中，加工基准位置是在以主轴基准点、气膜孔在叶片表面的位置基准点为基础设定的X、Y、Z、B、C坐标轴的加工坐标系中下的加工基准位置。

作为本发明的进一步改进，在第二步中，电极丝伺服进给轴坐标零点为在设定的加工基准位置处移动电极丝伺服进给轴，直至电极丝与叶片表面接触感知，在各轴都处于静止状态下时电极丝伺服进给轴所在位置为坐标零点；在第三步中，电极丝伺服主轴的测量坐标零点为电极丝放电修整结束后，保持各轴位置不动，在加工坐标系下移动电极丝伺服进给轴，直至电极丝与叶片表面第二次接触时，此时电极丝伺服进给轴所在坐标值为修正坐标零点。

作为本发明的进一步改进，在第三步中，电极丝放电修整为在忽略接触感知的情况下，电极丝伺服进给轴从坐标零点向上抬起一个给定数值后，进行的放电修整过程，放电修整到将电极丝伺服进给到设定的修整进给量为止，电极丝伺服进给轴回退至加工基准位置，此时确保电极丝顶部为平整状态。

作为本发明的进一步改进，在第四步中，测量坐标零点的设定过程是在电极丝与叶片表面第二次接触后，在忽略接触感知的情况下，将电极丝伺服进给轴抬起一个给定数值，将坐标系切换至测量坐标系下，此时电极丝伺服进给轴保持不动，通过移动机床的X、Y、Z轴将电极丝移动至与损耗检测准面接触感知，此时电极丝伺服进给轴在测量坐标系中所处的坐标点设定为测量坐标零点；测量坐标零点设定后，然后通过移动机床Z轴的方式，将电极丝与损耗检测准面脱离接触。

作为本发明的进一步改进，在第五步中，气膜孔加工过程包括将机床的XYZ轴移动至加工坐标系下设定的加工基准位置，电极丝伺服进给轴加工深度设定为电极伺服轴的最大进给量，开始放电加工，加工完成后电极丝伺服进给轴回退至主轴基准点。

作为本发明的进一步改进，在第六步中，电极丝损耗量参数的获得过程是，将坐标系切换至测量坐标系下，将机床的X、Y、Z轴移动至测量坐标系下的零点位置，然后移动电极丝伺服进给轴，直至电极丝与损耗检测准面接触，此时电极丝伺服进给轴的坐标值就是电极丝的损耗量；在第七步中，电极丝的加工深度值是将电极丝伺服进给轴的最大进给量减去电极丝的损耗量的数值，该数值就是电极丝的加工深度值。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

本发明提供的航空叶片气膜孔的穿透检测工艺通过测量电极丝损耗的方式，实现叶片气膜孔是否穿透的识别，无任何附加设备成本；通过坐标系的切换，在不增加任何其它设备的情况下，实现了测量坐标系和加工坐标系的共存，既满足了测量要求，又满足了加工要求；基于工艺手段实现的穿透检测不受放电过程、环境噪音、冲液状态、放电参数等的影响，可靠度和识别度更高、更可靠。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明航空叶片气膜孔的穿透检测工艺的结构示意图。

图中1、电极丝伺服进给轴；2、电极丝；3、电极丝导向器；4、航空叶片；5、损耗检测准面。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

本发明提供了一种航空叶片气膜孔的穿透检测工艺，包括如下步骤：

第一步：确定气膜孔基本参数、设备参数，并在加工工艺文件中设定好加工坐标系和测量坐标系；

第二步，在加工坐标系下，设定主轴基准点、加工基准位置和电极丝伺服进给轴坐标零点；

第三步，进行电极丝放电修整，然后设定电极丝伺服进给轴坐标修正零点；

第四步，在测量坐标系下，设定电极丝伺服主轴的测量坐标零点；

第五步，切换至加工坐标系下，开始气膜孔加工；

第六步，切换至测量坐标系下，获得气膜孔加工的电极丝损耗量参数；

第七步，计算电极丝的加工深度值；

第八步，当加工深度值大于气膜孔基本参数中的气膜孔深度时，按照第一步到第七步加工下一个气膜孔；当加工深度值小于气膜孔基本参数中的气膜孔深度时，则报警提示气膜孔未被穿透，并执行未穿透的处理程序。

进一步的，在第一步中，气膜孔基本参数包括根据叶片图纸确定的每一个要加工的气膜孔在叶片表面的位置基准点和气膜孔的深度；设备参数包括根据前期加工数据或者基于叶片气膜孔加工数据，确定的气膜孔加工时，电极丝的最大损耗量和电极伺服给进主轴的最大进给量。

进一步的，在第一步中，加工坐标系为电极丝伺服进给轴加工气膜孔时的移动坐标系；测量坐标系为机床移动以带动电极丝靠近或远离损耗检测准面时的移动坐标系。

进一步的，在第二步中，主轴基准点是根据叶片型面上气膜孔的位置，以电极丝导向器最前端面中心点作为主轴基准点；第二步中，确定主轴基准点后，在设备中设定一给定数值，该给定数值为在加工时，气膜孔在叶片表面的位置基准点与主轴基准点之间的距离。

进一步的，在第二步中，加工基准位置是在以主轴基准点、气膜孔在叶片表面的位置基准点为基础设定的X、Y、Z、B、C坐标轴的加工坐标系中下的加工基准位置。

进一步的，在第二步中，电极丝伺服进给轴坐标零点为在设定的加工基准位置处移动电极丝伺服进给轴，直至电极丝与叶片表面接触感知，在各轴都处于静止状态下时电极丝伺服进给轴所在位置为坐标零点；在第三步中，电极丝伺服主轴的测量坐标零点为电极丝放电修整结束后，保持各轴位置不动，在加工坐标系下移动电极丝伺服进给轴，直至电极丝与叶片表面第二次接触时，此时电极丝伺服进给轴所在坐标值为修正坐标零点。

进一步的，在第三步中，电极丝放电修整为在忽略接触感知的情况下，电极丝伺服进给轴从坐标零点向上抬起一个给定数值后，进行的放电修整过程，放电修整到将电极丝伺服进给到设定的修整进给量为止，电极丝伺服进给轴回退至加工基准位置，此时确保电极丝顶部为平整状态。

进一步的，在第四步中，测量坐标零点的设定过程是在电极丝与叶片表面第二次接触后，在忽略接触感知的情况下，将电极丝伺服进给轴抬起一个给定数值，将坐标系切换至测量坐标系下，此时电极丝伺服进给轴保持不动，通过移动机床的X、Y、Z轴将电极丝移动至与损耗检测准面接触感知，此时电极丝伺服进给轴在测量坐标系中所处的坐标点设定为测量坐标零点；测量坐标零点设定后，然后通过移动机床Z轴的方式，将电极丝与损耗检测准面脱离接触。

进一步的，在第五步中，气膜孔加工过程包括将机床的XYZ轴移动至加工坐标系下设定的加工基准位置，电极丝伺服进给轴加工深度设定为电极伺服轴的最大进给量，开始放电加工，加工完成后电极丝伺服进给轴回退至主轴基准点。

进一步的，在第六步中，电极丝损耗量参数的获得过程是，将坐标系切换至测量坐标系下，将机床的X、Y、Z轴移动至测量坐标系下的零点位置，然后移动电极丝伺服进给轴，直至电极丝与损耗检测准面接触，此时电极丝伺服进给轴的坐标值就是电极丝的损耗量；在第七步中，电极丝的加工深度值是将电极丝伺服进给轴的最大进给量减去电极丝的损耗量的数值，该数值就是电极丝的加工深度值。

将上述工艺过程用NC编程语言描述出来，即可实现叶片气膜孔的自动加工，如果出现气膜孔未被穿透的情况，NC程序将立即跳转至未穿透气膜孔处理程序中。这种工艺方法的优点是在不增加任何辅助设备的情况下，可以实现叶片气膜孔未穿透情况的高精度识别，在无其它与放电无关的异常状态出现的情况下，气膜孔的未穿透识别度可达100％。

本发明提供的航空叶片气膜孔的穿透检测工艺通过测量电极丝损耗的方式，实现叶片气膜孔是否穿透的识别，无任何附加设备成本；通过坐标系的切换，在不增加任何其它设备的情况下，实现了测量坐标系和加工坐标系的共存，既满足了测量要求，又满足了加工要求；基于工艺手段实现的穿透检测不受放电过程、环境噪音、冲液状态、放电参数等的影响，可靠度和识别度更高、更可靠。

实施例1：

如图1所示，在航空叶片4上加工多个气膜孔，具体的穿透检测工艺技术包括，首先根据航空叶片4的图纸确定每一个要加工的气膜孔在叶片表面的位置基准点和气膜孔的深度；再根据前期其他气膜孔加工数据或者基于试验叶片气膜孔的加工数据，确定如图1中航空叶片4上的气膜孔加工时，电极丝的最大损耗量、电极伺服给进主轴的最大进给量；当确认好上述参数后，根据航空叶片4型面上气膜孔的位置，以电极丝导向器3最前端面中心点为主轴基准点，设定在加工时，气膜孔在叶片表面的位置基准点与主轴基准点之间的距离为一个给定数值，然后在加工坐标系中，以主轴基准点、气膜孔在叶片表面的位置基准点设定X、Y、Z、B、C坐标轴及电极丝伺服进给轴1在加工坐标系下的加工基准位置；在设定的加工基准坐标位置，移动电极丝伺服进给轴1，直至电极丝2与叶片表面接触感知，在各轴都处于静止状态下，设定加工坐标系下电极丝伺服进给轴1的坐标为零；接着在忽略接触感知的情况下，将电极丝伺服进给轴1抬起一个设定的距离后，开始电极丝2放电修整，直至将电极丝2伺服进给到设定的修整进给量为止，电极丝伺服进给轴1回退至开始加工位置，此时确保电极丝2顶部为平整状态；保持各轴位置不动，在加工坐标下移动电极丝伺服进给轴1，直至电极丝2与叶片表面第二次接触感知，此时设定电极丝伺服进给轴1的坐标值为零(修正坐标零点)；在忽略接触感知的情况下，将电极丝伺服进给轴1抬起一个设定的距离；将坐标系切换至测量坐标系下，此时电极丝伺服进给轴1保持不动，通过移动机床的X、Y、Z轴将电极丝移动至指定位置，并与损耗检测准面5接触感知，在测量坐标系设定X、Y、Z轴及电极丝伺服进给轴1的坐标为零，然后通过移动Z轴的方式，将电极丝与电极丝损耗检测准面5脱离接触感知；将坐标系切换至加工坐标系，将X、Y、Z轴移动至加工坐标系下设定的基准坐标位置，电极丝伺服进给轴1加工深度设定为电极丝伺服进给轴1的最大进给量，开始放电加工，加工完成后电极丝伺服进给轴1回退至开始加工位置；将坐标系切换至测量坐标系下，将X、Y、Z轴移动至测量坐标系下的零点位置，然后移动电极丝伺服进给轴1，直至电极丝与损耗检测准面5接触感知，将此时电极丝伺服进给轴1的坐标值就是电极丝的损耗量；计算电极丝的最大进给量减去电极丝的损耗量的数值，该数值就是电极丝的加工深度值；当加工深度值大于图纸给定的气膜孔深度时，按照前述步骤加工下一个气膜孔；当加工深度值小于图纸给定的气膜孔深度时，则报警提示气膜孔未被穿透，并执行未穿透的处理程序。

本发明将基于基础叶片气膜孔穿透数据、叶片厚度数据、气膜孔的位置数，基于工艺技术手段，实现航空叶片气膜孔高精度低成本穿透检测。

这里首先需要说明的是，“向内”是朝向容置空间中央的方向，“向外”是远离容置空间中央的方向。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图1所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种航空叶片气膜孔的穿透检测工艺，其特征在于，包括如下步骤：

第一步：确定气膜孔参数、设备参数，并在加工工艺文件中设定好加工坐标系和测量坐标系；

第二步，在加工坐标系下，设定主轴基准点、加工基准位置和电极丝伺服进给轴坐标零点；

第三步，进行电极丝放电修整，然后设定电极丝伺服进给轴坐标修正零点；

第四步，在测量坐标系下，设定电极丝伺服主轴的测量坐标零点；

第五步，切换至加工坐标系下，开始气膜孔加工；

第六步，切换至测量坐标系下，获得气膜孔加工的电极丝损耗量参数；

第七步，气膜孔穿透判断，计算电极丝的加工深度值；

第八步，当加工深度值大于气膜孔参数中的气膜孔深度时，按照第一步到第七步加工下一个气膜孔；当加工深度值小于气膜孔参数中的气膜孔深度时，则报警提示气膜孔未被穿透，并执行未穿透的处理程序；

在第一步中，气膜孔参数包括根据叶片图纸确定的每一个要加工的气膜孔在叶片表面的位置基准点和气膜孔的深度；设备参数包括根据前期加工数据或者基于叶片气膜孔加工数据，确定的气膜孔加工时，电极丝的最大损耗量和电极伺服给进主轴的最大进给量。

2.根据权利要求1所述的航空叶片气膜孔的穿透检测工艺，其特征在于，在第一步中，加工坐标系为电极丝伺服进给轴加工气膜孔时的移动坐标系；测量坐标系为机床移动以带动电极丝靠近或远离损耗检测准面时的移动坐标系。

3.根据权利要求1所述的航空叶片气膜孔的穿透检测工艺，其特征在于，在第二步中，主轴基准点是根据叶片型面上气膜孔的位置，以电极丝导向器最前端面中心点作为主轴基准点；第二步中，确定主轴基准点后，在设备中设定一给定数值，该给定数值为在加工时，气膜孔在叶片表面的位置基准点与主轴基准点之间的距离。

4.根据权利要求3所述的航空叶片气膜孔的穿透检测工艺，其特征在于，在第二步中，加工基准位置是在以主轴基准点、气膜孔在叶片表面的位置基准点为基础设定的X、Y、Z、B、C坐标轴的加工坐标系中下的加工基准位置。

5.根据权利要求4所述的航空叶片气膜孔的穿透检测工艺，其特征在于，在第二步中，电极丝伺服进给轴坐标零点为在设定的加工基准位置处移动电极丝伺服进给轴，直至电极丝与叶片表面接触感知，在各轴都处于静止状态下时电极丝伺服进给轴所在位置为坐标零点；在第三步中，电极丝伺服主轴的测量坐标零点为电极丝放电修整结束后，保持各轴位置不动，在加工坐标系下移动电极丝伺服进给轴，直至电极丝与叶片表面第二次接触时，此时电极丝伺服进给轴所在坐标值为修正坐标零点。

6.根据权利要求3所述的航空叶片气膜孔的穿透检测工艺，其特征在于，在第三步中，电极丝放电修整为在忽略接触感知的情况下，电极丝伺服进给轴从坐标零点向上抬起一个给定数值后，进行的放电修整过程，放电修整到将电极丝伺服进给到设定的修整进给量为止，电极丝伺服进给轴回退至加工基准位置，此时确保电极丝顶部为平整状态。

7.根据权利要求5所述的航空叶片气膜孔的穿透检测工艺，其特征在于，在第四步中，测量坐标零点的设定过程是在电极丝与叶片表面第二次接触后，在忽略接触感知的情况下，将电极丝伺服进给轴抬起一个给定数值，将坐标系切换至测量坐标系下，此时电极丝伺服进给轴保持不动，通过移动机床的X、Y、Z轴将电极丝移动至与损耗检测准面接触感知，此时电极丝伺服进给轴在测量坐标系中所处的坐标点设定为测量坐标零点；测量坐标零点设定后，然后通过移动机床Z轴的方式，将电极丝与损耗检测准面脱离接触。

8.根据权利要求1所述的航空叶片气膜孔的穿透检测工艺，其特征在于，在第五步中，气膜孔加工过程包括将机床的XYZ轴移动至加工坐标系下设定的加工基准位置，电极丝伺服进给轴加工深度设定为电极伺服轴的最大进给量，开始放电加工，加工完成后电极丝伺服进给轴回退至主轴基准点。

9.根据权利要求1所述的航空叶片气膜孔的穿透检测工艺，其特征在于，在第六步中，电极丝损耗量参数的获得过程是，将坐标系切换至测量坐标系下，将机床的X、Y、Z轴移动至测量坐标系下的零点位置，然后移动电极丝伺服进给轴，直至电极丝与损耗检测准面接触，此时电极丝伺服进给轴的坐标值就是电极丝的损耗量；在第七步中，电极丝的加工深度值是将电极丝伺服进给轴的最大进给量减去电极丝的损耗量的数值，该数值就是电极丝的加工深度值。

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