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摘要：叶片型面是整体叶盘设计和加工中的重要参数，能够显著影响整机性能。为了精确测量整体叶盘叶片叶型，以三坐标测量机在航空发动机整体叶盘测量方面的应用为对象，提出了用三坐标测量机通过三维曲线扫描的方法对整体叶盘叶片型面进行检测，并说明了几种不同情况的叶片叶型的计算处理方法。利用此方法可以避免传统二维曲线扫描带来的余弦误差，使得计算结果更加准确。
关键词：叶片型面；夜盘设计；检测
针对叶片型面检测中的路径规划问题，提出了流道线测量路径，确定了流道线测量路径规划原则和方法。针对误差评定问题提出了根据叶型面轮廓度误差评定叶片型面精度的方法，测量点与叶片理论模型整体一次精确匹配，建立了匹配目标函数，给出了匹配方法。
1 整体叶盘叶片型面测量准备工作
在我们所准备的正式测量之前，我们首先要做的就是根据不同的叶片情况以及不同的叶片的大小，我们人为的将我们手里的叶片合适的安装在装夹叶片的位置。这样做，可以使得我们在进行测量或者其他在进行被探索元素时可以侦测到被测的所有元素，通过这种方式具有完备性。并且，我们可以在未真正测试之前，通过实验数据得到的被探测元素的位置，可以在被测试方不同的角度以及不同的位置进行开始的探针。在进行放入探针之前，我们可以先通过核对的方式对探针进行人工的校准。在测量以及相应的检测过程中，所有的被检测物体，在其中测量同一型面不同的角度时所用到的探针大小必须完全一致，在这次操作中用到的为1MM
（1）建立测量坐标系：首先，打开新的测量软件，并且建立新的坐标程序，将整体叶盘的数学模型导入测量软件中，然后根据图纸以及相应的工作单位设计方要求，选择对应的几何元素作为最原始的测量基准，在此基础上，对测量基准进行平移和旋转得到基本坐标系和整体叶盘叶片型坐标系，这是我们通过处理过后的坐标系与原先对应的图纸坐标系一致，我们在此执勤所建立的坐标系完成。基本坐标系用于测量，叶型坐标系用于之后的计算和评价。
（2）通过之前的带的相关数据建立安全平面：我们在进行实际操作的过程当中，可以按照实际的比例情况，以及根据叶片大小和在相应的工作台上的相应的位置，建立安全有效的地面，并且在进行测量时，要始终保持我们所使用的自动测量的有关设备的小型探针既不会碰触到工作的边界也不会超出边界。
（3）定义名义叶型曲线：我们在进行测量时，要根据不同被测方的不同型面在叶型坐标系下的高度在数学模型上画的二维曲线，并且可以根据曲率定义每个不同点二维曲线的名义点以及法线，从而使得前尾缘处的点步距比较小，叶盆叶背的点步距比较大。首先在叶型坐标系下，通过每个叶片型面的高度值在数学模型上进行截取，得到所需测量的三维曲线，并按曲线率确定每个三维曲线的名义点位置和法线方向。然后通过旋转阵列得到每个整体叶盘叶片所要测量叶型的三维曲线。
（4）编辑每个元素的测量程序。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆编辑最基础元素的测量程序的准元素和被测叶型曲线的测量程序，在测量的其中包括我们在进行测量时，被测的基准元素的测量方法以及元素的发生位置。我们在进行测量时所用的探针以及在探针在对所测元素进行测量探针进出安全曲面的方向以及相对应的位置，安全距离以及相关的大小。曲线的测量程序，其中靠近根部的叶型曲线分3段节能性扫描测量，靠近尖部的叶型曲线分2段进行扫描测量。通过在转台角度和扫描速度的设定，使得叶盘和叶背扫描速度较快，前缘和后缘扫描速度较慢。
（5）测量结果的计算以及相应的处理
当我们完成所有的叶型曲线扫描完成，我们将每一个截面的名义数据进行实际测量的未补偿数据分别导入叶型处理软件进行计算，通过拟合的方式达到最佳的曲线，以此来判别相关的参数。
2 测量结果的输出
将所有的实际测量的叶型曲线进行和前尾缘放大图以及上述所测参数值汇总以报告的形式进行输出，写成报告，给设计人员。
3 国内外研究现状及典型应用实例
整体上来看，毛坯一般采用钛合金、高温合金等难加工材料，不均匀有裂纹和缺陷，必须要经过无损探伤检测；整体叶盘叶片薄、扭曲度大、叶展长、受力容易变形，并且叶片间的通道深，开敞性很差，因此整体叶盘的制造和维修都特别困难，是国外严密封锁的核心技术。
从整体叶盘结构看，主要是有三种形式：①闭式结构-带箍整体叶盘；②开式结构-不带箍整体叶盘；③大小叶片转子结构-开式结构中大叶片间含有小叶片。在国外来看叶盘制造采用的主要工艺有：精锻毛坯+精密数控加工+热等静压处理等。由于数控加工具有快速反应和可靠性高的特点，美国GE和P?W公司、英国R?R等公司在研制整体叶盘时采用了五坐标数控加工技术。
整体叶盘的应用很广，具有代表性的有如下几个：①EJ200是发动机根据最先采用整体叶盘结构的发动机，它采用焊接方法将转子和轮盘作成一体，整体叶盘材料为钛合金。②美国通用电气公司研制的F414发动机的第2/3级风扇也是采用焊接方法做成整体叶盘结构，材料为钛合金高压压气机前三级也是整体叶盘，毛坯为锻件，叶型采用电化学加工。③美国惠普公司研制的第四代战斗机的动力装置--F119发动机的六级轴流高压压气机都是整体叶盘，第1-2级为钛合金，第3-6级为粉末高温合金。④美国惠普公司在F110-PW-229发动机改型和通用电气公司在F110-GE-129发动机改型中，都将风扇的第2-3级改为整体叶盘结构。
国内在整体叶轮叶盘相关软件和加工关键技术方面也进行了大量的研究。在西北工业大学开发出了零件多坐标NC编程专业软件系统，该系统集测量数据预处理、曲面建模、曲线消隐、刀位计算以及后置处理于一体，已经在20多种叶轮叶盘的研制与生产中应用。
根据以上所述的，整体叶盘从整体毛坯到零件的制造过程中，材料切除率超过90%，综合技术难度非常大，集中反应了国际数控加工相关技术领域的最新技术和最高水平。
小结
由于现在航空发动机叶片的设计要求越来越高，并且在不同程度上质量上要求也越来越好，所以检测方法也急需提高。在未来的检测技术当中二维曲线扫描的方法所计算的误差数值也将不能满足设计需求，由于叶型处理软件在三维法线方向计算中还存在一些问题，在某种情况下无法达到设计要求，所以有些问题还有待于进一步研究。
参考文献
[1]高继昆,闫峰,李季.三坐标测量机在整体叶盘叶片型面检测中的应用[J].航空制造技术,2015(22):94-97.
[2]孙青州.叶片复杂曲面测量系统研究[D].吉林大学,2014.
[3]黄风山,刘恩福,方忆湘,韩宁.基于智能三坐标测量机的零件位姿单目立体视觉识别[J].光学精密工程,2013,
论文作者:韩学志
论文发表刊物:《防护工程》2018年第2期
论文发表时间:2018/5/25
标签：测量论文; 叶片论文; 曲线论文; 坐标系论文; 探针论文; 元素论文; 方法论文; 《防护工程》2018年第2期论文;