菌型葉根銑刀的非接觸式自動(dòng)檢測(cè)方法研究

李西，唐凱

(東方汽輪機(jī)有限公司，四川德陽，618000)

菌型葉根銑刀的非接觸式自動(dòng)檢測(cè)方法研究

李西，唐凱

(東方汽輪機(jī)有限公司，四川德陽，618000)

轉(zhuǎn)子和葉片的加工質(zhì)量與其相應(yīng)的加工刀具的質(zhì)量息息相關(guān)，為保證轉(zhuǎn)子和葉片加工刀具的質(zhì)量，在刀具磨削完成后必須采用合理的方法來測(cè)量其精度是否合格。文章在對(duì)菌型葉根銑刀檢測(cè)要素進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)其檢測(cè)的流程、檢測(cè)難點(diǎn)等問題進(jìn)行了深入的分析研究，為菌型葉根銑刀和轉(zhuǎn)子輪槽銑刀的檢測(cè)提供了系統(tǒng)全面的技術(shù)參考。

菌型葉根銑刀，非接觸式，自動(dòng)檢測(cè)

0 引言

轉(zhuǎn)子和葉片作為汽輪機(jī)的核心部件，其加工質(zhì)量的好壞直接影響著汽輪機(jī)的性能，而轉(zhuǎn)子和葉片的加工質(zhì)量與其相應(yīng)的加工刀具的質(zhì)量息息相關(guān)。為保證轉(zhuǎn)子和葉片加工刀具的質(zhì)量，在刀具磨削完成后必須采用合理的方法來檢測(cè)其精度是否合格。

一般地，測(cè)量刀具精度的傳統(tǒng)方法主要包括萬能工具顯微鏡配檢刀具精度和接觸式三坐標(biāo)檢測(cè)儀檢測(cè)刀具精度2種。由于上述2種方法的檢測(cè)效率低，且三坐標(biāo)檢測(cè)方法不能用于檢測(cè)帶螺旋槽的復(fù)雜刀具型線，因此，傳統(tǒng)檢測(cè)方法不能滿足當(dāng)前復(fù)雜刀具精度檢測(cè)和批量生產(chǎn)的需要。當(dāng)前，隨著自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)的不斷發(fā)展，復(fù)雜刀具的精度檢測(cè)多已采用非接觸式自動(dòng)檢測(cè)的方法。該方法具有準(zhǔn)確、高效、適用范圍廣等特點(diǎn)，極大地提高了刀具的生產(chǎn)效率，也使得產(chǎn)品的性能和質(zhì)量更趨穩(wěn)定。本文以汽輪機(jī)菌型葉根的加工刀具——菌型葉根銑刀為例，在對(duì)該刀具的結(jié)構(gòu)檢測(cè)要素進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，對(duì)刀具非接觸式自動(dòng)檢測(cè)方法的關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行梳理與研究。

1 檢測(cè)要素

菌型葉根銑刀主要用于精加工動(dòng)葉片的菌型葉根部位，其結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。由圖可知，該刀具的檢測(cè)要素主要有以下2點(diǎn)：（1）要求菌型葉根銑刀柄部外圓相對(duì)于A-B基準(zhǔn)軸的徑向跳動(dòng)不大于0.01 mm；（2）刀具圓周刃相對(duì)于A-B基準(zhǔn)軸的徑向跳動(dòng)不大于0.03 mm。為適應(yīng)檢測(cè)軟件的需要，應(yīng)將菌型葉根銑刀型線圖（見圖2（a））轉(zhuǎn)化為輪廓型線法向內(nèi)、外公差圖（見圖2（b））。

圖1 菌型葉根銑刀結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 菌型葉根銑刀型線圖和公差帶圖

從上述刀具要素分析可以得到，該刀具的檢測(cè)內(nèi)容為：（1）圓周刃圍繞A-B基準(zhǔn)軸旋轉(zhuǎn)一周時(shí)，任一測(cè)量平面內(nèi)的徑向圓跳動(dòng)量均不得大于0.03 mm；（2）檢測(cè)刀具實(shí)際刃口型線法向誤差。

2 刀具檢測(cè)流程

度的檢測(cè)采用ZOLLER genius3設(shè)備進(jìn)行。結(jié)合操作實(shí)際，梳理出菌型葉根銑刀的檢測(cè)流程如圖3所示。

菌型葉根銑刀的刃口徑向跳動(dòng)和刃口型線精

圖3 菌型葉根銑刀檢測(cè)流程圖

3 非接觸式自動(dòng)檢測(cè)方法的關(guān)鍵點(diǎn)

3.1 檢測(cè)前的準(zhǔn)備要點(diǎn)

在開始正式測(cè)量前，應(yīng)做的準(zhǔn)備工作有：準(zhǔn)備圖紙、導(dǎo)入DXF格式的名義型線、清潔菌型葉根銑刀和變徑套、安裝刀具和變徑套并使測(cè)量系統(tǒng)回零位、找正刀具柄部外圓，其中找正柄部外圓是準(zhǔn)備工作的關(guān)鍵點(diǎn)。

將徹底清潔的刀具和變徑套安裝到檢測(cè)設(shè)備工作臺(tái)上并使檢測(cè)設(shè)備的5個(gè)坐標(biāo)軸自動(dòng)回到零位后，見圖4，使用千分表測(cè)量柄部外圓相對(duì)于A-B基準(zhǔn)軸的徑向跳動(dòng)值。當(dāng)跳動(dòng)值不大于0.01 mm時(shí)，表明刀具柄部與工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)軸的同軸度滿足要求，否則有可能是形狀誤差的影響，這時(shí)需要進(jìn)一步檢測(cè)其同軸度。

圖4 安裝刀具

3.2 菌型葉根銑刀圓周刃徑向跳動(dòng)的檢測(cè)

該菌型葉根銑刀共有4條切削刃，在切削的過程中每條刃均參與工作。當(dāng)每個(gè)齒的切削力不一致時(shí)，刀具會(huì)因?yàn)槭艿酵蛔冃暂d荷而產(chǎn)生振動(dòng)，從而影響葉根加工表面的質(zhì)量和刀具的使用壽命。因此，將圓周刃的徑向跳動(dòng)控制在合理的誤差范圍內(nèi)是十分重要的。

該步的操作關(guān)鍵點(diǎn)如下：選擇離柄部最遠(yuǎn)齒的外圓上一點(diǎn)，見圖5中A點(diǎn)，并以該點(diǎn)作為測(cè)量起點(diǎn)（也是終點(diǎn)），測(cè)量?jī)x掃描出同一圓周上相應(yīng)點(diǎn)相對(duì)于軸線的位置，并計(jì)算出4個(gè)點(diǎn)在圓周上的半徑值，見圖6，從而可以判定4個(gè)點(diǎn)在圓周上的徑向跳動(dòng)值為T實(shí)測(cè)=XMax-XMin，當(dāng)T實(shí)測(cè)＜T理論時(shí)，周刃跳動(dòng)是合格的，反之則不合格。

圖5 確定測(cè)量齒跳和型線精度的起始和結(jié)束點(diǎn)

圖6 刀具圓周刃徑向跳動(dòng)值

3.3 檢測(cè)圓周刃型線精度

菌型葉根銑刀的圓周刃作為切削部位直接影響葉根加工精度和已加工表面的質(zhì)量，因此必須將刃口的精度控制在公差帶范圍內(nèi)。任選一條切削刃作為測(cè)量部位，使用測(cè)量?jī)x掃描出實(shí)際刃口輪廓，再與名義型線進(jìn)行比較并計(jì)算出切削刃的誤差值，通過誤差值就可以判定刀具刃磨質(zhì)量是否合格。該步的關(guān)鍵點(diǎn)如下：

（1）測(cè)量起始點(diǎn)與結(jié)束點(diǎn)的確定

菌型葉根銑刀起始點(diǎn)應(yīng)選在端齒平臺(tái)上，結(jié)束點(diǎn)則應(yīng)選在圖示臺(tái)階上，見圖5中A、B點(diǎn)，同時(shí)該范圍能將輪廓型線全部包絡(luò)。

（2）圖像的獲取

測(cè)量?jī)x將整個(gè)輪廓分成若干個(gè)點(diǎn)，并確定出每個(gè)點(diǎn)在坐標(biāo)系統(tǒng)中的位置，當(dāng)掃描結(jié)束時(shí)，這些點(diǎn)由光滑連續(xù)的曲線相互連接就得到了刀具的實(shí)際輪廓型線，見圖7。至此，刀具型線的實(shí)際輪廓就掃描完成。

（3）調(diào)取名義型線

要得出實(shí)際輪廓型線的精度誤差，必須以名義型線為基準(zhǔn)進(jìn)行比對(duì)。調(diào)出名義型線后，見圖8，必須確定其在系統(tǒng)坐標(biāo)系中X-Y軸上的位置，這里可以通過粗、精定位方法來最終確定其位置。

圖7 掃描出的實(shí)際輪廓型線

圖8 調(diào)出名義型線

（4）粗、精定位

選定名義型線，并將其拖動(dòng)到系統(tǒng)坐標(biāo)系中的Y軸上使名義型線軸線與Y軸重合即可，再拖動(dòng)名義型線使其第一個(gè)節(jié)距面與實(shí)際輪廓型線的第一節(jié)距面重合，這樣就完成了名義型線的粗定位。將圖像放大到最大倍數(shù)后，可以查看名義型線軸線與系統(tǒng)坐標(biāo)系Y軸、名義型線與實(shí)際輪廓的第一節(jié)距的偏差值，采用偏差補(bǔ)償?shù)姆椒ㄊ馆S線與Y軸、名義型線第一節(jié)距和實(shí)際輪廓第一節(jié)距到達(dá)希望的重合精度，一般重合精度可以小于1.8 μm。這樣就完成了名義型線的精定位。

（5）實(shí)際輪廓與名義型線的對(duì)比

首先確定名義型線的內(nèi)公差（為負(fù)數(shù)）、外公差（為正數(shù)），因節(jié)距面、圓弧和直線等的公差帶不相同，分別進(jìn)行設(shè)置。放大圖像并查看實(shí)際輪廓的偏差情況并判定是否合格，見圖9和圖10。

Research on Automatic Detection Method of Non-contact Type for Mushroom Shaped Blade Root Milling Cutter

Li Xi，Tang Kai
（Dongfang Turbine Co.,Ltd.,Deyang Sichuan,618000）

The processing quality of rotors and blades in the steam turbine is closely related to the quality of interrelated machining tools.In order to guarantee the quality of machining tools,it should be necessary to take reasonable methods to check whether manufacturing accuracy of the machining tool is qualified or not.Based on the analysis of detection points of mushroom shaped blade root milling cutter,this paper presents the detection process of the automatic detection method of non-contact type for mushroom shaped blade root milling cutter in details,and then analyzes detecting difficulties and key points of detection method in the detection process.

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圖9 實(shí)際輪廓與名義型線的對(duì)比

TK266

B

1674-9987（2015）04-0037-04

10.13808/j.cnki.issn1674-9987.2015.04.009

李西（1981-），男，學(xué)士，工程師，太原理工大學(xué)熱能系，主要從事汽輪機(jī)工具工藝設(shè)計(jì)及數(shù)控加工領(lǐng)域的工作。