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        葉片榫頭尺寸自動化檢測技術

        2024-04-08 03:54:52劉廷祥陳犇楊峰周由
        金屬加工(冷加工) 2024年3期
        關鍵詞:榫頭數(shù)模理論值

        劉廷祥,陳犇,楊峰,周由

        1.中國航發(fā)貴州黎陽航空動力有限公司 貴州貴陽 550000

        2.成都美奢銳新材料有限公司 四川成都 610000

        1 序言

        在航空發(fā)動機葉片的生產(chǎn)過程中,存在著大量的發(fā)動機渦輪葉片,其中某渦輪葉片榫頭形狀復雜,如圖1所示。葉片噴涂前需要準確檢測其榫頭上、中、下截面基線T位置處厚度L尺寸(見圖2)。由于葉片榫頭形狀不規(guī)則,全部由曲面組合而成,因此無論是在平臺上用打表法測量,還是用三坐標測量機檢測,均無法準確找正和建立坐標系,從而無法準確檢測出厚度尺寸L,成了生產(chǎn)檢測中的難題。同時導致下工序噴涂厚度無法確定,嚴重影響葉片制造質(zhì)量,影響葉片與渦輪盤裝配間隙,從而影響發(fā)動機性能[1]。

        圖2 檢測技術要求示意

        由圖2可知,榫頭中心線與壓氣機旋轉(zhuǎn)中心夾角有5°25'±3'的要求,其關鍵尺寸12.8mm是從榫頭端面最高處平移理論尺寸H,即基線T處的厚度值,應檢測出該厚度的實際值。

        2 確定檢測方法

        2.1 裝夾定位

        葉片形狀不規(guī)則,沒有支撐基準面,裝夾要考慮到一次檢測完畢,三坐標測尖不能碰桿。根據(jù)實際情況,選擇用虎鉗夾住葉片兩側(cè)邊(見圖3),榫頭垂直向下。選擇直徑2mm、桿長30mm的測尖,如圖4所示。

        圖3 裝夾定位

        圖4 測尖直徑及角度選擇

        2.2 坐標系的建立

        由于榫頭基準面為曲面,顯然用建立直角坐標系的方法已不可行,考慮到該葉片有數(shù)模,因此嘗試先在數(shù)模的3個方向上共采6點,用6點按迭代法建立坐標系的方法來建立數(shù)學模型[2],6點理論值如圖5所示;然后用手動的方式在葉片實物上相應位置采6點,如圖6所示(帶*號的為實際值)。用這6點實際值與數(shù)模上的6點理論值進行迭代,擬合建立出第一次粗建坐標系,以此來進行葉片位置的初定位。在此基礎上,編制自動程序測量數(shù)模上的6個理論點,得到6個精確實際值后再與數(shù)模上的6個理論值進行迭代,擬合建立出第二次精建坐標系,如此反復,直到葉片上的6個實際值與數(shù)模上的6個理論值無限接近。由于制造誤差,實際值與測量值很難相等,故根據(jù)圖樣要求和實際情況,只要這6個實際值與數(shù)模上的6個理論值相比,達到定位公差在0.002mm以內(nèi)的要求即可,設置界面如圖7所示,否則繼續(xù)自動測量迭代,擬合建立第三次或更多次精建坐標系,循環(huán)測量到滿足要求為止[3]。

        圖5 6點理論值

        圖6 6點實際值

        圖7 設置特征點定位公差

        2.3 編制程序自動測量、計算

        進入編程界面(見圖8),選擇自動檢測程序模式,進入矢量點編輯功能窗口,在數(shù)模上尋找符合圖樣要求的理論點位置,即滿足12.8mm和H要求的理論點。按上、中、下3個不同位置測量,間隔5mm,包括葉片左邊點7*、點8*和點9*(見圖9),以及右邊對應的點10*、點11*和點12*(見圖10)。

        圖8 編程界面

        圖9 左測點

        圖10 右測點

        軟件將自動給出葉片兩側(cè)目標點的法線方向,生成自動檢測程序,并在關系運算功能窗口,編輯計算點7*和點10*、點8*和點11*、點9*和點12*之間的距離。自動測量程序如下。

        執(zhí)行程序,從頭開始運行,直到全部測量完畢,以某一級葉片為例,測量上、中、下3個不同截面的厚度尺寸,圖樣要求為12.8mm,測量結(jié)果統(tǒng)計見表1。

        表1 自動檢測結(jié)果統(tǒng)計 (單位:mm)

        3 檢測結(jié)果對比分析

        與平臺測量和手動測量相比較,自動測量使用迭代法擬合坐標系,消除了無基準平面帶來的定位誤差;自動程序能按法線方向采點,而手動測量不能,消除了測尖半徑補償誤差;自動測量運動勻速,測力均勻,重復性比平臺測量和手動測量高。統(tǒng)計用平臺方法測量、三坐標手動測量和三坐標自動測量的結(jié)果,與實際值對比情況見表2。

        表2 不同測量方法對比情況 (單位:mm)

        分析以上對某葉片的27次檢測結(jié)果,平臺測量結(jié)果與實際值相差最小為0.186mm,手動測量結(jié)果與實際值相差最小為0.122mm,自動測量結(jié)果與實際值相差最小為0.009mm,自動測量結(jié)果更接近實際值。

        4 結(jié)束語

        隨著科學技術的進步和發(fā)展,發(fā)動機葉片的設計越來越復雜,制造精度要求越來越高,對檢測精度的要求也越來越高。為了在生產(chǎn)制造過程中有效控制加工精度和保證葉片制造質(zhì)量,應開展葉片檢測方案、檢測方法和評價方法等技術研究,提高葉片的檢測技術水平,為葉片整個生產(chǎn)制造過程提供準確可靠的數(shù)據(jù),從而保證葉片的生產(chǎn)質(zhì)量。

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