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  • 三坐标测量机在航空发动机叶片型面检测中的应用探析

    来源:www.shuoshisheng.net 发布时间:2019-10-15

    1.前言

    航空发动机工业是制造业的本质。它综合了多学科的成果,技术难度大,开发周期长,价格昂贵,标志着一个国家的技术水平和国防实力。叶片是航空发动机的“心脏”组件,它直接决定发动机的性能,安全性和寿命。由于叶片加工的质量对于飞行安全特别重要,因此其质量的检测比其他机械组件要复杂得多。叶片的几何形状和尺寸决定了叶片的性能,而叶片的轮廓质量直接影响发动机能量转换的效率。因此,在发动机部件的检测中,叶片轮廓的检测具有重要意义。在航空发动机叶片检测领域中,最广泛使用的一种方法是使用接触三坐标通过二维扫描来检测叶片轮廓。

    2.三坐标测量机在叶片检测中的应用

    2.1坐标测量机的工作原理

    CMM是用于测量机械部件尺寸和行为公差的最广泛使用的测量设备。它通过点样或扫描等接触测量方法收集要测量的元素,然后通过软件计算拟合要测量的元素,最后找到结果。 CMM具有速度快,精度高,稳定性高,测量方法多样化和强大的软件处理能力的特点。

    2.2用坐标测量机测量叶片形状的具体方法

    本文以某类发动机风扇转子叶片为例进行测量,并使用精度为(1.5 + L/350)um的高精度坐标测量机。风扇叶片是所有类型叶片中最大,扭矩最大的叶片,也是最难加工和成形的叶片。沿叶片堆轴向最大倾斜角的法线与轮廓之间的夹角最大为20。下面以叶片为例,介绍一下三坐标测量机检测叶片轮廓的方法。遇到的问题。

    2.2.1准备

    首先,根据刀片的形状和尺寸,将刀片夹紧在合适的位置,以使探针可以在测量过程中测量所有被测元素,并且探针在测量过程中不会超出边界。然后根据所有被测元件的位置准备不同大小和角度的探针,并对每个探针进行校准。测量同一轮廓的不同角度的探针必须具有相同的尺寸。本文中使用的所有探针的直径均为1毫米。

    2.2.2建立坐标系

    首先,打开测量软件以创建新的测量程序,然后将数学模型导入测量程序。然后,根据图纸要求,选择相应的几何元素作为参考,通过平移和扭曲建立坐标系。使坐标系与图纸叶子坐标系一致,并建立坐标系。所有叶片测量均在此坐标系中完成。

    2.2.3建立安全平面

    根据刀片的大小和工作台上的位置,将建立一个安全平面,以确保在自动测量过程中探针不会撞击到工件上或超出边界。

    2.2.4定义名义叶片曲线

    根据叶坐标系中每个轮廓的高度,在数学模型上截取要测量的二维曲线。每个二维曲线的标称点位置和法线由曲率定义,因此在前尾边缘处的点步距很小,而叶片背面的点步距很大。

    2.2.5编辑每个元素的测量步骤

    编辑参考元素和被测叶片轮廓的测量程序,包括每个元素的特定测量位置和方法,所使用的探头以及在测量每个元素的出入口时探头的方向,安全距离和缩回距离进入安全平面。大小等。叶曲线通过四段扫描法测量。叶盆,叶背,前缘和后缘,叶盆和叶背扫描速度更快,而前缘和后缘扫描速度较慢。每个段中使用的探针尺寸相同,以确保每个轮廓的探针半径补偿参数一致。

    2.2.6测量结果的计算与处理

    完成所有测试曲线后,将各节的标称数据和各节的未补偿数据分别导入叶型处理软件进行计算,并通过测量得到叶片的实测曲线和前缘放大图。最佳拟合计算。也可以通过软件计算特性参数,例如弦长,位置度,扭转角和所测叶片类型的轮廓,以确定机翼曲线是否合格。

    2.2.7测量结果输出

    将所有测得的叶片曲线和前尾边缘放大视图以及测得的叶片类型特征参数组合在一起,并作为报告输出。被测叶片类型的点坐标文件可以txt格式输出,并提供给设计者进行分析。

    2.2.8其他刀片的测量

    如果继续进行下一个刀片测量,则保存测量程序,将测量程序名称更改为要测试的刀片的信息,并在夹紧刀片后,手动执行坐标系,然后执行叶型测量程序自动执行,并在测量完成后分析测量结果。处理后,输出并完成测量。

    3.叶型计算中测头半径补偿的误差分析

    半径补偿误差的原因:接触式CMM测量刀片轮廓时,由于测量原理和测量方法,会发生半径补偿误差。坐标测量机的探针尖端通常是红宝石球或碳球,由探针拾取点获得的空间坐标是球头的球心位置。测针与物体表面之间的实际接触位置不是球体的中心,因此需要进行半径补偿才能获得测得的点坐标值。半径补偿的方向是标称点的法线方向(XY平面中的二维方向),并且叶片的叶片形状是自由曲线的,实际上,叶片上的点的法线方向是三维的,带来半径补偿误差。

    4.结论

    对于航空发动机的各个部分的叶片,通常,叶片主体的弯曲小,并且在法向方向上的误差也小。该半径补偿误差也较小,并且叶片轮廓的轮廓的技术要求相对较小。不要考虑此错误。但是,对于某些风扇和压缩机叶片,局部截面上的测量点的法线方向与XY平面之间的角度较大,并且沿XY平面执行半径补偿。半径补偿误差很大,需要采取措施来减小该误差。错误。

    从上一章的分析可以看出,测量不确定度主要是由半径补偿误差引起的。被测点的法线方向误差越大(p角越大),测头半径越大,误差也越大。因此,减小半径补偿误差的方法是使用尽可能小的半径的探针,并减小法线方向的误差。

    使用半径尽可能小的探头,可以减少半径补偿引起的误差。本文所使用的坐标测量机配备的最小探针半径为0.15m,但这种小探针易于磨损,会引起磨损偏差,刚度和损坏。此外,在扫描测量中存在接触力和摩擦力,这可能会导致刮刀表面刮擦。因此,不建议选择半径小的探针。

    在某些叶片和整个叶片圆盘的测量中,无法测量半径较小的探针,只能选择半径尽可能小的探针。在这种情况下,可以选择具有合适半径的探针来测量最大扭转角的模型,然后根据法线和水平方向的最大偏差角获得Z方向的最大偏差值。点和测量结果,并带来本文提供的公式。由计算半径补偿误差引起的不确定度接近于合成标准不确定度。最后,计算扩展的不确定度,以确定所使用的探头是否满足测量要求。

    本文中使用的测量和计算方法适用于具有数学模型或已知叶片轮廓点和3D法线方向的测量。对于未知叶片轮廓的测量点坐标和三维法线方向的测量,可以使用其他方法估算叶片的最大变形角度,然后根据最大偏差值计算近似不确定度。未知扫描测量结果中的Z方向。

    随着航空发动机叶片的设计要求越来越高,加工质量越来越高,迫切需要一种检测方法。在以后的叶片轮廓检查中,二维曲线扫描法引起的误差将不能满足设计要求。因此,在检测具有三个接触坐标的叶片轮廓时,我们还尝试使用三维曲线扫描方法进行测量和计算。为了减小在探针半径补偿期间由测量点的法线和水平方向之间的角度引起的误差,改善了测量不确定度。由于叶片处理软件在三维法向计算中仍然存在一些问题,因此在某些情况下无法满足计算要求,因此目前无法完全满足测量要求。一些问题仍在进一步研究和探索中,并力争尽快取得成功,以提高检测水平。

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