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三坐标测量机在航空叶片型面检测中的应用

航空发动机工业是制造业的精华,综合了多学科的成果,技术难度大,研制周期长,耗资多,标志着一个国家的科技水平和国防实力。叶片是航空发动机的"心脏”部件,直接决定了发动机的性能、安全和寿命。由于叶片加工质量对飞行安全的重要性尤甚,因此对其品质的检测较其他机械零部件要严格复杂的多。叶片的几何形状和尺寸决定了叶片的工作性能,而叶片的型面质量直接影响发动机能量转换的效率。因此在发动机零部件检测中,叶片型面的检测具有十分重要的意义。在航空发动机叶片检测领域,目前应用最广泛的就是利用接触式三坐标通过二维扫描的方法对叶片型面进行检测。

三坐标测量机在叶型检测中的应用

三坐标测量机工作原理

三坐标测量机是在机械零部件尺寸和行位公差检测中应用最多的测量设备。它是通过探针在工件上打点或扫描等接触式测量方法对所要测量的元素进行数据采集,然后通过软件计算拟合成所要测量的元素,并最终求出结果。三坐标测量机的特点是速度快、精度高、稳定性强、测量方法多样化以及强大的软件处理能力。

三坐标测量机测量叶型的具体方法

本文举例对某型号发动机风扇转子叶片进行测量,为防止数据泄露,测量采用精度达到(0.9+L/300)um的全自主知识产权高精度三坐标测量机。该风扇叶片是目前所有型号叶片中尺寸最大、扭转最大,加工和叶型检测难度最大的叶片。其中沿叶片积叠轴方向倾斜角最大处的法线与型面的夹角最大达到20º
下面就以该叶片为例,谈谈三坐标测量机检测叶片型面的方法和遇到的问题。

准备工作

首先根据叶片的形状和大小,把叶片装夹在合适的位置,使得在测量过程中探针可测得所有的被测元素,并且探头不会在测量过程中超出边界。然后根据所有被测元素的位置,准备不同大小和不同角度的探针,并对每个探针进行校准。其中测量同一型面的不同角度的探针大小必须一致,本文采用的所有探针直径都为4mm。

建立坐标系

首先,打开测量软件建立新的测量程序,将数学模行导入测量程序。然后根据图纸要求,选择相应的几何元素作为基准,通过平移和旋转建立坐标系。使坐标系与图纸叶型坐标系一致,坐标系建立完毕。所有的叶型测量都在此坐标系下完成。

建立安全平面

根据叶片的大小和在工作台上的位置,建立安全平面,保证自动测量时探针既不会碰撞到工件也不会超出边界。

定义名义叶型曲线

根据每个型面在叶型坐标系下的高度,在数学模型上截取所要测量的二维曲线。按曲率定义每个二维曲线的名义点位置和法线,使得前尾缘处的点步距较小,叶盆叶背的点步距较大。

编辑基准元素

编辑基准元素和被测叶型曲线的测量程序,包括每个元素的具体测量位置和方法,所用的探针,以及探针在测量每个元素进出安全平面的方向、安全距离和回退距离的大小等。其中叶型曲线用4段扫描的方法进行测量,分叶盆、叶背、前缘和尾缘,叶盆和叶背扫描速度较快,前缘和尾缘扫描速度较慢。每段所采用的探针大小相同,以保证每个型面在计算时探针半径补偿参数一致。
编辑每个元素的测量程序

所有被测叶型曲线扫描完成后,将每一截面的名义数据和实测未补偿的数据分别导入叶型处理软件进行计算,通过最佳拟合计算得到实测叶型曲线和前尾缘放大图,还可以通过软件计算出实测叶型的弦长、位置度、扭转角度和轮廓度等特征参数,来判断叶型曲线是否合格。

测量结果的输出

将所有实测的叶型曲线和前尾缘放大图以及实测的叶型特征参数汇总到一起,以报告的形式输出。实测叶型的点坐标文件可生成txt格式文件输出,提供给设计人员进行分析使用。

其它叶片的测量

如继续进行下一片叶片测量,将测量程序另存,测量程序名称更改为待测叶片的信息,叶片装夹好后,手动执行坐标系,自动执行叶型测量程序,完成测量后将测量结果进行分析处理后输出,完成测量。

(测量俱乐部)

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