CN115781460A - 航空发动机叶片叶根量规圆锥型面加工方法和加工夹具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机械加工技术领域，公开一种航空发动机叶片叶根量规圆锥型面加工方法，确定圆锥型面旋转中心，设计装夹叶根量规并在装夹后使圆锥型面母线保持水平的夹具，圆锥型面由砂轮进行磨削加工，使夹具旋转，带动叶根量规旋转完成圆锥型面的磨削，圆锥型面的旋转中心和夹具的旋转中心重合；叶根量规在圆锥型面倾斜低端的端面上设有标记物，标记物中心在端面上的投影位于圆锥型面倾斜低端圆弧的垂直于底面的半径线上，标记物中心投影在端面的高度为双角度斜面燕尾槽槽底至叶根量规底面距离值的一半；建立叶根量规模型并设计标记物，得模型中标记物中心与圆锥型面母线的垂直距离；磨削时检测该垂直距离，直至与模型中的垂直距离无限接近或相等。

Description

航空发动机叶片叶根量规圆锥型面加工方法和加工夹具

技术领域

本发明涉及零件机械加工技术领域，具体地，涉及一种航空发动机叶片叶根量规圆锥型面加工方法和加工夹具。

背景技术

航空发动机叶片型面在加工、检测过程中需要借助一种叶根型面量规，如图1～4所示，用于检测航空发动机叶片叶根型面，由特定圆锥型面和双角度斜面燕尾安装槽构成，圆锥型面与燕尾槽对称中心面及量规台阶侧面的交点与燕尾槽底面垂直距离(即图1中的L1尺寸)控制了叶根量规的尺寸精度。

采用该叶根量规进行叶片检测时，以叶片叶根部分定位安装在双角度斜面燕尾槽中，贴合好，以塞片刀口尺检查叶形与圆锥型面之间的透光和间隙，来判断检测叶根部分加工是否合格。该叶根量规能快速检测叶片质量，大大提升检测效率。

如公告号为CN202648640U的专利公开一种汽轮机叶片叶根检测模块，该检测模块本体的中部设置有与叶片叶根匹配的叶根型线槽，叶根型线槽上方的检测模块本体表面设置有测量面，该测量面能与叶片叶根的叶根圆锥面进行匹配检测，所述叶根型线槽下方的检测模块本体为基座，所述检测模块通过叶根型线槽来模拟叶片叶根的装配状态，通过所述测量面与叶片叶根比较的方式来检测叶片叶根的加工尺寸是否符合工艺要求。该汽轮机叶片叶根检测模块设计小巧精密、操作装夹方便、检测方式简单明了，也是显著提高了叶片叶根检测的准确度和检测效率。

然而，目前并没有一种较好的方式来对这类叶根量规的圆锥型面进行快捷加工，利用常见的加工设备加工这类圆锥型面时，一般采用多功能平口钳装夹，无法实现沿发动机轴心方向的旋转加工，工艺复杂，且加工精度往往达不到。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的缺陷，提供一种航空发动机叶片叶根量规圆锥型面加工方法，所述加工方法能保证圆锥型面的加工精度及圆锥型面和双角度斜面燕尾槽之间的相对尺寸精度。

本发明同时提供一种实现所述加工方法的加工夹具。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种航空发动机叶片叶根量规圆锥型面加工方法，叶根量规包括用于检测叶形的圆锥型面、与圆锥型面相对设置的底面和设于圆锥型面和底面之间的供叶根部分插入定位的双角度斜面燕尾槽，双角度斜面燕尾槽槽底中心轴线与发动机轴心成一夹角；确定圆锥型面的旋转中心，设计装夹叶根量规并在装夹后使圆锥型面母线保持水平状态的夹具，圆锥型面由砂轮进行磨削加工，通过使夹具旋转，带动叶根量规旋转完成圆锥型面的磨削，圆锥型面的旋转中心和夹具的旋转中心重合；

叶根量规在圆锥型面倾斜低端的端面上设有标记物，标记物在端面上所处的位置遵循：标记物中心在所述端面上的投影位于圆锥型面倾斜低端的圆弧的垂直于底面的半径线上，标记物中心所述投影在端面上所处的高度为双角度斜面燕尾槽槽底至叶根量规底面距离值的一半；

对设置好标记物的叶根量规实物进行尺寸检测，测得标记物中心与双角度斜面燕尾槽上靠近标记物的斜面的垂直间距、标记物中心与双角度斜面燕尾槽槽底的垂直间距及标记物中心至所述端面的垂直间距；通过制图软件建立叶根量规模型，在模型上设计所述标记物，并使所述标记物位置满足各所述垂直间距，得出模型中标记物中心与圆锥型面母线的垂直距离；在磨削圆锥型面时，通过检测标记物中心与圆锥型面母线的加工垂直距离，直至所述加工垂直距离与叶根量规模型中的垂直距离无限接近或相等。

进一步地，标记物中心在所述端面上所处的高度为所述距离值的一半取整。

更进一步地，所述标记物为工艺球体，工艺球体直径为Ф6～Ф8。

再进一步地，工艺球体安装在一根圆柱杆上，叶根量规所述端面上开设有供圆柱杆安装的盲孔。

进一步地，叶根量规圆锥型面需至少保证0.5～0.6mm的磨削量。

一种实现如上所述加工方法的加工夹具，包括用于夹持叶根量规所述端面及与该端面相对的表面的压板和底座，压板与端面接触，底座与所述表面接触，底座和压板之间串接有能促进稳定夹持的紧固杆，底座上还设有与叶根量规所述底面接触并起限位作用的底面定位销、与叶根量规底面两侧侧面接触并起限位作用的侧面定位销；底座上还设有与压板接触的支撑，支撑用于保证压板在对叶根量规进行夹持时保持平整状态；底座上还安装有两端具有顶尖孔的芯棒，芯棒垂直于底座设置，芯棒、支撑、紧固杆、底面定位销、侧面定位销均平行设置，夹具通过芯棒上的顶尖孔安装在砂轮设备上，芯棒在砂轮设备上倾斜安装，倾斜角度与圆锥型面的锥角角度相等；圆锥型面的旋转中心位于芯棒的轴线上。

进一步地，所述压板为两块，在叶根量规所述端面均匀布置。

进一步地，所述紧固杆为双头螺栓，底座上开设有螺纹孔安装紧固杆，紧固杆贯穿压板后通过带肩螺母锁紧。

更进一步地，底座上的螺纹孔处还安装有紧定螺钉。

进一步地，所述支撑为调节支撑，调节支撑靠近底座的端部为螺纹端，底座上开设螺孔供调节支撑安装，调节支撑螺纹端套设螺母。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本加工方法将叶根量规圆锥型面的旋转虚轴由空间虚拟线转化为实际旋转线，通过设计夹具夹持叶根量规，使圆锥型面母线保持水平与砂轮接触，随着夹具的旋转带动叶根量规旋转，顺利完成砂轮对圆锥型面的磨削；

通过设计工艺球，将圆锥型面与双角度斜面燕尾槽之间的相互尺寸关系转换为工艺球与圆锥型面母线之间的垂直距离，磨削加工时，仅需保证加工该垂直距离到尺寸，即可保证叶根量规的结构尺寸精度，从而保证叶片叶根部分的精准检测。

附图说明

图1为背景技术中叶根量规的结构示意图；

图2为图1中叶根量规的俯视图；

图3为图1中B-B剖面图；

图4为图1中叶根量规的右视图；

图5为图1中叶根量规上标记物中心至双角度斜面燕尾槽上相关结构的垂直间距示意；

图6为图1中叶根量规上标记物中心至端面的垂直间距示意；

图7为实施例2所述加工夹具的主视图；

图8为图7中加工夹具的俯视图；

图9为实施例2中加工夹具夹持叶根量规进行磨削的结构示意图。

具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本技术方案进行详细阐述。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，但是，本申请还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本申请的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

另外，在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，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申请的限制。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一个或者更多该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，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，还可以是通信；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。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申请中的具体含义。

在本申请中，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。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申请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。

实施例1

一种航空发动机叶片叶根量规圆锥型面加工方法，叶根量规1结构如图1～图4所示，其包括用于检测叶形的圆锥型面11、与圆锥型面相对设置的底面12和设于圆锥型面和底面之间的供叶根部分插入定位的双角度斜面燕尾槽13，双角度斜面燕尾槽槽底中心轴线与发动机轴心成一夹角，双角度斜面燕尾槽13采用常规加工；本加工方法是在双角度斜面燕尾槽加工完后对圆锥型面进行加工，具体为根据圆锥型面11的圆弧走向，确定圆锥型面的旋转中心，设计可装夹叶根量规并在装夹后能使圆锥型面母线保持水平状态的夹具4，此时圆锥型面可便于砂轮2进行磨削加工，其中，圆锥型面11的旋转中心和夹具4的旋转中心需重合；通过使夹具4旋转，带动叶根量规1旋转即可完成圆锥型面11的磨削。

为保证圆锥型面的加工精度及圆锥型面与双角度斜面燕尾槽的相对尺寸精度，叶根量规在圆锥型面倾斜低端的端面14上设置一标记物3，标记物所处的位置有一定讲究，即标记物3中心在端面14上的投影位于圆锥型面倾斜低端的圆弧的垂直于底面的半径线上，标记物3中心的投影在其所在端面14上所处的高度为双角度斜面燕尾槽槽底至叶根量规底面12距离值的一半，当该距离值的一半为非整数时，根据四舍五入原则取整为佳。

对设置好标记物的叶根量规实物进行尺寸检测，如图5所示，测得标记物中心与双角度斜面燕尾槽上靠近标记物的斜面的垂直间距(参见图5中的2.972尺寸)、标记物中心与双角度斜面燕尾槽槽底的垂直间距(参见图5中的0.865尺寸)及标记物中心至所述端面的垂直间距(参见图6中的10尺寸)；通过制图软件建立叶根量规模型，在模型上按上述位置描述设计标记物，并使标记物位置满足在实物上所测得的各垂直间距尺寸，之后对模型图进行视图转换，得出圆锥型面旋转中心与标记物中心在端面14上的投影之间的横向垂直距离和竖向垂直距离，同时得出标记物3中心与圆锥型面11母线的垂直距离；在夹具装夹叶根量规进行磨削时，需保证夹具的旋转中心与标记物中心之间的位置关系满足上述横向垂直距离和竖向垂直距离；磨削圆锥型面11时，通过测量标记物3中心与圆锥型面11母线的加工垂直距离，直至该加工垂直距离与叶根量规模型中的垂直距离无限接近或相等，即为圆锥型面尺寸加工到位。

本加工方法主要是将叶根量规圆锥型面11的旋转虚轴由空间虚拟线转化为实际旋转线，通过设计夹具4夹持叶根量规，使圆锥型面11母线保持水平与砂轮2接触，随着夹具4的旋转带动叶根量规1旋转，顺利完成砂轮对圆锥型面的磨削，解决圆锥型面加工定位难问题；通过设计标记物作为中间载体，将圆锥型面与双角度斜面燕尾槽之间的相互尺寸关系转换为标记物与圆锥型面母线之间的垂直距离，在叶根量规各基础尺寸合格的情况下，只要该垂直距离合格，就能保证叶根量规的结构精度，因此，砂轮磨削加工时，仅需保证加工该垂直距离到尺寸，在能保证精度的前提下大大简化了加工工艺。

为更便于磨削加工过程中的尺寸测量，可将标记物3设计为工艺球体，工艺球体直径一般选用Ф6～Ф8mm，工艺球体安装在一根Ф5mm的圆柱杆上，叶根量规该端面上则开设有供圆柱杆安装的盲孔，圆柱杆插入盲孔中，盲孔深度一般取10～15mm。

叶根量规圆锥型面11需至少保证0.5～0.6mm的磨削余量，砂轮磨削进行2～3次，第一次粗磨后，由钳工平台测量实际圆锥型面母线到工艺球体球心的距离(这种距离尺寸测量属于常规的测量方式，在此不作详细说明)，计算出该距离与模型图中得出的该尺寸有多少余量，再第二次磨削留0.05～0.1mm磨量，再测量前述距离，第三次磨削合格。

实施例2

提供一种实现实施例1中加工方法的加工夹具，如图7和图8所示，其包括用于夹持叶根量规安装工艺球体的端面14及与该端面相对的表面的压板41和底座42，压板41与端面14接触，底座42与表面接触，底座42和压板41之间串接有能促进稳定夹持的紧固杆51，紧固杆51为双头螺栓，底座42上开设有螺纹孔安装紧固杆一端，紧固杆51另一端贯穿压板41后通过带肩螺母52锁紧；底座42上的螺纹孔处还安装有紧定螺钉53，能进一步提高磨削加工中的夹持稳定性和安全性。

叶根量规1在夹持时需以底面12(底面为与圆锥型面相对的面)及位于底面两侧的侧面作为定位基准，才能满足圆锥型面的加工及精度要求，因此底座42上还设有与叶根量规底面12接触的底面定位销61、与叶根量规侧面接触的侧面定位销62，底面定位销61和侧面定位销62能对叶根量规在磨削过程中起支撑及止动作用；底座42上还设有与压板41接触的支撑71，支撑71用于保证压板41在对叶根量规进行夹持时保持平整状态，支撑71为调节支撑，以适应不同尺寸叶根量规的加工；调节支撑靠近底座42的端部为螺纹端，底座42上开设螺孔供调节支撑安装，调节支撑该螺纹端套设螺母72，松开螺母，即可旋转调节支撑来调节压板的位置高低，在调节到位后，旋紧该螺母72即可。

支撑71和底面定位销61分别位于紧固杆51的两侧，以便更好地平衡压板受力；压板41一般设置两块，在叶根量规该端面上分散均匀布置。

如图9所示，底座42上还插设有两端具有顶尖孔的芯棒8，芯棒8垂直于底座42设置，芯棒、支撑、紧固杆、底面定位销、侧面定位销均平行设置，夹具4通过芯棒8上的顶尖孔安装在砂轮设备上，芯棒8在砂轮设备上倾斜安装，倾斜角度与圆锥型面的锥角角度(见图4中的β角)相等；圆锥型面11的旋转中心位于芯棒8的轴线上。芯棒在底座上的插入位置不作具体要求，在将夹持了叶片量规的夹具安装到砂轮设备上时，芯棒安装好后(砂轮设备工作台上安装了装夹芯棒的顶尖座，通过使工作台旋转角度即可满足芯棒倾斜需求角度)，将叶片量规圆锥型面与砂轮对正即确定了底座在芯棒上所处的位置。

芯棒8为夹具4提供旋转支撑，固定圆锥型面上圆弧的旋转半径，芯棒两端的顶尖孔可实现在普通内磨、工具磨、外圆磨等机床上的加工。

采用上述加工方法和加工夹具加工出来的叶根量规，经过三坐标测量数据对比验证，其加工精度可达到±0.01mm范围内，充分满足了叶根量规的制造精度要求。

本发明的加工夹具体积小、装夹方便、调整灵活，简化了叶根量规的加工工艺，降低了加工难度，加工方法可扩展至以各种齿型定位的各种类型叶根量规的加工，如尾部单角度燕尾槽量规、双角度燕尾槽量规、单角度直槽、双角度直槽圆锥面、圆柱面量规等。

实施例3

本实施例与实施例2的区别之处在于支撑的结构不同，本实施例的支撑为固定连接在底座上的伸缩杆，伸缩杆的伸缩端与压板接触，伸缩端外表面设有压扣，伸缩杆上开设多个孔洞供压扣弹出。需调节支撑高度时，移动伸缩端至需求位置，使压扣从对应位置处的孔洞弹出卡紧即可。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明的技术方案所作的举例，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。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种航空发动机叶片叶根量规圆锥型面加工方法，其特征在于，叶根量规包括用于检测叶形的圆锥型面、与圆锥型面相对设置的底面和设于圆锥型面和底面之间的供叶根部分插入定位的双角度斜面燕尾槽，双角度斜面燕尾槽槽底中心轴线与发动机轴心成一夹角，所述加工方法为确定圆锥型面的旋转中心，设计装夹叶根量规并在装夹后使圆锥型面母线保持水平状态的夹具，圆锥型面由砂轮进行磨削加工，通过使夹具旋转，带动叶根量规旋转完成圆锥型面的磨削，圆锥型面的旋转中心和夹具的旋转中心重合；

叶根量规在圆锥型面倾斜低端的端面上设有标记物，标记物在端面上所处的位置遵循：标记物中心在所述端面上的投影位于圆锥型面倾斜低端的圆弧的垂直于底面的半径线上，标记物中心所述投影在端面上所处的高度为双角度斜面燕尾槽槽底至叶根量规底面距离值的一半；对设置好标记物的叶根量规实物进行尺寸检测，测得标记物中心与双角度斜面燕尾槽上靠近标记物的斜面的垂直间距、标记物中心与双角度斜面燕尾槽槽底的垂直间距及标记物中心至所述端面的垂直间距；通过制图软件建立叶根量规模型，在模型上设计所述标记物，并使所述标记物位置满足各所述垂直间距，得出模型中标记物中心与圆锥型面母线的垂直距离；在磨削圆锥型面时，通过检测标记物中心与圆锥型面母线的加工垂直距离，直至所述加工垂直距离与叶根量规模型中的垂直距离无限接近或相等。

2.根据权利要求1所述的航空发动机叶片叶根量规圆锥型面加工方法，其特征在于，标记物中心在所述端面上所处的高度为所述距离值的一半取整。

3.根据权利要求1或2所述的航空发动机叶片叶根量规圆锥型面加工方法，其特征在于，所述标记物为工艺球体，工艺球体直径为Ф6～Ф8mm。

4.根据权利要求3所述的航空发动机叶片叶根量规圆锥型面加工方法，其特征在于，工艺球体安装在一根圆柱杆上，叶根量规所述端面上开设有供圆柱杆安装的盲孔。

5.根据权利要求1所述的航空发动机叶片叶根量规圆锥型面加工方法，其特征在于，叶根量规圆锥型面需至少保证0.5～0.6mm的磨削量。

6.一种实现如权利要求1～5任意一项所述加工方法的加工夹具，其特征在于，包括用于夹持叶根量规所述端面及与该端面相对的表面的压板和底座，压板与端面接触，底座与所述表面接触，底座和压板之间串接有能促进稳定夹持的紧固杆，底座上还设有与叶根量规所述底面接触并起限位作用的底面定位销、与叶根量规底面两侧侧面接触并起限位作用的侧面定位销；底座上还设有与压板接触的支撑，支撑用于保证压板在对叶根量规进行夹持时保持平整状态；底座上还安装有两端具有顶尖孔的芯棒，芯棒垂直于底座设置，芯棒、支撑、紧固杆、底面定位销、侧面定位销均平行设置，夹具通过芯棒上的顶尖孔安装在砂轮设备上，芯棒在砂轮设备上倾斜安装，倾斜角度与圆锥型面的锥角角度相等；圆锥型面的旋转中心位于芯棒的轴线上。

7.根据权利要求6所述的航空发动机叶片叶根量规圆锥型面加工夹具，其特征在于，所述压板为两块，在叶根量规所述端面均匀布置。

8.根据权利要求6所述的航空发动机叶片叶根量规圆锥型面加工夹具，其特征在于，所述紧固杆为双头螺栓，底座上开设有螺纹孔安装紧固杆，紧固杆贯穿压板后通过带肩螺母锁紧。

9.根据权利要求8所述的航空发动机叶片叶根量规圆锥型面加工夹具，其特征在于，底座上的螺纹孔处还安装有紧定螺钉。

10.根据权利要求6所述的航空发动机叶片叶根量规圆锥型面加工夹具，其特征在于，所述支撑为调节支撑，调节支撑靠近底座的端部为螺纹端，底座上开设螺孔供调节支撑安装，调节支撑螺纹端套设螺母。

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