汽轮机叶片三坐标自动测量研究综述

10汽轮机叶片三坐标自动测量研究综述叶建友，吕彦明，陈林江南大学工具技术摘要目前国内主要汽轮机叶片的生产厂家使用三坐标I受4量机对汽轮机叶片进行检测时，大都是以单件测量的方式进行，每次测量都需手动建立坐标系，增加了人机交互的环节，叶片测量效率低下。本文介绍了叶片自动化测量流程和柔性相变材料夹具。柔性相变材料夹具为叶片自动化测量提供保障，可有效提高测量的效率和稳定性。关键词汽轮机叶片；三坐标测量机；自动化测量；相变材料夹具中图分类号TG87；TP29文献标志码AREVIEWOFRESEARCHONAUTOMATICPOSITIONINGOFTURBINEBLADESWITHCMMYEJIANYOU，LVYANMINGCHENLINABSTRACTCURRENTLYTHEINTERNALMAJORMANUFACTUREROFTURBINEBLADESMOSTLYUSEDCOORDINATEMEASURINGMACHINEFORTESTINGTURBINEBLADESINTHEWAYOFMEASUREASINGLEPIECEATATIME，EACHMEASUREMENTAREREQUIREDTOMANUALLYBUILDCOORDINATESYSTEM，INCREASINGTHEHUMANCOMPUTERINTERACTION，THEEFFICIENCYOFMEASURINGBLADESLOWERTHISPAPERINTRODUCESTHEAUTOMATICMEASURINGPROCESSANDFLEXIBLEBLADEPHASECHANGEMATERIALFIXTURE，FLEXIBLEPHASECHANGEMATERIALSTOPROVIDEPROTECTIONFORTHEBLADECLAMPAUTOMATEDMEASUREMENT，CANEFFECTIVELYIMPROVETHEEFFICIENCYANDSTABILITYOFTHEMEASUREMENTKEYWORDSTURBINEBLADE；CMM；AUTOMATICMEASUREMENT；PHASECHANGEMATERIALSFIXTURE1引言需要。越来越多的工件需要进行批量测量。叶轮机械在航天、航空、汽车、能源等领域都有非常广泛的应用。叶片是汽轮发电机和涡轮发动机的重要零件之一。叶片的加工量约占整个汽轮机13，在整个汽轮机事故中，由于叶片的质量所引起的故障也占13左右J。所以，叶片是汽轮机的关键零件，起着将蒸汽的动能转换为机械能的作用，是汽轮机的“心脏”。一台汽轮机的叶片数量很多，通常由数千件大小不同的叶片组装而成，如图1所示。由于叶片的形状误差直接影响着叶片二次流损耗，因而叶片的加工精度要求比较严格，都需要对其进行形状精度测量。然而，叶片的形状复杂，并且叶片在设计过程中主要通过给出各个截面曲线的离散点来设计，所以叶片的型面的测量成为叶片测量的难点问题。2叶片自动化测量流程随着生产规模的日益扩大，加工精度的不断提高，传统的三坐标测量机COORDINATEMEASURINGMACHINE，CMM单件测量方法已不能满足生产的基金项目教育部高校自主科研基金项目JUSRP21116；江苏省产学研前瞻性联合研究项目BY201301513；江苏省“六大人才高峰”资助项目2012一ZB22003收稿日期2014年7月图1百万千瓦核电汽轮机目前叶片测量流程如图2所示，整个过程需要人工操作的环节较多。如产品信息输入、检测零件安装、调检测程序、手动建检测坐标系、调叶身检测专用软件、再输入产品信息、再输入检测文件保存路径及文件名。如果没有人及时交互，三坐标就会停机等待。从整个流程不难看出，该方法采用的完全是单件测量的流程。其测量效率低下，难以满足实际生产要求，严重制约着企业的发展。钡吐鞋运行调BLADE报告线上确认用V程序自动保存操作叶片型块手动进行牛成NLNBQ运行，PIF输入测文件量坐标等成系。产待输测品信息入文量，开始件名人员信息、吸操作告报测量叶及保将叶，输铁等三坐粗建片送入计将叶标测基准至三算机片在量机、精坐标并调工作进行建基测量测量台上粗定准，位按工室程序定位艺测量片型面存路径图2测量流程12小设计成几个系列，每个具体夹紧体要能进行调整，从而实现连续尺寸的全覆盖。由于将夹紧体和工件靠放在一起，通过浇铸液相材料固化连接，夹紧体和工件间没有预紧力，所以要在夹紧体上加预紧机构。定位销长度要可调且稳定可靠，要实现任意位置固定。囫图圈囡图6切削力的传递这种柔性夹具的使用过程如图7所示，先根据加工工艺要求，由计算机辅助确定定位和夹紧策略、选择夹具系列尺寸大小和受力大小，确定定位坐标系后计算出定位件长度及夹紧体长度，然后调整定位元件及夹紧体长度，由数控装置将定位件和夹紧体布放到设计位置；加注相变材料实现这些件的连接，如果零件需要相变材料强化支撑，则对首件进行必要的处理后继续加注相变材料至所需位置。相变材料冷却，完全实现了定位件、夹紧体、夹具体的连接，此时夹具就可以正常使用了。对于新零件，将相材料熔化，更换定位、夹紧件，重复上述过程即可。图7相变柔性夹具调试使用流程该夹具可以装夹任意形状的零件，对刚性差的零件填以合金材料提高其刚性。相比组合夹具零件种类少。使用本夹具时，定位和夹紧连续可调，实现了全尺寸装夹而不是系列尺寸装夹。定位位置便于实现自动化快速调节，既可以提高夹具调整速度又可以保证精度，同时还可以降低夹具零件的制造精度要求。夹紧支撑可根据需用任意位置方向布置，适应任何形状零件的夹紧。当相变柔性夹具定位基准面旋转至下极限位置后，叶片的周围没有任何障碍物，叶片的可达测量空工具技术间得到了充分的扩展，简化了使用三坐标测量机测量叶片时的路径规划的问题，有利于叶片测量自动化的实现一。4结语叶片类零件是压缩机和推进器的重要零件，应用领域广泛，遍及汽车、航空等，具体主要应用于汽轮机、航空发动机等。目前三坐标测量以单件测量的方式进行，每次测量都需要手动建立坐标系，严重影响测量效率的提高。为实现批量叶片测量自动化，在三坐标自动建坐标系对夹具的定位精度范围内，针对相应叶片设计柔性的三坐标自动测量夹具，减少了测量过程中的人机交互环节。在测量批量叶片时，自动测量省略了操作的麻烦，大大节约了时间，提高了测量的效率和稳定性。参考文献1石道中汽轮机设计基础M哈尔滨哈尔滨工业大学出版社，19902刘勇，吕彦明，童鹏鹏基于UGCAD模型的CMM自动测量路径规划J工具技术，2011，45188913蔺小军，单晨伟，王增强，等航空发动机叶片型面三坐标测量机测量技术J计算机集成制造系统，2012，1816一L14邹刚，王亚平，李永刚三坐标测量机测量路径自动生成的研究J航空计测技术，2004，243675王正明，何雪明，刘伟，等三坐标测量机自动测量技术的研究J机床与液压，2009，37121271296赵韩，刘达新，董玉德，等基于CAD的三坐标测量机检测规划系统的开发J仪器仪表学报，20O9，3O9184618527赵强，杨川，张志微型三坐标测量机定位精度的研究J机床与液压，2008，361188908余小勇基于DMIS和UG的CMM检测路径生成及仿真J现代电子技