低壓渦輪葉片鋸齒冠數字化檢測的研究

鄭 松 錢寶娟 孫海麗

（中航工業沈陽黎明航空發動機（集團）有限責任公司，遼寧 沈陽 110043）

1 概述

渦輪葉片的工作狀態是盆、背鋸齒冠相互搭接，由于盆向鋸齒冠一般設計為鋸齒形單斜面，因此其背向的鋸齒冠為雙斜式鋸齒形斜面。這樣，用三坐標測量工具檢測渦輪葉片的鋸齒冠所有角度和位置尺寸就非常麻煩，因為受加工工藝的限制，設計基準和加工基準往往不統一，為保證設計和裝配要求，工藝往往采用專用測量工裝進行測量。這就需要設計兩臺專用測具分別檢測盆、背鋸齒冠角度和位置尺寸，并通過設計一套葉片標準件對表來達到檢測目的。

2 渦輪葉片鋸齒冠的設計要求

2.1 葉片三維圖

低渦輪工作葉片是由鋸齒冠、葉身型面、下緣板單個榫齒構成，葉片依靠榫齒定位安裝在渦輪盤中，并通過鋸齒冠斜面相互搭接鎖緊，所以鋸齒冠斜面的空間位置無論從裝配還是性能上都是非常重要的部位，見下圖1。

圖1 葉片三維圖

2.2 葉片測量位置設計分析

由于背向鋸齒冠與下一個葉片的盆向鋸齒冠相搭接，,因此第一個葉片的盆向鋸齒冠的平面是繞發動機軸線旋轉2.5度成為下一個葉片的背向鋸齒冠平面。測具設計主要考慮將葉片放置便于檢測合適的位置，根據設計圖和規范規定，盆、背鋸齒冠角度和位置尺寸的位置度公差為0.2mm，標準件設計按葉片名義值設計，見下圖2。

圖2 葉片簡圖

3 測具結構的設計

3.1 盆向鋸齒冠測具的設計

定位是利用單齒兩側面、榫頭緣板側面B1點、鋸齒冠緣板側面B2點及某截面葉背向M點。測具設計應用六點定位原理，為了消除榫齒加工側面與齒牙垂直誤差，采用單齒微扭轉鎖緊機構。當需要扭轉時將NO:8插銷拔出使定位塊NO:12繞支座NO:11旋轉，旋轉到位時用NO:9將NO:11 NO:12鎖緊，如圖3，圖4所示。榫頭緣板X方向B1點采用R1與該點所在斜面相切的定位樣板定位，同樣鋸齒冠緣板X方向B2點采用R1與該點所在斜面相切的定位樣板定位；葉背向M點采用0.5寬樣板與該點所在截面曲線相切的定位樣板定位。測量表座設計與被測表面相平行的平面作為平臺,表座在該平臺上滑動測量，測量表采用杠桿數顯表測量葉片是否合格。

圖3 扭轉鎖緊機構示意圖

圖4 盆向鋸齒冠測量示意圖

圖5 背向鋸齒冠測量示意圖

3.2 背向鋸齒冠測具的設計

如圖5所示。定位也是利用單齒兩側面、榫頭緣板側面B1點、鋸齒冠緣板側面B2點及盆向鋸齒小斜面。測具設計應用六點定位原理，為了消除榫齒加工側面與齒牙垂直誤差，采用單齒微扭轉鎖緊機構。榫頭緣板X方向B1點采用R1與該點所在斜面相切的樣板定位，并利用已加工好的盆向鋸齒冠兩斜面定位。測量表座的設計是與被測表面相平行的的雙斜面作為平臺,表座在該平臺上滑動測量，測量表采用杠桿數顯表測量葉片是否合格。

3.3 盆、背鋸齒冠標準件的設計

圖6 盆、背鋸齒冠標準件

為了減少重復定位誤差，盆向鋸齒冠標準件與背向鋸齒冠標準件采用合并設計。模擬葉片形狀大小設計標準件,標準件榫齒齒牙形狀大小與葉片一致，榫頭緣板側面可以模擬成小平面，葉身型面M點模擬成圓弧型面，盆、背向鋸齒冠形狀、大小也與葉片一致，考慮剛性厚度加大。

為便于標注及檢測設計使用工藝球,建立各定位面與工藝球空間位置關系，并建立各定位面與測量面角度關系。主要是榫齒斜、側面與工藝球的距離和角度關系，盆向鋸齒冠的斜、側面直接標注和檢測至工藝球位置尺寸和角度關系；而背向鋸齒冠是通過沿與水平方向夾角看至背向鋸齒冠雙斜面到工藝球位置尺寸,并與盆向鋸齒冠斜面的角度關系，如圖6所示。

3.4 鋸齒冠測具及標準件

測具和標準件設計采用模塊化設計，利用UG三維建模，將測具各部件設計成參數化模塊，改變模塊結構尺寸，進行參數化驅動調試；將工裝模塊進行固化、邏輯智能設計調試設計，為今后再設計同類測具提高效率和質量，降低成本，縮短設計和制造周期。

結語

用兩套測具和一套標準件分別檢查盆、背鋸齒冠結構尺寸，此項設計既簡單，方便測量，又可以提高盆、背鋸齒冠相互位置精度。盆向鋸齒冠既用于磨盆向鋸齒冠對表面，又作為磨背向鋸齒冠的定位面，這樣，設計成一套標準件可以避免兩次制造產生的誤差，提高檢測精度。

測具和標準件通過葉片的檢測應用，達到了良好的效果。測具采用參數化設計減少了設計同類測具時間，大大地提高了設計工作效率；也為工裝設計開辟了新的設計思路和理念，同時也填補了工裝領域的技術空白。

[1]機械設計手冊【Z】.

[2]航空材料手冊【Z】.

[3]金屬材料與熱處理【Z】.

[4]新編金屬材料手冊.機械工業出版社【Z】.

[5]航空量具設計手冊【Z】.