渦輪葉片灌箱找正裝置及工作方法

■ 中國航發(fā)常州蘭翔機(jī)械有限責(zé)任公司 （江蘇常州 213022） 楊慶先

渦輪葉片作為發(fā)動(dòng)機(jī)上的重要部件，均采用無余量熔模精密鑄造并一次成形，僅有榫頭部分留有余量以保證后續(xù)加工需要。為提高定位的可靠性，避免夾緊力損傷葉身型面，加工榫頭時(shí)采用低熔點(diǎn)合金定位法，將葉身部分放入特制的方箱內(nèi)，注入低熔點(diǎn)合金，當(dāng)其凝固后，葉片就固定在方箱內(nèi)。以方箱外表面為基準(zhǔn)進(jìn)行裝夾，磨削榫頭后，將方箱加溫，低熔點(diǎn)合金熔化流出，即可取出渦輪葉片。

由于榫頭兩側(cè)的溝槽磨削精度要求很高，因此需要將渦輪葉片放置在方箱中，磨削后榫頭兩側(cè)至方箱對(duì)應(yīng)兩側(cè)的距離應(yīng)相等，即渦輪葉片與方箱之間的位置關(guān)系需要進(jìn)行找正，現(xiàn)有的做法是將方箱固定后調(diào)整渦輪葉片的位置，由于渦輪葉片的造型不規(guī)則，因此調(diào)節(jié)難度大、效率低，且精度不高。設(shè)計(jì)一種方便快捷的將渦輪葉片置于方箱內(nèi)的渦輪葉片灌箱找正裝置及工作方法，是本領(lǐng)域技術(shù)人員急需解決的技術(shù)問題。

1. 渦輪葉片灌箱找正裝置結(jié)構(gòu)

為解決上述技術(shù)問題，本文提供了一種渦輪葉片灌箱找正裝置（見圖1），包括三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x、六自由度調(diào)整平臺(tái)、標(biāo)準(zhǔn)方箱、方箱裝夾平臺(tái)和榫頭裝夾頭等。六自由度調(diào)整平臺(tái)設(shè)置在三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x上，方箱裝夾平臺(tái)固定設(shè)置在六自由度調(diào)整平臺(tái)的頂端，榫頭裝夾頭用于夾持渦輪葉片的榫頭，且榫頭裝夾頭置于三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x上，標(biāo)準(zhǔn)方箱中設(shè)置葉片容置腔，葉片容置腔的一側(cè)做開口設(shè)計(jì)，該葉片容置腔的頂端設(shè)置進(jìn)料孔，使用時(shí)標(biāo)準(zhǔn)方箱固定在方箱裝夾平臺(tái)上，由三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x測(cè)量渦輪葉片所處位置并建立坐標(biāo)系，調(diào)整六自由度調(diào)整平臺(tái)以調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)方箱的位置，使葉身進(jìn)入葉片容置腔，并由三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)方箱的位置，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)方箱的位置數(shù)據(jù)調(diào)整六自由度調(diào)整平臺(tái)，用于對(duì)標(biāo)準(zhǔn)方箱與渦輪葉片進(jìn)行找正。

圖1 渦輪葉片灌箱找正裝置

渦輪葉片灌箱找正裝置還包括置于三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x上的升降座，榫頭裝夾頭可升降裝置設(shè)置在升降座上，用于調(diào)整榫頭的高度。

升降座的側(cè)面設(shè)置燕尾形直線導(dǎo)軌，榫頭裝夾頭與燕尾形直線導(dǎo)軌滑動(dòng)配合，以使榫頭裝夾頭可沿燕尾形直線導(dǎo)軌升降。

方箱裝夾平臺(tái)上設(shè)置多個(gè)定位銷，包括多個(gè)左側(cè)定位銷、右側(cè)定位銷和前端定位銷，這些定位銷圍成開口的矩形框架，使用時(shí)標(biāo)準(zhǔn)方箱推入矩形框架，由其對(duì)標(biāo)準(zhǔn)方箱進(jìn)行限位。

2. 渦輪葉片灌箱找正裝置的工作方法

上述渦輪葉片灌箱找正裝置的工作方法如下所述。

1）由三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x獲得渦輪葉片、標(biāo)準(zhǔn)方箱的數(shù)模；將升降座置于三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x的工作臺(tái)上，使用榫頭裝夾頭裝夾渦輪葉片的榫頭，渦輪葉片隨榫頭裝夾頭移動(dòng)至升降座的上部，渦輪葉片的葉身向一側(cè)伸出。

2）在三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x內(nèi)的渦輪葉片的數(shù)模上選取6個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)值和矢量，并將6個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)值和矢量輸入三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x。如圖2所示：點(diǎn)A1、A2和A3位于葉盆上，點(diǎn)B1、B2位于葉片排氣邊上，點(diǎn)P1是葉片的P點(diǎn)。操作三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x按6點(diǎn)擬合循環(huán)迭代建立坐標(biāo)系，精度按葉片公差的1/10選取，如果達(dá)不到此迭代精度，則葉片鑄造精度不符合要求，剔除此葉片。

3）將六自由度調(diào)整平臺(tái)置于三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x的工作臺(tái)上，將標(biāo)準(zhǔn)方箱置于方箱裝夾平臺(tái)上，以使左側(cè)定位銷、右側(cè)定位銷和前端定位銷對(duì)標(biāo)準(zhǔn)方箱進(jìn)行限位，由六自由度調(diào)整平臺(tái)將標(biāo)準(zhǔn)方箱移動(dòng)至渦輪葉片的葉身，置于葉片容置腔內(nèi)，如圖3所示。

圖2 渦輪葉片數(shù)模上選取的6點(diǎn)示意

圖3 標(biāo)準(zhǔn)方箱放置示意

圖4 標(biāo)準(zhǔn)方箱選取的6點(diǎn)示意

4）在標(biāo)準(zhǔn)方箱的上端面選取3個(gè)點(diǎn)、左側(cè)面或右側(cè)面選取2個(gè)點(diǎn)、前端面選取1個(gè)點(diǎn)，如圖4所示。在三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x上編制循環(huán)測(cè)量上端面3個(gè)點(diǎn)、左側(cè)面或右側(cè)面2個(gè)點(diǎn)、前端面1個(gè)點(diǎn)的測(cè)量程序，并實(shí)時(shí)顯示測(cè)量值與數(shù)模之間的差值（見圖5）。首先循環(huán)測(cè)量上端面3個(gè)點(diǎn)，調(diào)節(jié)X軸旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)螺桿、Y軸旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)螺桿，使得上端面3個(gè)點(diǎn)實(shí)時(shí)顯示的法向偏差值一致，再根據(jù)法向偏差值調(diào)節(jié)Z軸移動(dòng)調(diào)節(jié)螺桿，使得標(biāo)準(zhǔn)方箱上端面與數(shù)模的差值不超過±0.01mm；其次循環(huán)測(cè)量左側(cè)面或右側(cè)面2個(gè)點(diǎn)，調(diào)節(jié)Z軸旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)螺桿，使得左側(cè)面或右側(cè)面2個(gè)點(diǎn)實(shí)時(shí)顯示的法向偏差值一致，再根據(jù)法向偏差值調(diào)節(jié)X軸移動(dòng)調(diào)節(jié)螺桿，使得標(biāo)準(zhǔn)方箱左側(cè)面或右側(cè)面與數(shù)模的差值不超過±0.01mm；最后調(diào)節(jié)Y軸移動(dòng)調(diào)節(jié)螺桿，使得標(biāo)準(zhǔn)方箱前端面與數(shù)模的差值不超過±0.01mm，完成找正。如圖6所示。

圖5 測(cè)量值與數(shù)模之間差值的顯示界面

5）三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x停止測(cè)量，將標(biāo)準(zhǔn)方箱的葉片容置腔進(jìn)行封閉，并經(jīng)進(jìn)料孔向葉片容置腔中注入液態(tài)的低熔點(diǎn)合金，當(dāng)其凝固后就把渦輪葉片固定在標(biāo)準(zhǔn)方箱內(nèi)，轉(zhuǎn)入下道工序磨削。

圖6 六自由度調(diào)整找正

6）榫頭磨削完成后，低熔點(diǎn)合金再次熔化并由出料孔排出，取出加工完成的渦輪葉片。

3. 結(jié)語

本文介紹了渦輪葉片灌箱找正裝置及工作方法，將形狀不規(guī)則的渦輪葉片先行固定，并采用6點(diǎn)迭代法建立坐標(biāo)系。由于標(biāo)準(zhǔn)方箱的數(shù)模位置已知，采用六自由度調(diào)整平臺(tái)逐一調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)方箱的位置即可快速地確定標(biāo)準(zhǔn)方箱在三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x上的位置，易于調(diào)節(jié)，精度高。