CN101949680B - 一种型面测量用叶片标准件的设计方法 - Google Patents
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Abstract
一种型面测量用叶片标准件的设计方法，属于叶片加工技术领域。方法：在三维造型软件中完成被测量叶片的造型；根据叶片实际的被测量点，确定在三维造型中被测量点在两个坐标方向上的位置，并通过被测量点沿第三个坐标方向做一条直线；对测量球造型，并进行装配；测量出每个测量球球心的坐标值；对同一侧且同一列的测量球进行第三个坐标方向上坐标值的分析，确定平均值；将确定的平均值与该部分测量球的球心在第三个坐标方向的坐标值之间的差值作为该点的补偿量；按照确定的平均值，做第一、第二两个坐标方向上形成的平面，所述平面在第三个坐标方向上向坐标原点平移一个测量球半径的距离，即得到最终的平面，所述平面不小于测量球的最大截面。
Description
技术领域
本发明属于叶片加工技术领域，特别是涉及一种型面测量用叶片标准件的设计方法。
背景技术
在航空发动机的零件中，叶片的加工和测量是具有较大难度的，这是由其自身的制造精度高，型面复杂的特点所决定的。随着制造技术的快速发展，数控设备的增加以及新工艺、新方法的应用，叶片加工多采用精铸、精锻、辊轧和数控加工的方法达到叶片型面无余量或小余量。其型面测量采用型面测具加样板并通过目视透光的落后测量方法已逐步被淘汰，而采用三坐标测量机对叶片型面进行检测不能适应叶片的大批量生产。目前，国内、外先进的叶片型面测量方法多采用抽点法进行对比测量，常使用的测量设备主要有：机械光学投影仪和电感量仪。对此，在测量过程中需要制造用来调整和标定测量仪正确的理论位置或者型面的测量原点的叶片标准件。叶片标准件型面的精度要远远高于叶片型面的精度，其精度要求一般为0.005～0.01mm；叶片标准件具有相当严格的形状和位置公差，一般为叶片公差的1/10；加之叶片型面为三维的空间曲面，制造如此高精度的叶片标准件是非常困难的。不仅生产周期长，制造难度大，制造成本高；而且需要较多的二类工装进行支持，最终很难满足图纸的技术条件，无法满足生产和高精度测量的技术需求。这就制约了机械光学投影仪和电感量仪等测量方法的推广和应用。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种可将具有三维复杂曲面且高精度的叶片标准件，简化成简单板状结构或阶梯状结构的型面测量用叶片标准件的设计方法。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案，一种型面测量用叶片标准件的设计方法，包括如下步骤：
步骤一：在三维造型软件中，完成被测量叶片的三维造型；
步骤二：根据叶片实际的被测量点，确定在叶片的三维造型中被测量点在两个坐标方向上的位置，并通过被测量点沿第三个坐标方向做一条直线；
步骤三：在三维造型软件中对测量球进行造型，所述测量球与叶片的三维造型中的被测量点一一对应；将所述测量球与叶片的三维造型进行装配，保持测量球的球面与叶片的三维造型相切，并且使测量球的球心在步骤二所述的直线上；
步骤四：按步骤二、步骤三完成所有测量球与叶片的三维造型的装配；
步骤五：测量出每个测量球球心的坐标值，并记录其在第三个坐标方向上的坐标值；
步骤六：对同一侧且同一列的测量球进行第三个坐标方向上坐标值的分析，即：取同一侧且同一列的测量球的球心在第三个坐标方向上的坐标值的平均值，判断该平均值与所述同一侧且同一列的测量球的球心在第三个坐标方向上的坐标值的最大值或最小值差值的绝对值是否均小于或等于电感量仪补偿量的最大值；若是，则确定一个平均值，若否，则将所述同一侧且同一列的相邻的测量球的球心在第三个坐标方向上的坐标值分成两部分，使两部分的平均值均与该部分的最大值或最小值差值的绝对值小于或等于电感量仪补偿量的最大值，若可以分成满足上述要求的两部分，则确定两个平均值，若不可以，则继续将所述同一侧且同一列的相邻的测量球的球心在第三个坐标方向上的坐标值分成三部分；如此类推，直至所分部分的平均值均能够满足与该部分的最大值或最小值差值的绝对值小于或等于电感量仪补偿量的最大值的要求为止，确定平均值；
步骤七：将确定的平均值与该部分的测量球的球心在第三个坐标方向上的坐标值之间的差值作为该点的补偿量，并记录该补偿量；
步骤八：按照步骤六中确定的每个被测量点的平均值，做第一、第二两个坐标方向上形成的平面，所述平面在第三个坐标方向上向坐标原点平移一个测量球半径的距离，即得到最终的平面，所述平面不小于测量球的最大截面。
本发明的有益效果：
本发明结合三维数字化技术，采用计算机进行模拟的手段，将具有三维复杂曲面且高精度的叶片标准件简化成简单板状结构或阶梯状结构；简化后的叶片标准件降低了制造难度，减少了制造成本，缩短了研制周期，而且可以保证有较高的加工精度。本发明将数字化模拟技术应用在机械光学投影仪和电感量仪对叶片的测量中，解决了叶片标准件的制造难题。
经试验证明：将本发明的设计方法应用于采用电感量仪对航空发动机高压四级静子叶片的型面测量过程中，降低了叶片标准件的制造难度，提高了测量精度，效果良好。
附图说明
图1是本发明的设计方法的一个实施例的示意图；
图中，1—测量杆，2—叶片型面，3—简化后的叶片标准件，4—实际被测量点，Z1—A、B两点的对零面的Z向坐标值，Z2—C、D两点的对零面的Z向坐标值，d1—第一平均值，d2—第二平均值，d3—补偿量。
具体实施方式
采用电感量仪对某压气机叶片型面进行抽点法测量，电感量仪补偿量的最大值为1mm，按照工艺要求，测量球直径为3 mm。被测量叶片型面给定，工艺给定被测量点的数量为叶盆、叶背各8个点。根据实际的被测量点，确定在叶片的三维造型中被测量点在X、Y坐标方向上的坐标为：A（5，8）、B（5，3）、C（5，-3）、D（5，-6）、E（15，8）、F（15，3）、G（15，-3）、H（15，-6）。
以同一列的A、B、C、D被测量点叶盆面标准件的设计方法为例对本发明做进一步的说明，其具体步骤如下：
步骤一：在三维造型软件中完成被测量叶片的三维造型，所述三维造型软件如UG、Pro/E；
步骤二：在叶片的三维造型中分别通过被测量点A（5，8）、B（5，3）、C（5，-3）、D（5，-6）沿Z坐标方向各做一条直线；
步骤三：在三维造型软件中创建直径为3 mm的测量球，将测量球与叶片的三维造型中的被测量点一一对应，并进行装配；保持测量球的球面与叶片的三维造型的盆面相切，并且使测量球的球心在步骤二所述的直线上；
步骤四：完成四个测量球与叶片的三维造型的装配；
步骤五：分别测量出四个测量球球心的坐标值，并记录四个测量球球心的Z向坐标值，A=-2mm、B=-2.6mm、C=-5mm、D=-6.8mm；
步骤六：A、B、C、D四点为同一侧且同一列的被测量点，四点的Z向坐标值的平均值为-4.1mm，该平均值与A、B、D三点的Z向坐标值差值的绝对值均大于电感量仪补偿量的最大值1mm，需重新分组；将A、B两点分为一组，其平均值为-2.3mm，该平均值与A、B两点的Z向坐标值差值的绝对值均小于电感量仪补偿量的最大值1mm，故取第一平均值为d1=-2.3mm；将C、D两点分为一组，其平均值为-5.9mm，该平均值与C、D两点的Z向坐标值差值的绝对值均小于电感量仪补偿量的最大值1mm，故取第二平均值为d2=-5.9mm；
步骤七：记录补偿量为：
A：-0.3mm、B：0.3mm、C：-0.9mm、D：0.9mm；
步骤八：如图1所示，按照步骤六中确定的各被测量点的平均值，其中，A、B两点的平均值为-2.3mm，C、D两点的平均值为-5.9mm，将叶片标准件简化成板状结构或阶梯状结构；在简化后的叶片标准件上，A、B两点的对零面即为Z1=-0.8mm的平面，C、D两点的对零面即为Z2=-4.4mm的平面。
Claims (1)
1.一种型面测量用叶片标准件的设计方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：在三维造型软件中，完成被测量叶片的三维造型；
步骤二：根据叶片实际的被测量点，确定在叶片的三维造型中被测量点在两个坐标方向上的位置，并通过被测量点沿第三个坐标方向做一条直线；
步骤三：在三维造型软件中对测量球进行造型，所述测量球与叶片的三维造型中的被测量点一一对应；将所述测量球与叶片的三维造型进行装配，保持测量球的球面与叶片的三维造型相切，并且使测量球的球心在步骤二所述的直线上；
步骤四：按步骤二、步骤三完成所有测量球与叶片的三维造型的装配；
步骤五：测量出每个测量球球心的坐标值，并记录其在第三个坐标方向上的坐标值；
步骤六：对同一侧且同一列的测量球进行第三个坐标方向上坐标值的分析，即：取同一侧且同一列的测量球的球心在第三个坐标方向上的坐标值的平均值，判断该平均值与所述同一侧且同一列的测量球的球心在第三个坐标方向上的坐标值的最大值或最小值差值的绝对值是否均小于或等于电感量仪补偿量的最大值；若是，则确定一个平均值，若否，则将所述同一侧且同一列的相邻的测量球的球心在第三个坐标方向上的坐标值分成两部分，使两部分的平均值均与该部分的最大值或最小值差值的绝对值小于或等于电感量仪补偿量的最大值，若可以分成满足上述要求的两部分，则确定两个平均值，若不可以，则继续将所述同一侧且同一列的相邻的测量球的球心在第三个坐标方向上的坐标值分成三部分；如此类推，直至所分部分的平均值均能够满足与该部分的最大值或最小值差值的绝对值小于或等于电感量仪补偿量的最大值的要求为止，确定平均值；
步骤七：将确定的平均值与该部分的测量球的球心在第三个坐标方向上的坐标值之间的差值作为该点的补偿量，并记录该补偿量；
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