一种压气机多级静叶叶尖磨削自动测量方法

1.本申请涉及压气机测量的技术领域，尤其涉及一种压气机多级静叶叶尖磨削自动测量方法。


背景技术：

2.航空发动机和燃气轮机压气机静叶有两种结构，一种是带内环的，叶片一端固定在机匣上，另外一端固定在内环上，这种叶片一般不需要磨叶尖。另一种是悬臂式静叶，一端固定在机匣上，另外一端不固定，为了保证整圈叶尖圆跳动以及间隙，这种结构的静叶通常在装配后需要进行整体叶尖磨削。这种静叶机匣组件的叶尖磨削，通常在立式磨床上加工，磨削前需要测量叶尖直径来确定砂轮进刀量，磨削后也需要测量叶尖直径判断尺寸是否到位，因此测量叶尖直径在叶尖磨削过程中起着非常重要的作用。
3.静叶与机匣大多采用榫头榫槽配合的装配方式，为了防止工作过程中叶片共振，会安装不同榫头宽度的静子叶片来保证榫槽周向有一定的间隙，这样就使得叶尖周向间距不完全相等，不能通过旋转相同角度来实现一整圈叶尖尺寸的自动测量。
4.专利cn110732918a采用杠杆千分表打表的方式，测量叶尖待测点到径向基准面的距离，从而间接得到叶片叶尖的半径。这种方法实际操作中有以下不足之处：操作繁琐，不适合多叶片叶尖尺寸测量，该方案只能通过手动将千分表测头移动至叶尖，测头接触叶尖后同时还需要使千分表指针偏转0.001mm后机床坐标才能反映真实的叶尖尺寸，对于多级压气机整体叶尖磨削，例如17级，每级测量50个叶片数据，依靠这种手动测量工作量巨大；不易观测，不适合多级静叶叶尖测量，具有多级静叶的压气机机匣都很高，有的甚至达到1.5m，当千分表伸进机匣内部后，外边操作者很难看清千分表测头，很难将测头快速移动至叶尖被测位置；测量可靠性较低，千分表是通过磁力吸附在机床立柱上，在移动过程中，以及和静叶叶尖触碰过程中，千分表自身难免会有轻微移动，这种移动会对后面的测量结果带来很大的误差。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本申请实施例提供一种压气机多级静叶叶尖磨削自动测量方法，以解决现有压气机静叶叶尖测量过程中的测量操作繁琐，不适合多级多叶片测量，不易观测，可靠性低等技术问题，至少部分解决现有技术中存在的问题。
6.本申请实施例提供一种压气机多级静叶叶尖磨削自动测量方法，所述方法包括：
7.s1、固定装有待测静叶的机匣于立式磨削机床的工作台上并找正机匣；
8.s2、以所述立式磨削机床的机床立柱垂直向下的方向设为z轴，以所述机床立柱的水平面方向设为x轴，建立x
‑
z坐标系；
9.s3、将触发式测头安装在所述立式磨削机床的主轴上，让所述触发式测头沿x轴方向指向所述机匣，固定所述主轴角向位置，其中，所述触发式测头包括测针、触头和测头主体；
10.s4、操作所述立式磨削机床的手柄，将所述触头的b面触碰径向b基准面，所述b基准面为所述机匣的端面止口圆面，根据b基准面的直径实测值φd，确定所述x
‑
z坐标系中x方向0点；
11.s5、操作所述立式磨削机床的手柄，将所述触发式测头移动至所述机匣的z方向的a基准面，并使所述触头的a面与所述a基准面接触，将此位置定为所述x
‑
z坐标系中z方向0点；
12.s6、待测静叶叶尖的测点到所述z方向0点的距离为l，因此将所述触发式测头伸入所述机匣内部，并从所述z方向0点下移l；
13.s7、所述触发式测头下移l后，调节所述工作台角度，调节所述触发式测头与所述待测叶尖相对位置关系，使所述触发式测头位于两个静叶叶片之间，作为所述触发式测头测量的初始位置；
14.s8、沿x方向移动所述触发式测头，使所述触发式测头的触头伸进两叶片之间2
±
0.5mm；
15.s9、所述工作台沿一个方向缓慢旋转，旋转至待测静叶叶片的叶身型面碰到所述触发式测头停止；
16.s10、将所述触发式测头沿x轴且远离待测静叶叶尖的方向移出，距离叶尖位置5
±
0.5mm时停止；
17.s11、将所述工作台继续沿同一个方向旋转一定角度，使得所述触头刚好正对待测静叶叶尖，记录旋转角度为α，在测量其余静叶叶片时均采用所述α；
18.s12、沿x方向缓慢移动所述触发式测头靠近待测静叶叶尖，当所述触头碰到待测静叶叶尖后，机床上显示的x坐标即为待测叶尖半径；
19.s13、沿x方向将所述触发式测头远离待测叶尖5
±
0.5mm；
20.s14、所述工作台旋转β
°
，使所述触发式测头对准下一个待测叶片空隙，所述β＝180/n，其中，n为一圈叶片的数量；
21.s15、重复步骤s7
‑
s14完成一圈的其余叶尖尺寸测量，通过所述立式磨削机床宏程序，其余叶片测量可以实现自动测量。
22.根据本申请实施例的一种具体实现方式，测量压气机多级静叶时，重复步骤s4
‑
s15，并将所述l值修改为待测的下一级静叶叶尖的测点到所述z方向0点的距离，以及所述n值修改为对应级的叶片数。
23.根据本申请实施例的一种具体实现方式，在所述步骤s1中，所述机匣在立式磨削机床的工作台上的固定方式为将所述机匣装夹在夹具上，所述夹具通过压板或磁力固定在所述工作台上。
24.根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述方法还包括：当所述测头主体内部的触发机构被触发时，所述测头主体内部与所述触发机构相连的闭合有源电路的状态发生变化并发出声光信号，用于指示所述触发式测头的工作状态。
25.根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述触发机构被触发的条件为所述测针产生摆动或所述测针向所述触发式测头内部移动。
26.根据本申请实施例的一种具体实现方式，在所述步骤s6中，所述触发式测头下移前在x方向需满足不与任何静叶叶片发生碰撞。
27.根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述找正机匣采用千分表进行找正，并调节所述机匣相对于所述工作台的旋转轴的圆跳动至合格。
28.根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述触头的形状为球体或棱柱体。
29.根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述触头的形状为正四棱柱体，棱长的长度范围为3
‑
5mm。
30.根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述测针长度小于最小静叶叶尖半径。
31.有益效果
32.本申请提出了一种压气机多级静叶叶尖磨削自动测量方法，使用该测量方法可以实现自动测量，能够大幅提升测量效率，减小工作量。
33.适合多级叶片测量，仅需要输入l值和对应级的叶片数n即可对不同级叶尖进行测量。
34.测量精度提高，触发式测头直接安装在机床主轴上，测量更加稳定，测量结果直接反映为机床主轴坐标值，使得记录测量结果更加方便。
附图说明
35.为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
36.图1为根据本发明一实施例的静叶立式磨削设备结构简图；
37.图2为根据本发明一实施例的触发式测头的结构图；
38.图3为如图2所示的触发式测头的p处放大图；
39.图4为根据本发明一实施例的机匣磨削尺寸示意图；
40.图5a
‑
d为根据本发明一实施例的压气机多级静叶叶尖磨削自动测量步骤的示意图。
41.图中：1、机床立柱；2、主轴；3、触发式测头；3
‑
1、测针；3
‑
2、触头；3
‑
3、测头主体；4、机匣；5、工作台；6、静叶。
具体实施方式
42.下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。
43.以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
44.要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本申请，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面
可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。
45.还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本申请的基本构想，图式中仅显示与本申请中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
46.另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。
47.本申请实施例提供了一种压气机多级静叶叶尖磨削自动测量方法，下面将结合附图进行具体描述。
48.参照图1，为静叶立式磨削设备结构简图，所述自动测量方法基于立式磨削机床进行完成，立式磨削机床主要构成为机床立柱1、主轴2、触发式测头3和工作台5，触发式测头3与机床的主轴2直接连接，此种连接方法使测量更加稳定，并测量结果直接反映为机床主轴2的坐标值，使得记录测量结果更加方便，提高测量精度。具体的测量步骤如下：
49.s1、将装有静叶的机匣4装夹在专用夹具(图中未示出)上，夹具通过压板/磁力固定在立式磨削机床的工作台5上，并找正机匣4。本实施例中，利用千分表找正机匣4，调节机匣4相对于工作台5旋转轴的圆跳动至合格。
50.s2、以立式磨削机床的机床立柱1的垂直向下的方向设为z轴，以机床立柱1的水平面方向设为x轴，建立x
‑
z坐标系。
51.s3、将触发式测头3安装在立式磨削机床的主轴2上，让触发式测头3沿x轴方向指向机匣4，固定主轴2角向位置，其中，触发式测头3包括测针3
‑
1、触头3
‑
2和测头主体3
‑
3，如图2
‑
3所示。
52.需要具体说明的是，测头主体3
‑
3为圆柱体结构，并与主轴2连接；测针3
‑
1位于测头主体3
‑
3上远离主轴2的一端，且测针3
‑
1的轴线与测头主体3
‑
3的轴线相垂直，测针3
‑
1为了使触发式测头3能伸进机匣4并且测量时不与其他叶片干涉，测针3
‑
1的长度需小于机匣4内的最小叶尖半径。
53.触头3
‑
2连接于测针3
‑
1的一端，其形状可以为球体或棱柱体，但压气机叶尖通常很薄，若用球体三维触头3
‑
2，对测量位置要求很高，稍微有偏移就无法触碰到测点。更为优选的，触头3
‑
2为正四棱柱体结构，其棱长范围为3
‑
5mm；触头3
‑
2的表面分为a面和b面，其中b面为触头3
‑
2与测针3
‑
1的连接面的正对面，a面为垂直于b面的四个侧面。
54.测头主体3
‑
3内部设有一个闭合的有源电路(图中未示出)，该电路与一个特殊的触发机构(图中未示出)相连接，只要触发机构产生触发动作，就会引起电路状态变化并发出声光信号，指示触发式测头3的工作状态；触发机构产生触发动作的唯一条件是触发式测头3的测针3
‑
1产生微小的摆动或向触发式测头3的内部移动，当触发式测头3连接在机床主轴2上并随主轴2移动时，只要测针3
‑
1上的触头3
‑
2在任意方向与工件(任何固体材料)表面接触，使测针3
‑
1产生微小的摆动或移动，都会立即导致触发式测头3产生声光信号，指明其工作状态。
55.在数控机床上采用触发式测头3进行测量时，先将触发式测头3直接安装在机床的主轴2上，然后操作者手动控制机床移动，使触发式测头3的测针3
‑
1上的触头3
‑
2与工件表面接触，由于机床的数控系统实时地记录并显示主轴2的位置坐标值，因此，可以结合测针3
‑
1的触头3
‑
2与工件的具体位置关系，利用机床主轴2的坐标值换算出工件被测量点的相关坐标值。获得工件的各个被测量点的相关坐标值以后，再根据各坐标点的几何位置关系进行相关计算，便可以获得最终的测量结果。
56.s4、参照图4，操作立式磨削机床的手柄，将触头3
‑
2的b面触碰径向b基准面，b基准面为机匣4的端面止口圆面，根据b基准面的直径实测值φd，确定x
‑
z坐标系中x方向0点。
57.s5、参照图4，操作立式磨削机床的手柄，将触发式测头3移动至机匣4的z方向的a基准面，并使触头3
‑
2的a面与a基准面接触，将此位置定为x
‑
z坐标系中z方向0点。
58.s6、待测静叶6叶尖的测点到z方向0点的距离为l，因此将触发式测头3伸入机匣4内部，并从z方向0点下移l。
59.此处需要说明的是，对于多级静叶中，当测量其他级的静叶6时，l值需相应变化。
60.s7、触发式测头3下移l后，调节工作台5角度，调节触发式测头3与待测叶尖相对位置关系，使触发式测头3位于两个静叶6叶片之间，如图5a所示，作为触发式测头3测量的初始位置。
61.需要说明的是，触发式测头3与待测叶尖相对位置关系还包括触头3
‑
2正对叶尖的情况，参照图5d，但由于叶尖和触头3
‑
2的尺寸均较小，因此调节至触头3
‑
2正对叶尖的位置时比较费时，因此选定触发式测头3位于两个静叶6叶片之间作为初始位置。
62.s8、沿x方向移动触发式测头3，使触发式测头3的触头3
‑
2伸进两叶片之间2
±
0.5mm。
63.s9、工作台5沿一个方向缓慢旋转，旋转至一个静叶6叶片的叶身型面碰到触发式测头3停止，如图5b所示。
64.s10、将触发式测头3沿x轴且远离静叶6叶尖的方向移出，距离静叶6叶尖位置5
±
0.5mm时停止，如图5c所示。
65.s11、将工作台5继续沿同一个方向旋转一定角度，使得触头3
‑
2刚好正对当前静叶6叶尖，如图5d所示，记录旋转角度为α，在测量其余静叶6叶片时均采用α。
66.s12、沿x方向缓慢移动触发式测头3靠近当前静叶6叶尖，当触头3
‑
2碰到当前静叶6叶尖后，机床上显示的x坐标即为当前叶尖半径。
67.s13、沿x方向将触发式测头3远离当前叶尖5
±
0.5mm。
68.s14、工作台5旋转β
°
，使触发式测头3对准下一个待测叶片空隙，β＝180/n，其中，n为一圈叶片的数量。
69.s15、重复步骤s7
‑
s14完成一圈的其余叶尖尺寸测量，通过立式磨削机床宏程序，其余叶片测量可以实现自动测量。
70.s16、测量压气机多级静叶时，上述操作完成后，只完成了其中1级静叶的测量，测下一级静叶只需要重复步骤s4
‑
s15，并将l值修改为待测的下一级静叶叶尖的测点到z方向0点的距离，以及n值修改为对应级的叶片数。
71.本发明提供的实施例，针对现有压气机静叶叶尖测量过程中的测量操作繁琐，不适合多级多叶片测量，不易观测，可靠性低等技术问题，发明了一种压气机多级静叶叶尖磨
削自动测量方法，主要应用在航空发动机和燃气轮机中，该方法可以实现自动测量，提升工作效率；适合多级叶片测量，仅需输入l值和对应级的叶片数n即可对不同级叶尖进行测量；通过将触发式测头直接安装在机床主轴上，记录测量结果更加方便，测量更加稳定，测量精度更高。
72.以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。