試論葉片型面測具設計模塊化的開發

錢寶娟 孫海麗 彭會文 朱靜宇

（中航工業沈陽黎明航空發動機（集團）有限責任公司，遼寧 沈陽 110043）

1 概論

隨著航空發動機的更新換代，葉片的種類越來越多，形狀結構也越來越復雜，技術要求也越來越嚴格，制造難度的加大，高的精度要求，所以，工裝設計的速度和質量也要與之匹配。一直以來，葉片的測具設計任務滯約我公司新機科研生產，但是每同類葉片的工裝設計結構又基本相同，尺寸略有差異。尤其是壓氣機葉片在航空發動機中的級數較多（一般是9級），數量之多，但其葉片設計結構的構成大體相同，大小不等。由于立式綜合型面測具設計結構比傳統的臥式型面測具設計較復雜，而且設計周期較長，而各級壓氣機葉片的立式綜合型面測具設計方法基本一致，結構可統一、固化，因此，可以歸納總結，并利用計算機輔助編程，UG三維基元模塊參數化功能，達到壓氣機葉片立式綜合型面測具設計圖紙--標準化、模塊化、智能化，使壓氣機葉片立式綜合型面測具設計規范化，提升工裝設計的速度和質量。在這種情況下，探索出一條適合我公司乃至本行業所有類型葉片工裝設計需求的新的設計方法，開發出參數化三維、二維圖庫，對其它葉片工裝設計智能化的工作開發至關重要。

2 目標的分析

2．1設計要求和零件類型分析

圖1 葉片零件圖和設計圖

壓氣機葉片見上圖1:設計圖要求檢測幾個截面的葉盆、葉背型面是否在理論輪廓內，或在葉身型面允許扭轉的范圍內葉盆、葉背型面是否合格，及在葉身型面允許偏斜的范圍內葉盆、葉背型面是否合格。

一般型面測具設計采用傳統的臥式型面測具檢測，臥式型面測具檢測葉身型面輪廓度是借助于型面樣板，通過型面樣板與葉身或型面測具肋下基準面的透光方式來人為觀察判斷，檢測時極容易產生人為因素的誤差，并且不能讀出偏差的實際數值，對葉身型面是否合格影響較大。而立式型面綜合測具，采用立式裝夾定位能克服臥式葉片的葉身容易變形，實現各截面檢測樣板限位導向滑動，在同一定位夾緊狀態下檢測出葉片型面的綜合偏差，采用直線運動導軌，偏移和扭轉在轉臺上實現，型面支座平移，百分表可測得葉片進、排氣邊方向的型面位移變化值，轉臺旋轉，百分表可測得型面角度變化值，葉身盆、背方向的型面變化量由兩側的百分表測得。經研究論證，該立式綜合型面測具整體結構緊湊，能完全達到葉身型面綜合檢測精度，滿足設計圖紙的要求。

2.2 目標實現需要突破的技術關鍵

確定立式型面綜合測具設計的結構（數學模型）。編制立式型面綜合測具結構設計程序和參數化數據庫。建立立式型面綜合測具結構三維模型圖、二維圖設計庫。

3 立式綜合型面測具的結構分析

目前葉片的葉身型面精度要求越來越高，而立式型面綜合測具的偏移、扭轉測量精度較高，并且還能讀出型面相對理論位置的偏移、扭轉誤差值。

立式綜合型面測具的結構，主要由以下幾部分組成：定位及夾緊機構；偏移、扭轉機構；確定截面位置機構及型面樣板；測量機構

3.1 定位及夾緊部分的結構分析

葉片立式放置，是用葉片榫頭部分定位，為了便于葉片葉型測量和裝夾，采用楔塊原理定位和夾緊的結構，使葉片定位穩定可靠。如圖2所示。

3.2 型面位置機構和偏移、扭轉機構的分析

葉片各截面型面位置的設計結構是由兩側立板上的定位槽確定。

圖2 定位夾緊結構圖

圖3 .1型面位置機構圖

槽寬和槽高與樣板的寬度和高度保證滑動靈活。當各截面葉盆、葉背型面樣板的后端面與兩側立板的外側面齊平時，為葉片各截面理論型面的位置。通過測量各截面型面樣板的后端面與兩側立板外側面的相對差值，讀出葉片各截面葉盆、葉背方向型面的相對誤差值。如圖3.1所示。

3.3測量機構

測量機構由三部分組成，有葉片進、排氣邊方向的型面偏差測量機構，有葉片扭轉角度的線性測量機構，還有葉片盆、背方向的型面偏差測量機構，葉片進、排氣邊方向的型面偏差測量由底板前方的百分表實現。當插上插銷時，百分表調零，拔下插銷，轉動底板前后的可調螺釘推動支座在底板上滑動 ，百分表反映葉片沿進、排氣邊方向的偏差值。

葉片扭轉的角度值由測具右前方的百分表實現。當臺階限位塊處于轉盤位置時，百分表調零，當臺階限位塊下移，轉盤旋轉，百分表反映旋轉角度的線性值，完成測量后，由底板后方的彈簧裝置將轉盤復位到原始狀態。

4 立式綜合型面測具設計過程的編制及操作

立式綜合型面測具設計過程模式可以固化，特別是葉片和測具的建模過程非常繁瑣，且很容易出錯。為了提高設計效率和設計質量，采用VC++2003.NET高級程序設計語言開發了本設計軟件。程序運行的軟件環境為：Windows2000及以上操作系統.NET Framework 1.1及簡體中文語言包、UG NX7.5大型三維繪圖軟件。程序運行的硬件環境為：采用Penium III 800MHZ及以上的處理器，至少128MB內存，10GB以上磁盤空間，顯示器分辨率推薦使用1024*768。

首先要選擇智能設計向導的類型——葉片型面測具，當按確定按鈕后，進行葉片參數輸入、模型參數選擇；并一一選擇定位形式、方式等獲得葉片型面測具設計的相應數據；在按確定按鈕前，選擇好克隆設計的路徑和文件夾。然后，進入導入葉片模型文件界面，輸入已建立的葉片模型文件名，進行葉片參數輸入，模型參數可以重復選擇。

選擇時必須從上向下，有一個特殊樣板時用第一個按鈕選擇，有兩個時用前兩個選擇，以此類推。每個按鈕選擇截面線時，先選此截面的葉背截面線，再選葉盆截面線，即一個按鈕選擇兩條截面線，一為葉背，一為葉盆。截面號和樣板倒角方向數量必須與最后選擇的截面線數量一致，否則程序不能執行。默認存儲路徑為當前用戶Home下的“工裝模塊設計”文件夾，也可以在下方的輸入欄中輸入其他存儲路徑。

結論

目前通過該項目的研制開發，可以實現立式型面綜合測具全部設計的預期目標。為適應新機研制需要，可作為葉片型面綜合檢測典型模塊化結構，推廣應用到其它葉片工裝設計中。本項目能達到按已知葉片給定參數，通過計算機編制程序自動選擇測具的結構，及計算定位與測量間幾何尺寸，并且生成完整的工裝設計圖樣。使壓氣機葉片立式綜合型面測具設計規范化、智能化，提升工裝設計的速度和質量。

[1]《航空工藝裝備設計手冊》編寫組編.北京國防工業出版社，1978.

[2]《機械設計手冊》聯合編寫組編.化學工業出版社，1979.

[3]《UG NX 7.5完全自學手冊》博創設計坊組編.北京機械工業出版社，2010.

[3]NET高級程序設計語言.北京：機械電子出版社，2002.