用三坐标测量机检测整体叶轮叶片型面误差

1、2002年第36卷855用三坐标测量机检测整体叶轮叶片型面误差康敏1徐家文212南京农业大学南京航空航天大学摘要:介绍了整体叶轮结构及其叶片型面的表示方法,给出了用三坐标测量机检测整体叶轮叶片型面误差的测量步骤和数据处理方法。关键词:整体叶轮,型面误差,坐标测量机,误差检测,数据处理MeasurementofProfileErrorofMonolithicImpellersBladebyUsingCMMKangMinXuJiawenAbstract:Thestructureofmonolithicimpellerandthedescriptionofitsbladeprofileareintr

2、oduced.ThemeasuringstepsanddataprocessingmethodofmeasuringtheprofileerrorofmonolithicimpellersbladebyusingCMKeywords:monolithicimpeller,profileerror,coordinate(C,datapro2cess1引言20世纪80,(又称)结构设计中,出现了“整体叶盘”,介绍利用三坐标测量机检测型面误差的具体步骤及数据处理方法。2整体叶轮结构整体叶轮结构如图1所示。它将工作叶片和轮盘联为一体,省去了连接叶片和轮盘用的榫头和榫槽,从而使叶轮结构变得更为紧凑。整体

3、叶轮的叶片型面根据气动计算确定,多以列表曲面的形式给出,通常在几个给定的Yi(i=1,n)截面内给出叶盆面和叶背面上的型值点Pi,j的坐标,经过简单的坐标变换,即可获得各型值点在图1所示工件坐标系O2XYZ中的坐标2。表1列出了叶盆面上各型值点的坐标(xpi,j,yi,zpi,j)。3测量仪器及装置(1)三坐标测量机构,因其具有结构紧凑、体积小、重量轻、推重比大等优点,因而在现代航空发动机设计中得到了广泛应用。但由于整体叶轮采用了整体式结构,并带有复杂型面的扭曲叶片,因此增大了对叶片型面的加工和检测难度。目前一般利用三坐标测量机或专用测量样板来检测整体叶轮的叶片型面误差。样板检测法1所用测具结

4、构简单、体积小、便于现场使用,且检测速度快、费用低廉,但测量精度不是很高,一般用于工序间检测。三坐标测量机是一种高精度的通用检测设备,特别适合复杂型面的精密测量,但检测费用较高,不便于现场使用,一般用于精加工后的叶片型面检测。本文以采用精密展成电解法加工后的收稿日期:2002年1月(4)根据确定工作空间边界和体积的步骤编制程序,获得了工作空间三维图和工作空间二维截面图。工作空间的仿真结果与并联六坐标测量机的机构设计及坐标系的建立相对应,从而验证了所获结论的正确性。(5)分析了坐标测量机机构参数变化对工作空间的影响,明确了增大工作空间的途径是增大运动副转角、增大并联杆行程和适当减小动平台半径。参

5、考文献1PennockGR,KassnerDJ.Theworkspaceofageneralgeome2tryplaner32dofplatform2typemanipulator.ASMEJ.MechanismDesign,1993,115:2692762FallahiB,LaiHY,NaghibiRetal.Astudyoftheworkspaceoffive2barclosedloopmanipulator.MechanismTheory,1994,29(5):7597653孟女卓,车仁生,黄庆成等.并联六坐标测量机的研究.工具技术,2002,36(6):3740第一作者:孟女卓,副教授

6、,哈尔滨工业大学仪器科学与技术学科,150001哈尔滨市编辑:张宪56工具技术步骤进行测量。(1)建立工件坐标系首先在叶轮端面A上触测三点,将其设定为XY面,然后在夹具体圆柱面B上触测三点,将过其圆心且垂直于XY面的直线定为Z轴,将坐标系原点设定在Z轴与A面的交点处,最后指定各轴正方向,即建立了图3所示叶片型面测量的工件坐标系。图1整体叶轮结构表1叶盆表面的型值点坐标Yi截面Y1(y1)Xxp1,1xp1,2Zzp1,1zp1,2Xxp2,1xp2,2Y2(y2)Zzp2,1zp2,2型值点Pi,j12mxp1,mzp1,mxp2,mzp2,mYn(yn)XZzpn,1xpn,1zpn,2xp

7、n,2xpn,zpn,采用MISTRAL070705,为龙门移动式,(5+4L/1000)m;TP2型测头。(2)图3叶片型面测量采用标准万能分度头,用于检测不同叶片型面时的分度。(3)测量夹具根据叶轮零件自行设计制造了用于装夹待测叶轮的夹具,其结构如图2所示。其中定位销用于确定叶片的周向位置。(2)找正待测叶片在工件坐标系中的位置如图1所示,叶片k可看作是将叶片1绕叶轮轴线逆时针旋转(k-1)角形成的(为两叶片间夹角),因此检测叶片1时,应使定位销中心位于Y轴上(如图3所示),而在检测叶片k时,应使叶轮绕其轴线顺时针旋转(k-1)角,使叶片k位于图3所示叶片位置(以下称为基准位置)。具体作法

8、是先将叶片k初步调整至基准位置,然后在定位销的外圆柱面上触测三点,获得其中心与Y轴的夹角,若与(k-1)相差较大,可通过分度头调整叶轮位置,使尽可能接近(k-1)(如使-(k-1)<)。0.1°(3)测量在给定的Yi(i=1,n)截面内,以一定的Z)向间隔值触测叶盆表面,设测得的坐标值为(xp(1i,j,(1)yi,zpi,j)(j=1,m1,m1为每一Yi截面内的触测点数)。图2测量夹具5数据处理(1)测得数据的预处理4测量方法测量开始前,先将夹具体的外圆柱面C装卡于分度头的三爪卡盘上,再将被测叶轮按图2所示位置装夹在夹具体上,然后将分度头安装于三坐标测量机的工作台面上,为便

9、于测量,最好使夹具体的轴线与坐标测量机的一水平轴平行。然后即可按下述由于叶片型面为复杂曲面,曲面上各处的法线方向不同,不便使用测头补偿功能,因此测得值(1)(1)(xp为此,需要求i,j,yi,zpi,j)是测头中心的坐标值。得测头与叶盆面接触时触测点的坐标值,即图4中Di,j点的坐标值。但是,当测头中心Ci,j在Yi截面移动进行测量时,触测点Di,j却不在同一Y截面内,2002年第36卷857这将使后续的数据处理变得很复杂。为方便后续数据处理,选择过触测点和测头中心且平行于Y轴的平面、Y=Yi平面和叶盆表面三面的交点Ei,j作为后)续型面误差计算的基本数据,令其坐标为(xp(2i,j,yi,

10、过Pi,j点作X轴的平行线,与Sai交于Ai,j点,求出Ai,j点的坐标;求Sti上过Pi,j点的切线与Z轴的夹角i,j;求Pi,j点与Ai,j点间的距离di,j=Pi,jAi,j;过Pi,j点作Sti的法线,与Sai交于Vi,j点,设Pi,j点到Vi,j点的距离为hi,j,则hi,j=di,jcosi,jzpi,j),则有xpi,j=xpi,j-rcosi,j/cosi,jzpi,j=zpi,j+rsini,j/cosi,j(2)(1)(2)(1)(2)(1)(2)式中Yi截面内叶盆型线在Ei,j点处切线i,j与Z轴的夹角A2A截面内叶盆型线在Ei,j点处切线i,j与Y轴的夹角r测头半径i,

11、j和i,j可通过对叶盆型值点(xpi,j,yi,zpi,j)进行拟合,获得叶盆拟合面后求得。hi,j的最大值即为Yi截面的型线误差i,即i=hi,jmax。设i的最大值为imax,则叶片型面误差可表示为±imax。6结语,VC+610编制了,结果表明该方法,测量结果准确、可靠。参考文献1康敏,徐家文.整体叶轮型面误差检测及数据处理.计量技术,2001(5):20222康敏,徐家文.展成电解加工整体叶轮叶片型面的展成运动轨迹计算.江苏机械制造与自动化,2001(4):9497图4测得点与触测点之间的位置关系3孙家广,杨长贵.计算机图形学(新版).北京:清华大学出版社,1998(2)给定

12、截面叶型型线的B样条拟合(2)(2)在每一Yi截面内对实际测点数据(xpi,j,zpi,j)和理论型值点数据(xpi,j,zpi,j)分别进行三次B样第一作者:康敏,副教授,南京农业大学工学院(96号信箱),210032南京市编辑:张宪条拟合3,获得该截面内的实际型线Sai和理论型线Sti,如图5所示。北京将于明年举办第八届中国国际机床展由中国机床工具协会主办并与中国国际展览中心集团公司共同承办的第八届中国国际机床展览会(CIMT2003),定于2003年4月1622日在北京中国国际展览中心举行。中国国际机床展览会(CIMT)是我国机床界规模最大、水平最高、配套活动最多、对用户有着巨大吸引力的国际机床工具展览会,也是著名的世界四大国际机床展之一。进入2002年,随着国家继续贯彻执行扩大内需方针和经济增长的加快,机床市场容量以及对机床的需求大幅度增加。尤其在图5型线误差我国加入世贸组织后,加速机床行业与国际接轨,加快与国际同行的交流与合作已成为业界的共识。第八届中国国际机床展览会的宗旨是“引进来,送出去,互惠互助,共同发展”,做强国际名展品牌。此次展会将汇集当代世界制造技