浅谈轴向双定位叶片综合测具的应用

摘 要：文章介绍了根据定位、测量原理、公差分配原理，研究和设计的一种新型式的双向定位检测无余量叶片的测具结构。该测具采用了双向两点的轴向定位形式，体现了双向轴向点分担定位公差的理念，采用了空间连接的形式，满足了对叶片的5个叶身截面的型面测量（包括叶身扭转的状态）以及叶片上、下缘板的12个通道点测量功能。同时还要保证所有的定位机构、压紧机构满足叶片的扭转功能。这种情况的测具定位机构要注意它的稳定性及布局合理性；压紧机构要考虑操作方便、叶片与定位面贴合度要好。这样叶片在测量中能得到稳定数据，满足工艺对叶片测量的需求。

关键词：叶片定位机构；定位力；定位贴合度；叶片压紧机构

中图分类号：TG659 文献标识码：A

1 概述

被测叶片是精铸的，叶身型面是无余量的，该叶片的轴向长度只有50多mm，工艺要求：叶片的轴向要双向定位，X、Y方向定位在Ⅴ、Ⅶ、Ⅸ三个截面实现，而且定位的截面位置形式不同，要测量的六个叶身型面包括定位的三个截面的型面（有扭转15′），上、下缘板有12个通道点要测量。因此，在设计此种叶片测具时，一方面要考虑叶片型面在轴向的变化趋势，以确定定位样板的倒角方向；另一方面在测具上留出足够大空间，供给叶片轴向定位机构、测量机构的行程布置。检验叶片扭转偏差，是靠头部转轴与两止动销间的间隙实现的，以往的轴向定位点为1点，截面距以发动机轴线起始，不存在公差分配问题。为了满足工艺要求的双向轴向点分担定位公差的理念，采用了用两条导轨来保证两定位销的运行轨迹。为保证两定位销头能够同时与定位点接触，两定位销分别安装在两个滑块上，滑块上同时还设置一个角度面，两个滑块上的角度面是对称的，由另一楔形块贴合。推动该楔形块就会使两滑块带着定位销，分别沿着各自的轨道，轴向平稳推进。两滑块布置的拉簧，会使两滑块与施加推力的楔形块紧紧贴和。该测具在两种状态即：静态、动态测量叶身型面，静态测叶片上、下缘板通道点。

2 设计过程

2.1 轴向定位机构设计

首先是确定实现叶片的轴向双点定位的机构形式。接触叶片的两个定位点由两个圆锥型定位销实现。定位销的材料为CrWMn HRC58~62。使测量不会因定位销的磨损造成误差。为保证两定位销的销头能够同时向定位点行进，两定位销分别安在两个滑块上，采用了用两条导轨来保证两定位销所在的滑块的运行轨迹。推动楔形块就会使两滑块带着定位销，分别沿着叶片轴向各自的轨道，沿两个相反方向轴向平稳移动推进。根据两滑块的功能性质，它们的材料选为20钢，经渗碳表面处理后，工作表面硬度可达到HRC58~62，保证滑块与基准座的间隙0.005~0.01。（X、Y两个方向）楔形块角度的选取利用冲击自锁原理，楔形块的角度定为12°，楔形块表面要耐磨，材料为20钢渗碳。

由楔形块推动这两个滑块上还分别有两个小销，这两个销分别连着同一个拉簧，这样使滑块与楔形块始终贴合着，保证定位的稳定性。如图2

2.2 X、Y向定位、压紧机构的设计

按工艺要求X、Y向定位，是由Ⅴ、Ⅶ、Ⅸ截面的型面和Ⅴ、Ⅸ截面的进气边支撑实现的。定位的截面样板都做成分体结构，为保证通道点样板的行程，特定给测通道点的样板设立梳板销。将压紧的位置定在两侧盆向安装板上。该叶片的X方向与叶片排起边的角度即圆心坐标与叶片型面的曲率大很大，我们通常的测具是X方向为竖直向上，如果像以前那样理念设计，在实际工人检测叶片型面操作过程中，就样板间隙看不准，叶片还因重力原因容易耷头定位不稳定，为方便现场工人在实际工作中操作方便，我们人为地将叶片坐标顺时针旋转了33°，这个旋转角度取决于型面样板沿水平推进时，型面样板最大限度不出现鹰嘴现象。这个角度对相应的型样板是有密切联系的，型面样板也要旋转33°。（图1）

2.3 叶片扭转机构的设计

根据工艺要求，该叶片还有在扭转状态下对型面检测要求，为了实现这一要求，首先要把定位稳定的叶片扭转起来，把X、Y、Z方向定位机构、压紧机构统一由连结板连接起来，考虑连接板所承受的只是重力没有冲击力，在保证连接板的刚性，采用45材料，HRC35~40。为了保证叶片型面检测的准确性，两个转轴的轴线由同轴度φ0.01控制，为防止磨差造成的误差，两支架装有衬套，衬套与转轴的间隙确定为0.005~0.01。该测具是在两种状态下测量型面的，设计了插销。该插销通过两个衬套的插入，形成叶片在静态测量的环境；插销通过从两个衬套拔出，形成叶片在动态测量的环境。

2.4 误差分析

测具的误差分为系统误差、随机误差。系统误差产生的原因、性质和特点都是已知的，其数值是不变的。测具的制造误差可以通过提高加工精度减小。控制系统误差等于测具各个组成极限偏差的平方和开方。测具本身机构的累积误差小于被测量尺寸或相互位置偏差数值的1/5时，可忽略不计。分析本测具的系统误差主要来自于测具转轴与衬套的间隙、止动销的磨损、轴向定位销的行程误差及轴向位置的固定、压紧是否保证叶片与定位面的贴和以及测量力的影响等。随机误差可通过多次的检测和对测具的设计理念的加深认知解决，不会对整体测量产生影响。

结论

在实际应用的过程中，轴向双点定位的机构形式在使用过程中，操作简单。压紧机构采用了与定位样板一体，这样可以节省测具空间减少重量，这样有益于检测叶片扭转状态下的叶身型面情况。在这样一套工装测具上可以检测叶片多种参数，节省成本，使用方便，安全可靠，解决了生产中的问题。

参考文献

[1]《航空材料手册》编写组.《航空材料手册》上、下册[M].国防工业出版社.1972.5.

[2]《机械设计手册》联合编写组编.《机械设计手册》[M].化学工业出版社.1982.10.

[3]沈小强，林朝平.加工中心工件定位与夹紧分析[J].机械制造与自动化，2005，34（5）：25-26，29.

[4]黄其圣.动态测量中测量力的确定[J].仪表技术与传感，2005，（2）.

[5]陆雯，钟康民.以圆柱为夹紧元件的自锁型敲击式夹具[J].机械制造，42卷第479期.