龔帆 龍寬 楊子一

摘要：本項目提供了一種用于測量大型轉子組件葉尖、流道半徑值的測量方法，解決了現(xiàn)有技術中無法全方位檢測大型轉子組件技術難題，以及數(shù)字化測量程序和自動批量數(shù)據(jù)處理程序的運用，并介紹了其檢測思路與方法。

關鍵詞：轉子組件;計量型三坐標;自動化

中圖分類號：P204 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2021）09-0009-03

1 ?測量目的

XX7大型轉子組件作為發(fā)動機的核心零件，主要與壓氣機匣組件組合，產(chǎn)生功率并傳遞，其每個葉尖和流道的截面點半徑尺寸質量好壞直接影響發(fā)動機的安全性和氣動性能，在航機生產(chǎn)中占核心地位。目前我公司轉子組件類零件普遍具有自重大、中軸長等特點，造成檢測過程裝夾難度大、自動化程度低、測量數(shù)據(jù)不穩(wěn)定等問題，嚴重制約了科研生產(chǎn)進度。同時隨著公司產(chǎn)量及研制新機種類不斷增加，該類零件測量問題更加凸顯，急需就典型零件檢測現(xiàn)狀進行分析，開展測量技術研究。

XX7轉子組件也是研制機的核心件，主要檢測一級葉片盤（15片）、二（21片）、三級葉片盤（22片），以及二、三盤的流道，每個葉片和流道都需計量三個截面的徑向R尺寸。檢測現(xiàn)狀如下：①零件裝夾方式落后，組合超重，多次旋轉裝夾，安全隱患突出。②探針配置未固化，調試時間長。探針數(shù)較多，每次測量前需要反復調試測頭，導致測頭準備時間長達0.5小時，若測頭角度把握不準，程序將運行不暢。③測量路徑、參數(shù)不夠優(yōu)化，葉尖截面點R尺寸測量結果不穩(wěn)定。轉子葉片的均布誤差大，測量時極易受到葉片均布變化的影響，使測頭程序中斷，檢測效率低。④測量結果數(shù)據(jù)量大，數(shù)據(jù)處理效率低，人為錯誤風險高。

為了提高工作效率，同時保證數(shù)據(jù)的準確性，需研究裝夾方式，設計專用夾具，解決轉臺超載超高的問題，結合計量型三坐標的自動轉臺，實現(xiàn)了自動測量，數(shù)據(jù)自動處理分析、自動輸出報告，快速得到了每片葉片的R值，能夠直觀的反映出每片的數(shù)據(jù)結果，便于分析?？s短測量和處理轉子葉片數(shù)據(jù)的時間，大幅提高檢測效率，能夠滿足公司逐年增長的產(chǎn)品檢測需求。

2 ?原有測量方法

XX7轉子目前選擇計量三坐標機接觸式采點測量，由于轉子高度和重量的限制，在測量過程中要用到輔助支撐工裝，多次裝夾手動測量完成，得到每個葉片截面高度方向上的R數(shù)據(jù)點結果，再通過人工對數(shù)據(jù)進行分析結果。

2.1 高穩(wěn)定性測頭配置優(yōu)化研究

根據(jù)零件結構特點，目前探針配置星型針采用4個配置100mm加長桿的？準2mm探針和1個配置400mm加長桿的？準5mm主探針進行測量，問題如下：

①需使用的吸盤、測頭較多，每次測量前需要反復調試測頭，導致測頭準備時間長達0.5小時。

②使用星型測頭測量，首先在此測量過程中，由于測桿長、測頭多導致測量結果穩(wěn)定性差。若測頭角度把握不準，程序將運行不暢。

2.2 組件輕量化穩(wěn)固裝夾優(yōu)化研究

由于壓氣機轉子組件結構特點，目前我們采取立式裝夾進行測量，運用2個200mm的V型鐵和2個150mm的V型鐵組合支靠零件，并直接固定在三坐標大理石平臺上。再通過根據(jù)中心基準和角向位置，兩次找正建立坐標系，運用星型測頭測量葉片、輪轂徑向方向上半徑值，待4個方向測完后，重新裝夾，轉子零件人為的繞軸旋轉30°測量該4個方向上的徑向R值，以此循環(huán)測量。需裝夾四次才能完成整個測量，安全隱患突出。

2.3 數(shù)字化測量程序技術的研究

由于大型轉子組件高度和重量的限制，在測量過程中要用到輔助支撐工裝，多次裝夾手動測量完成，得到每個葉片截面高度方向上的R數(shù)據(jù)點結果，測量程序問題如下：

①轉子組件的葉片外流道及輪轂外流道R尺寸，零件的外形和重量限制了測頭的方式，為了防止干涉，測量路徑和安全路徑無法自動編程，只能手動測量，在程序運行中，路徑運行時間占整個程序運行時間的30%。

②轉子葉片的均布誤差大，測量時極易受到葉片均布變化的影響，使測頭程序中斷，無法順利測量，單件測量中斷次數(shù)平均在5次以上。完成一次裝夾只能測量4個方向上的葉片，測完所有葉片需要手動旋轉零件3次，檢測效率低。

2.4 數(shù)據(jù)處理的研究

該轉子組件需測174個葉尖點R和48個流道點R，用星型測頭測完所有葉尖和流道的R尺寸后，通過點擊查看每個點的數(shù)據(jù)半徑值，根據(jù)以上數(shù)據(jù)處理過程，平均每個截面需要0.5分鐘，數(shù)據(jù)處理將近2小時，手動處理數(shù)據(jù)容易造成人為誤差，數(shù)據(jù)量大，易出現(xiàn)筆誤。結果重復性差，各截面點的重復精度在0.013左右。

3 ?XX7轉子組件改進方案的實施

3.1 高穩(wěn)定性測頭配置優(yōu)化

3.1.1 測頭穩(wěn)定性分析

以一次裝夾完成測量為前提，根據(jù)轉子組件上葉片的排列特點，根據(jù)以往的經(jīng)驗調節(jié)出穩(wěn)定型L型單測頭，并對該測頭配置方式進行穩(wěn)定性試驗，選用標稱值？準99.999mm標準量環(huán)分別進行星型測頭、L型測頭對比測量試驗，具體試驗情況如表1。

根據(jù)表中的三次實驗數(shù)據(jù)，L型單測頭測量結果尺寸變化量在-0.0013～0.0007，較星型測頭數(shù)據(jù)（-0.0015～0.0032）更加穩(wěn)定。通過反復實驗嘗試，配置穩(wěn)定可靠且最大限度的不引起干涉，解決測頭角度把握不準，程序將運行不暢的問題。

3.1.2 測頭的固化

通過設計好的三維測頭裝夾方式、配備吸盤和測頭，將申請的輔助工具做好定置框架，固化探針配置，調試時間長，并做好定制管理，固定在該程序中使用，很大程度上減少了測頭準備時間0.5小時。

3.2 轉子組件輕量化穩(wěn)固裝夾改進

3.2.1 設計要點分析

組件結構及尺寸特點，具體設計要求如下：

①必須要保證直徑為？準296.05mm離心葉輪支靠面借助合理設計穩(wěn)固的裝夾在300mm直徑轉臺上。

②必須滿足離心葉輪支靠面墊高250mm以上，并將組合重量控制在25kg以內。

根據(jù)以上兩點，研究出夾具支撐零件的高度在270mm，配合中心基準直徑為？準296.05mm，四柱采用空心的專用測具，底板采用鋁質結構，保證專用夾具盡量的輕，控制在5kg以內。

3.2.2 圖紙的繪制及制造

UG軟件進行初步的三維建模，再通過修改相關尺寸和特征，完成最終建模并出圖，利用測量夾具裝夾壓氣機轉子組件結合自動轉臺試用確認無誤，實現(xiàn)了一次裝夾定位完成測量。

3.2.3 專用夾具的運用

專用夾具的特點：該夾具比之前的輔助V型裝置輕，裝夾方便，安裝面直接與基準離心葉輪端面支靠，可以有效的固定好零件，反復定位基準，該專用夾具的設計解決了大型轉子無法結合轉臺自動測量的瓶頸問題，為程序的連貫性打下了很好的基礎。

3.3 測量程序的改進

3.3.1 數(shù)字化編程思路

做好測頭提前準備，測頭不能隨意更改換用，研究出測頭的裝夾角度的合理性，以一次裝夾實現(xiàn)整個轉子測量為前提的編制思路，最終實現(xiàn)自動測量、自動處理數(shù)據(jù)、自動輸出數(shù)據(jù)的程序編制，使程序完全自動化。（圖1）

3.3.2 測量不穩(wěn)定的優(yōu)化和中斷優(yōu)化

基準的確定，測量要素的采集、處理均布誤差對葉片截面半徑測量影響。手動對基準的數(shù)據(jù)進行采集，建立坐標系后，自動精準測量各基準，均布誤差的測量、由于葉片截面厚度只有0.2mm至1.5mm，均布誤差直接影響測頭踩空，從而影響程序的連貫性和測量精度，利用指令FINDPT找正葉盆葉背，精確找到葉片截面的中心位置，消除均布誤差引起的中斷影響。利用L型測頭結合轉臺聯(lián)動智能化測量，解決了測量程序不穩(wěn)定和重復精度低的問題。

3.3.3 路徑優(yōu)化

通過參數(shù)的設置，運用點指令POINT、循環(huán)語句DO測量葉片盤葉尖截面的R徑向值，循環(huán)測量每個葉片至程序編制完成，通過全方位的調試實驗，確定相關測量參數(shù)的最佳值，從而得到最佳的測量結果。最終實現(xiàn)程序自動化檢測，縮短單件測量時間1h。

3.4 XX7轉子組件數(shù)據(jù)處理方法的改進

3.4.1 數(shù)據(jù)自動收集

開發(fā)QUINDOS三維數(shù)字化測量程序，編寫高效的測量程序，對測量結果（每個葉片截面位置的徑向半徑R）進行自動收集COLAPT，運用指令GETVALS對所需要的數(shù)據(jù)進行整理排序。

3.4.2 數(shù)據(jù)自動分析

開發(fā)QUINDOS數(shù)字化自動批量處理程序，實現(xiàn)自動化數(shù)據(jù)處理。通過開發(fā)軟件中的指令和相關參數(shù)的設定，實現(xiàn)了對自動分析出來的結果進行自動提取、補償、保存FMTOBJ，快速得到了每個截面上的半徑值，直觀的呈現(xiàn)數(shù)據(jù)處理結果。

3.4.3 數(shù)據(jù)自動輸出

使用指令OPEN，結合指令語言（LISEVA等）編輯，達到自動輸出每個截面上半徑的報告。

3.4.4 數(shù)據(jù)的重復性

運用改進后的方案，對轉子重復裝夾兩次，測量結果重復精度（如圖3），圖中是以截面高度13.26為列，兩次測量結果的重復精度最大為0.004，明顯優(yōu)于改進前的重復精度0.013。

通過設計專用夾具和測頭，實現(xiàn)了一次裝夾完成整個測量;開發(fā)QUINDOS指令實現(xiàn)數(shù)字化自動測量，實現(xiàn)數(shù)據(jù)自動收集、自動處理分析并輸出報告，檢測報告完成時間有原來的人工數(shù)據(jù)處理2小時/件減少到只需1分鐘，單件檢測時間由原來的8小時，控制在2小時以內，整體檢測效率提升80%。

4 ?結束語

通過反復實驗，改進后的這一方法總體上明顯優(yōu)于原有方法，結合自動轉臺解決了自動測量的瓶頸，測量數(shù)據(jù)穩(wěn)定，重復性好，在保證測量精度的前提下，大大提高了測量速度，同時提高了編程效率和測量及數(shù)據(jù)處理效率，保證了今后的工作順利進行。

參考文獻：

[1]李首文，何貴兵.自動技術在軟件測試過程中的研究與實施[J].科技信息，2011（15）.

[2]張玉，劉平主編.幾何量公差與測量技術[M].沈陽：東北大學出版社，1999.

[3]路義萍，李偉力，馬賢好，等.大型空冷汽輪發(fā)電機轉子溫度場數(shù)值模擬[J].中國電機工程學報，2007，27（12）：7-13.

作者簡介：龔帆（1986-），男，湖南常德人，本科，工程師，技術員，研究方向為航空發(fā)動機領域。