发动机低压涡轮长轴内腔检测技术_高晓斐.pdf
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1、46航空动力 I Aerospace Power 2023年 第1期技术 TechnologyLong Shaft Inner Profile Measurement for Aero Engine Low-Pressure Turbine发动机低压涡轮长轴内腔检测技术航空发动机低压涡轮长轴几何结构复杂,内型面呈枣核形结构,存在多个坐标点、度面、环槽以及转接圆弧。受测量深度的影响,常用的坐标测量机无法深入内腔进行检测。在研制初期,采用首件解剖检测,以解剖件的检测结果验证数控加工设备的精度和加工程序,后续交付件的内腔状态由设备精度和固化数控程序保证,一旦零件内腔型面结构改变或数控程序优化就需要重
2、新进行破坏验证,这种方法存在检测时间长、资源浪费等缺点。本文通过工装设计、测针配置、测量路径规划等技术研究以解决长轴类零件内腔尺寸检测难题,并通过测量系统分析、测量不确定度分析等方法,实现了低压涡轮长轴是航空发动机中连接低压涡轮和风扇转子的关键零件,长轴内腔有凸台、凹槽、度面等多种需要测量的结构,尺寸多、公差严、孔口小而内腔大的枣核形结构,给测量带来很大的困难,实现涡轮长轴内外径几何尺寸的准确测量对发动机装配和使用安全有重要影响。高晓斐 宋毅 周丽华 同更强 叶忠宇/中国航发西航涡轮长轴几何尺寸的精准测量。测量工装设计受结构影响,若长轴在测量机中摆放位置不合适,会超过测量机的量程,无法一次性完
3、成所有特性的测量。为了方便装夹、便于测量、提高效率,对长轴装夹及定位方法进行研究,研制合适的测量工装。工装设计应该考虑的因素包括:长轴类零件类型多,工装应具有一定的通用性,能够对大小不同,结构相似的轴类零件进行稳定定位;开敞性好,尽可能减少测量部位的遮挡;长轴类零件外形尺寸大、测量部位多,设计的工装应轻便,便于搬运;测具的上、下高度和前、后距离应可以灵活调整,防止在长轴内腔时发生干涉。为了符合以上要求,装置采用了分体设计思路,由3个部分组成,包括2个周向定位V形块和1个轴向零点定位支承杆。周向后端定位V形块由底座和条形螺纹孔组成。V形块底座上两个条形螺纹孔间距与坐标测量机上的螺纹孔间距相等,条
4、形螺纹孔可以调节V形块前后位置,如图1(a)所示。周向前端定位V形块由支块、压紧螺钉、V形支架、滑块和滑道组成。支块是一组高度不同的矩形金属块,V形支架在滑道中运动,可以调节周向前端定位V形块的高度,如图1(b)所示。轴向零点定位支承杆由支承杆、定位销、滑块和压紧螺钉组成,滑图1 轴类零件测量工装(a)周向后端定位 V 形块(b)周向前端定位 V 形块(c)轴向零点定位支承杆支块滑道滑块V 形支架压紧螺钉定位销支承杆滑块压紧螺钉47航空动力 I Aerospace Power 2023年 第1期技术 Technology图2 测针选择示意块用于调节定位销的高度,定位销与长轴前段法兰上的孔配合,
5、确定零件的轴向零件和角向位置,轴向零点定位支承杆如图1(c)所示。两V形块配合使用,用于长轴的轴向定位,零点定位支承杆用于长轴的径向定位。采用测量工装,可以一次性将零件安装到位,可直接在工装上建立测量坐标系,简化坐标系建立过程,提高检测效率。零件安装低压涡轮长轴两端口的直径大小不一致,不能简单地从两侧分别按照总长的1/2分段测量,需要根据内腔结构计算不同直径测针可检测的长度范围,从而确定长轴在机床上的摆放位置,以防止量程不足。例如,零件长度为L,通过计算需要从长轴的大端处测量内腔2/3L的长度,则测针的测杆长度应不小于2/3L,零件大端应放置在机床最大量程的2/3L+10mm(10mm为安全距
6、离)处。长轴安装位置应与测量方向的测针平行,否则测针未到达指定的测量位置时,会与内壁产生干涉。一般情况下,校准的测针方向与测量机的机床坐标系平行,故在安装时,长轴内腔轴线与机床坐标系平行。在安装结束后须对零件径向和轴向位置分别进行调整。测针选择测针类型选择低压涡轮长轴须采用不同类型、不同直径的测针分段测量。针对不同形状的枣核形结构,需要精密计算内腔不同部位的直径,论证不同测针带来的测量误差和可能产生的测量干涉。常用的测针类型包括球形测针、盘形测针和星形测针。球形测针使用简单,易于操作,用于测量两端口处的内腔型面;盘形测针有一定的厚度,在测量锥型面内壁时,盘形测针侧壁与锥型面内壁是线接触而不是面
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