測量葉片固定槽圓弧半徑的擺桿檢具裝置的設計

胡成昕， 于超， 劉廣東

（1.黑龍江省機械科學研究院，哈爾濱 150040；2.黑龍江省千潤工程管理有限公司，哈爾濱 150000）

0 引言

在傳統的葉片固定槽圓弧半徑的測量方式中，大多需要到專業的檢測中心進行檢測，或者購置價格昂貴的檢測設備。產品批量生產后，產品測量不便利，而購置價格昂貴的檢測設備又需要大量的資金。本文根據被檢測零件的結構與精度，設計了一種測量葉片固定槽圓弧半徑的擺桿檢測工具，可以滿足該類葉片的測量[1]。

1 葉片零件結構

葉片是各類壓氣輪機產品中的核心零件，一般在高溫、高壓、高速旋轉的狀態下工作，是機組安全、高效、可靠、穩定運行的有效保證。且葉片各固定槽的尺寸是整機裝配的關鍵尺寸，需要最大程度地保證轉子的工作效率。

對于葉片尺寸的檢測，目前的尺寸檢測方式很少能夠直接測量，基本都需要通過計算或者用工裝配合來完成各尺寸測量工作，有些尺寸還是相對尺寸，也無法直接測量出來，因此在一定程度上增加了葉片各尺寸的測量誤差。

傳統葉片加工過程中通常需要有固定槽結構，葉片與輪盤之間的連接通常采用“榫頭榫槽”結構連接，其裝配結構在渦輪機及汽輪機等結構中廣泛應用，榫槽也可以通俗地稱為固定槽[2]。帶有固定槽圓弧半徑的葉片零件的加工精度直接影響整機裝配精度，葉片弧形固定槽的圓弧尺寸精度檢測直接關系到葉片質量，乃至整機裝配的質量水平，因此固定槽的質量檢查顯得尤為重要。葉片固定槽結構通常如圖1所示。

圖1 葉片簡圖

圖1所示為被檢測的零件的結構示意圖，本檢具要檢測的是零件的葉片固定槽的半徑R的情況，根據R值的檢查結果來判斷零件加工的葉片固定槽是否合格，圖1中L為被測零件的所需尺寸，也就是半徑為R的葉片固定槽與零件側端面平行的縱切面與零件側端面之間的水平距離。

2 檢具介紹

目前三坐標測量儀是較為先進的測量儀器，但是在三坐標測量儀測量過程中，對批量工件的尺寸測量需要進行系統編程，雖然精度很高，但是測量過程較為繁瑣。對百分之百需要檢測工件測量時往往檢測效率較低，需要檢測人員較強的操作能力[3]。本文所述的擺桿檢具具有較強的針對性，對于葉片弧形固定槽的測量精度高，同時檢測效率大大提升，并在生產實踐中得到了驗證，滿足該類葉片弧形固定槽的批量測量要求。

由第1節所述，根據傳統葉片固定槽的特點，旨在設計出測量葉片固定槽圓弧半徑的擺桿檢測工具，既適合多種固定槽圓弧半徑的檢測，又適合帶有弧形槽的工件的圓弧半徑檢測，且檢測精度高[4]。

為達到上述目的，設計了圖2所示的擺桿檢具。測量葉片固定槽圓弧半徑的擺桿檢測工具包括支撐箱體12、測量裝置、零件定位裝置。測量裝置包括軸8、擺套7、擺管6、伸縮軸3和千分表4。軸8的底端穿入支撐箱體12的上下表面同軸設置的通孔內，擺套7套在軸8的上部，且通過旋轉套頂絲9頂緊，擺管6固定在擺套7的一側，伸縮軸3的一端伸入擺管6內，且通過伸縮軸頂絲5頂緊，伸縮軸3的另一端設置在擺管6外，千分表4設置在伸縮軸3的另一端，千分表4帶有觸針17，觸針17設置在千分表4的底端。

圖2 擺桿檢具簡圖

零件定位裝置包括擋塊1、塊規標準塊2和壓片15，擋塊1固定在支撐箱體12的左側端面上，塊規標準件2緊貼擋塊1安放在支撐箱體12的上表面，零件16的未檢測側通過壓片15固定在支撐箱體12的上表面，零件16的被檢測側緊貼塊規標準塊2設置[5]。

擺管6上設有與伸縮軸頂絲5配合的螺紋孔，設置2個伸縮軸頂絲5，開設2個相應的螺紋孔，用于對伸縮軸3的調整。

在上部和下部的通孔內均設有軸承11，軸8穿過2個軸承，且通過上端蓋10和下端蓋13定位。

上部和下部的通孔設置在支撐箱體12上表面和支撐箱體12下表面的水平中線處。零件16的中線與支撐箱體12上表面的水平中線重合。支撐箱體12的底部均勻設有調整檢具水平的地腳14。

支撐箱體12為長方體鋼板焊接而成，焊接后支撐箱體12上表面及擋塊1做加工處理，要求表面粗糙度為Ra1.6 μm；擋塊1與支撐箱體12上表面有垂直度要求。

以擋塊1的內側為基準，軸8的中心線與擋塊1內側具有位置度要求，其平行度為0.05 mm，在保證平行度的前提下，能夠保證塊規標準塊與擋塊1充分貼合，確保塊規標準塊側與箱體12擺放被測葉片地面垂直度，當測量時被測葉片零件與箱體及塊規標準塊充分貼合，確保測量的可靠性。軸8與擋塊1內側壁距離經由高精度檢測設備測出并精確記錄，為該檢具固有不變數值，此高精度檢測設備測量軸8與擋塊1內側壁的步驟不可以省略，是該擺桿檢具保證準確性的關鍵步驟。

本裝置是測量葉片固定槽圓弧半徑的擺桿檢測工具，可以根據所檢測葉片固定槽半徑大小的不同來設置不同的小塊規（即對表塊），以此可以擴大檢測產品范圍。

3 檢測流程

本擺桿檢具檢測裝置工作時，先調平地腳14，使檢具設備平衡穩定，緊固旋轉套頂絲9，鎖死擺套7和軸8之間的轉動余量，檢測前根據零件16固定槽圓弧半徑尺寸，設置塊規標準塊2的具體尺寸規格，再根據零件16尺寸L配置相應尺寸的小塊規（即對表塊），并與塊規標準塊2靠緊，調整伸縮軸3伸縮距離并通過伸縮軸頂絲5固定，調整千分表4位置，水平擺動伸縮軸3，軸8通過被上端蓋10和下端蓋13固定的2套軸承11旋轉；由于千分表4固定在伸縮軸3上，千分表4所帶觸針17接觸小塊規端面，千分表4示數最小值即為被測零件16的葉片固定槽圓弧半徑尺寸，至此，調整被測零件16的葉片圓弧半徑尺寸完成，撤掉被測零件16所需尺寸為L的小塊規（即對表塊），擺放好被測的零件16，使千分表4的觸針17接觸被測零件16的固定槽內壁，并擺動伸縮軸3，觀察千分表4表頭示數變動情況，若表頭示數跳動在被測零件16要求允許范圍內，即視為產品合格。

被測的零件16的葉片固定槽半徑R=軸8的中心線與擋塊1的內側壁距離-塊規標準塊2的長度-被測的零件16所需尺寸L。

用該擺桿檢測工具檢測時，經過觸針觸碰，觸碰結果經過千分表顯示讀數，能夠精確地測量葉片固定槽的內外弧半徑尺寸，即通過最簡單的人工操作就可以測量精度較高的葉片固定槽內外弧。

需要注意的一點是：在產品檢測過程中，需要檢測一定數量產品后，定期校驗該擺桿檢具的精度，對裝置進行精度校對，對觸針是否有磨損情況、裝置中零件8軸是否有磨損導致間隙產生、千分表指針是否精確等情況進行檢驗，以防造成批量測量誤差。

推廣開來，某些含有圓弧槽結構的零部件的圓弧槽精度檢測，也可通過該擺桿檢具裝置進行檢驗測量，由此可見，該測量檢具裝置具有適用范圍廣的特點，且檢測精度高，在此基礎上增加輔助工裝，即可滿足更多產品的檢測任務[6]。

4 結論

該擺桿檢具設計簡單，針對性強，只需對檢測人員簡單培訓就可操作，能夠直接通過千分表指數測量出葉片弧形固定槽在加工過程中產生的誤差，檢測精度較高，大大縮短了檢測時間，在實際葉片類產品檢測工作中得到了廣泛應用，很好地滿足了中小企業的檢測需要，由于制造成本低廉，操作簡單方便，實用性高，具有廣泛的市場。