三坐标测量机在整体叶盘叶片型面检测中的应用

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1、：il；i!j2燮△旦丛垒丛g呈旦丛E△s坐BE凹巨世工工E坌旦醚Q。Q鱼Y坐标测量机在整体叶盘叶片型面检测中的应用BliskBladeProfileInspectionUsingCMM中航工业沈阳发动机设计研究所高继昆闫峰李季高继昆高级工程师，毕业于哈尔滨工业大学机密仪器专业。主要从事航空发动机设计、装配过程中几何量计量及检测技术研究。整体叶盘是航空发动机的关键部件之一，直接决定了发动机的性能、安全和寿命”之】。随着技术水平的提高，越来越多的国内外航空发动机采用整体叶盘代替传统多个叶片组装的设计模式。它的显著特点在于整体性好，有效地提高了发动机性能。但加工和检测的成本和难度也随之

2、增大。由于整体叶盘的加工质量至关重要，因此在发动机零部件检94航空制造技术·2015年第22期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。DOI：10．16080“．issnl671．833x．2015_22．094测中，整体叶盘叶片型面的检测具有十分重要的意义。整体叶盘叶片型面检测方法主要有

3、坐标测量法、检具测量法、在线检测法、光学非接触测量法等p。181，目前在整体叶盘叶片型面检测中，最常用的方法是三坐标测量机曲线扫描。测量方法本文采用zeiss公司生产的PRISMO三坐标测量机，其示值误差为(1．5+三／350)¨m，并通过四轴联动转台的配置对某型发动机整体叶盘进行检测。该整体叶盘尺寸大、扭转大，其叶片型面的扭转角最大可达350。下面以该整体叶盘为例，谈谈三坐标测量机对整体叶盘叶片型面的检测和计算方法m≈21。1整体叶盘叶片型面测量(1)建立测量坐标系。首先，将整体叶盘的数学模型导人测量软件中，然后根据设计要求，选择对应的几何元素作为测量基准，对测量基准进行平移和旋

4、转得到基本坐标系和整体叶盘叶片叶型坐标系。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)定义名义叶型曲线。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，并按曲率确定每个三维曲线的名义点位置和法线方向，如图1所示。然三图1名义点位置和法线分布图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。(3)编辑每个元素的测量程序。编辑测量基准和被测叶型三维曲线的测量程序，其中靠近根部的叶型曲线分3段进行扫描测量，靠近尖部的叶型曲线分2段进行扫描测量。通过转台角度和扫描速度的设定，使得叶盆和叶背扫描速度较快，前缘和后缘扫描速度较慢

5、。2测量结果的计算和处理叶片型面曲线扫描完成后，将第一片叶片所有截面的名义数据和每一片叶片所有叶型的实测未补偿的数据在相应叶型坐标系下分别导入叶型处理软件进行计算，通过计算得出整体叶盘叶片实测叶型的弦长、位置度、扭转角度、轮廓度以及前后缘形状等特征参数，进而判断叶片型面是否合格。3测量结果的输出将测得的叶型轮廓及数据处理时得到的弦长、位置度、扭转角度、轮廓度以及前后缘形状等特征参数，输出成报告的形式，提供给设计人员进行分析使用。三维曲线和二维曲线测量结果对比1二维曲线测量引起的余弦误差三坐标测量机用二维曲线测量叶片型面时，由于测量原理和测量方法本身存在不足，会产生半径补偿误差，即余

6、弦误差。三坐标测量机探针大多为红宝石球或碳素球，测头采点记录的是球心位置的空间坐标。因球心不是测针与叶型表面的实际接触位置，需通过半径补偿，得出实测点坐标值。半径补偿的方向由名义点法线方向确定(在xl，平面内的二维方向)，而叶型本身是自由曲面，法线方向是三维方向，由此会带来半径补偿误差。下面对叶片叶型测量过程中二维补偿误差的产生以及影响因素进行分析。在实际测量过程中，受触发测量力的影响，接触测量时测头中心的z坐标值与名义值存在一定偏差，如图2所示。随着叶片倾斜角度的增大而增大。使用二维曲线扫描的方法对该整体叶盘的最大扭转叶片型面进行测量，其倾斜角口为350，通过测量结果得到，z值偏

7、差最大不超过0．05mm，且均出现在后缘附近。图2中4为名义点，4’为半径补偿得到的实测点，为半径补偿误差，探针半径月为lmm。此时的半径补偿四】：最=月／cos卢-疗一H-th卢。该叶片的最大半径补偿误差为：6=月／cos卢胡一H‘thJB=1／cos35。一l一0．05·th350=0．186mm。由于设计图纸给出的前后缘6mm内轮廓度公差为0．15mm，显然通过二维曲线扫描的方法不能满足测量要求。2两种方法的测量结果对比用三维曲线扫描的方法对叶片型面进行测量，将