CN117537736A - 一种高压双层整体叶盘叶型测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高压双层整体叶盘叶型测量方法，高压双层整体叶盘上下层叶片型面相互干涉，进排气边缘小且呈拱型上升形态，编程空间狭小，测针应用角度有限，存在两条积叠轴，测量难度高，效率低、难以实现全程自动化测量。本发明提出一种变角度测量双层整体叶盘叶型策略、叶片进排气边缘自适应扫描方法以及全自动测量程序编译逻辑，实现双层整体叶盘叶型高效、精密、自动测量。应用于某型高压双层整体叶盘叶型测量生产过程中，有效地提升了高压闭式整体叶环叶型测量的准确度和测量效率。此项技术具有通用型，可以推广到双层整体叶盘叶型测量、三层整体叶盘鼓筒叶型测量，具有广阔的市场前景。
Description
技术领域
本发明涉及航空发动机双层整体叶盘测量技术，特别涉及一种高压双层整体叶盘叶型测量方法。
背景技术
高压双层整体叶盘属于发动机高压压气机零件，叶型多为薄壁特征、进排气边缘呈前掠特征，加之双层叶片的相互遮挡，很难实现其精准、自动测量。目前其叶型多采用带联动转台的四轴联动测量方案，需要配置多组测针，需要人工调整两层叶片的积叠轴位置，测量无法完全自动化，测量效率低。
发明内容
本发明归纳和确立航空发动机高压双层整体叶盘叶型测量方法，开发适合高压双层整体叶盘叶型扫描方法，实现高压双层整体叶盘叶型五轴联动全自动测量，避免常规测量方法频繁更换测针以及人工干预多等问题，提高测量效率和精度。
本发明根据高压双层整体叶盘结构特征以及五轴联动测量特性，针对双层整体叶盘叶片相互遮挡的部分，采用专用多角度扫描方法，对于叶片进排气边缘，采用自适应扫描方法，实现高压双层整体叶盘叶型五轴联动测量；通过多变量，双循环的策略编写测量程序，实现双层整体叶盘叶片积叠轴的测量与评价自由转换功能，从而实现高压双层整体叶盘叶型全自动测量与评价。
五轴联动规划软件，是生成叶型扫描原始路径的通用软件，类似于数控加工cam软件，本申请方案中的多角度测量，边缘自适应测量功能开发，是基于该软件进行的专用功能开发。
（1）生成原始五轴联动测量点轨迹
将零件CAD模型导入五轴联动规划软件中，根据双层整体叶盘叶型的特点分别划分测头扫描的区域，生成原始五轴联动测量点轨迹。
（2）实现双层整体叶盘叶型多角度扫描方法
由于双层整体叶盘叶片间的相互遮挡，上述原始五轴联动测量点轨迹通常有部分测杆干涉部分，将该区域细分若干个小区域，分别设置不同扫描前倾角，形成多区域变角度扫描轨迹。
（3）实现双层整体叶盘进排气边缘自适应编程方法
由于加工制造的偏差，加之双层整体叶盘进排气边缘尖锐结构，使得理论五轴联动测量程序无法完成扫描，采用自适应扫描程序，扫描前测量进排气边缘若干个点，计算边缘实际位置，将偏移量转化到理论五轴联动测量程序中，形成进排气边缘自适应测量程序。
（4）多变量、双层循环测量主程序开发
编制两套循环测量程序，开发多变量测量程序进行双层叶盘物码标识，一层整体叶盘叶片测量结束后，开发积叠轴自动调转功能，自动测量二层体叶盘叶片，实现双层整体叶盘全自动测量功能。
本发明与现有技术相比，其优点在于：
本发明所述的高压双层整体叶盘叶型测量方法，采用本专利所述测量方法， 可以实现高压双层整体叶盘五轴联动测量，提高双层整体叶盘叶型测量精度和效率，同时所述的测量主程序编译逻辑，实现双层整体叶盘测量全程全自动化，避免人为输出误差，降低操作者劳动强度，为数控加工提供精确的测量结果，可以推广到三层整体叶盘叶型、单个整体叶盘叶型测量中，具有广阔的市场前景。
附图说明
下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1为典型双层整体叶盘结构特征；
图2为扫描干涉区域多角度测球扫描轨迹；
图3为进排气边缘自适应计算点位置；
图4为主测量程序结构示意图；
图5为测针组件示意图；
图6为生成叶型理论测量轨迹点；
图7为叶型测量轨迹干涉区域示意图；
图8为主程序编程框架图。
具体实施方式
下面将结合具体的实施方案对本发明进行进一步的解释，但并不局限本发明，说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。
实施例1
如图1所示，高压双层整体叶盘由上下两层整体叶盘组成，上下两层叶片相互遮挡，尺寸A、尺寸B沿叶尖至叶根逐渐减小，常规五轴固定前倾角度无法完成扫描，针对该问题，本专利采用变化测量前倾角生成测量轨迹方法，如图2所示，生成干涉区域扫描程序。
由于加工制造的偏差，加之双层整体叶盘进排气边缘尖锐结构，使得基于CAD的理论测量程序无法完成扫描，针对该问题，采用自适应扫描程序，如图3所示，扫描前测量进排气边缘若干个点，计算边缘实际位置，将偏移量转化到理论五轴联动测量程序中，形成进排气边缘自适应测量程序。
双层整体叶盘存在两个积叠轴线，常规测量程序编制方法无法实现全自动测量与评价，如图4所示，本发明测量主程序采用多变量、双层循环结构，实现双层整体叶盘全自动测量功能。
（1）如图1所示，以上层整体叶盘直径600mm、叶片个数45个，下层整体叶盘直径650mm，叶片个数49个双层整体叶盘为例，选择精度符合要求的五轴联动测量机，结合测量基准信息以及叶型进排气边缘半径小雨0.25mm的特点，选择如图5所示的测针，测球直径4mm，有效测量长度40mm，测杆长度180mm的测针组件。
（2）新建编程项目，将双层整体叶盘CAD导入， 分别将上下层首个叶片被测区域分成多个扫描区，上层叶盘叶型扫描叶盆叶背共分6个区域，进排气边缘分成2个扫描区域，下层叶盘叶型扫描叶盆叶背共分8个区域，进排气边缘分成2个扫描区域，使整个叶型测量面积最大，从而保证测得更多的截面。根据叶型曲率的变化范围以及所测首尾截面距离内外流道的大小，选择的测针为40mm，球头直径为4mm的陶瓷测针，180mm长度滑扫测杆，初次设置扫描速度、避让距离、安全距离以及测针倾角等工艺参数。生成扫描路径，如图6所示，在软件中检查测球轨迹是否涵盖叶型首尾被测截面，如未涵盖，则调整叶根、叶尖的避让距离，重新生成扫描轨迹，直到完全涵盖首尾被测截面。
（3）计算扫描路径，轨迹中有黑色空心球部分表示该处有测量干涉问题，如图7所示标号1-5区域，为解决该问题，采取多角度扫描方法，具体作法如下：将上层叶盘排气边缘扫描区域分成两段，如图2所示，分别设置不同的扫描前倾角度，靠近叶根扫描区域前倾角设置10°，靠近叶尖扫描区域前倾角设置25°，下层整体叶盘进气边缘采用类似的策略，靠近叶根扫描区域前倾角设置10°，靠近叶尖扫描区域前倾角设置20°，从而避免扫描进排气边缘根部时，测针组件与上下层叶盘叶尖碰撞，叶型干涉区域也采取相同的处理方法，根据生成的轨迹调整上述角度，直到生成不干涉测量轨迹，再进行程序运行模拟仿真。
（4）对于下层整体叶盘进排气边缘自适应测量程序，如图3所示，以进气边缘为例，扫描前先在叶型首尾被测截面附近按理论采集6点，编辑程序代码，输出这6点X，Y方向上的偏差，将这些偏差进行角向方向最佳拟合，形成最佳角向，替换原始扫描程序中的角向。排气边缘也进行相同技术处理，检查无误后输出测量程序语句。进排气边缘自适应测量程序是在扫描加工变形量大的边缘时，先扫描6个点，根据这6个点的实际位置，计算实际边缘的位置，将偏差补偿到扫描程序中。
（5）主测量程序采用双层循环结构，如图7所示，主程序编制顺序以及逻辑如图8所示，步骤1，编写零件基准测量程序，建立零件测量坐标系；步骤2，根据上层整体叶盘叶片数量，通过测量坐标系旋转指令，编制上层整体叶盘循环程序；步骤3，定义上层零件号标识、当前叶片号标识，分别定义字符型变量VAR1、以及整数型变量VAR2，用于标记上层叶盘以及叶片号；步骤4，导入（4）编制的上层整体叶盘自适应扫描、以及变角度叶型扫描程序；步骤5，定义状态变量VAR3，用于计算上层叶片总数减去VAR2的值，假如if判断指令，如果VAR3＞0，则上层循环继续，若VAR3=0，则上层循环结束，坐标系轴向平移两层积叠轴距离；步骤6，根据下层整体叶盘叶片数量，通过测量坐标系旋转指令，编制下层整体叶盘循环程序；步骤7，定义下层零件号标识、当前叶片号标识，分别定义字符型变量VAR4、以及整数型变量VAR5，用于标记下层叶盘以及叶片号；步骤8，导入（4）编制的下层整体叶盘自适应扫描、以及变角度叶型扫描程序；步骤9，定义状态变量VAR6，用于计算下层叶片总数减去VAR5的值，假如if判断指令，如果VAR6＞0，则下层循环继续，若VAR6=0，则下层循环结束，测量程序结束。实现双层整体叶盘全自动测量功能。
本发明未尽事宜为公知技术。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (4)
1.一种高压双层整体叶盘叶型测量方法，其特征在于：所述的高压双层整体叶盘叶型测量方法，根据高压双层整体叶盘结构特征以及五轴联动测量特性，针对双层整体叶盘叶片相互遮挡的部分，采用专用多角度扫描方法，对于叶片进排气边缘，采用自适应扫描方法，实现高压双层整体叶盘叶型五轴联动测量；实现双层整体叶盘叶片积叠轴的测量与评价自由转换功能，实现高压双层整体叶盘叶型全自动测量与评价；生成原始五轴联动测量点轨迹，实现双层整体叶盘叶型多角度扫描方法，实现双层整体叶盘进排气边缘自适应编程方法，多变量、双层循环测量主程序开发。
2.根据权利要求1所述的高压双层整体叶盘叶型测量方法，其特征在于：所述的生成原始五轴联动测量点轨迹：将零件CAD模型导入五轴联动规划软件中，根据双层整体叶盘叶型的特点分别划分测头扫描的区域，生成原始五轴联动测量点轨迹。
3.根据权利要求1所述的高压双层整体叶盘叶型测量方法，其特征在于：所述的实现双层整体叶盘叶型多角度扫描方法，将原始五轴联动测量点轨迹测杆干涉部分，细分若干个小区域，分别设置不同扫描前倾角，形成多区域变角度扫描轨迹。
4.根据权利要求1所述的高压双层整体叶盘叶型测量方法，其特征在于：所述的实现双层整体叶盘进排气边缘自适应编程方法，采用自适应扫描程序，扫描前测量进排气边缘若干个点，计算边缘实际位置，将偏移量转化到理论五轴联动规划软件中，形成进排气边缘自适应测量程序。
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