航空發(fā)動機環(huán)形零件高精度孔位測具

□ 郭永強

中國航發(fā)動力股份有限公司 西安 710021

1 設計背景

航空發(fā)動機的結構復雜,裝配要求嚴苛,組成航空發(fā)動機的零件大多是高精度、高形位公差產品。航空發(fā)動機上的圓環(huán)周向多孔零件結構常出現(xiàn)于高溫部件和低溫部件,分別用于通氣冷卻、引氣、卸壓。鑒于結構特點和功能要求,圓環(huán)周向多孔零件周向孔位要求極高,達到0.01 mm,孔的周向分布、角度、數(shù)量直接關系到零件的加工難度。目前,孔徑測量技術比較成熟,而孔位檢驗則不然。如何準確檢測出零件的位置度是否合格,是核心問題。由此,設計了航空發(fā)動機環(huán)形零件高精度孔位測具。

2 技術方案

設計一種航空發(fā)動機環(huán)形零件高精度孔位測具,使用一組位置度測量銷進行孔位測量,用工裝分度代替其余周向測量孔,以便準確、快速反映零件周向孔位的合格情況,避免檢測高精度孔位給測具樣件帶來的制造困難和加工周期長問題。傳統(tǒng)在產品檢驗時,通常使用三坐標測量儀,測量出各孔位的坐標尺寸。這種檢測方法成本高,效率低,無法滿足大批量產品檢驗的要求。由此,需要采用專用檢具對孔位進行檢測,檢具的設計有較高要求。

所設計的航空發(fā)動機環(huán)形零件高精度孔位測具包括底板和設置在底板上的可旋轉定位板。定位板用于固定待檢測環(huán)形零件,當環(huán)形零件固定在定位板上時,定位板的旋轉軸心線與環(huán)形零件的軸線重合。定位板一側的底板上還設置有定位支座,定位支座上設置有用于檢測環(huán)形零件孔位的測量銷。

測具如圖1所示,采用工裝分度的方式代替其余周向測量孔,使用位置度測量銷對零件進行孔位測量,由機械系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)組成。機械系統(tǒng)包括定位板、快換卡盤、定位支座、聯(lián)軸器、轉軸、轉盤、底板、減速機、伺服電機、第一測量銷、第二測量銷、光柵尺。將環(huán)形零件安裝在定位板上,實現(xiàn)定位和壓緊。定位板通過定位片和拉釘安裝在快換卡盤上,快換卡盤安裝在轉軸上,保證快換卡盤的中心和轉軸的同軸度。轉軸通過滾動軸承、止推軸承和底板連接,盡可能保證轉軸的靈活轉動。當伺服電機驅動減速機轉動時,減速機的輸出軸和轉軸通過聯(lián)軸器連接。光柵尺安裝在轉軸的錐面上,通過螺釘固定連接。光柵尺的光柵讀數(shù)頭安裝在底板上。轉軸開始旋轉,光柵尺的光柵讀數(shù)頭讀取光柵刻線數(shù)量。當刻線等同于周向孔的分布角度時,伺服電機停止運行,保持剎車狀態(tài)。操作測量銷進行測量,完成操作后轉軸繼續(xù)旋轉。整個測具通過可編程序控制器進行控制,采用了高精度電氣分度方式。在伺服電機運行過程中,為確保檢測精度,采用光柵尺與伺服電機形成閉環(huán)控制,對計算得到的角度與光柵尺實際測量角度進行比較,根據結果調整伺服電機的脈沖輸出,從而實現(xiàn)高精度定位。

圖1 航空發(fā)動機環(huán)形零件高精度孔位測具

分度原理為可編程序控制器根據給定角度,向伺服電機發(fā)送脈沖輸出命令,實現(xiàn)伺服電機特定角度的轉動。使用安裝在轉盤末端的光柵尺進行分度,光柵尺可以選用圓光柵尺,利用分度原理有效避免伺服電機至轉盤的所有機械誤差,從而實現(xiàn)全閉環(huán)控制。

3 關鍵技術

采用高精度電氣分度技術,實現(xiàn)高精度的測量定位。使用工裝分度代替其余周向測量孔,并使用安裝在定位支座上的測量銷來測量,避免伺服電機至轉盤的機械誤差,實現(xiàn)全閉環(huán)控制。采用全閉環(huán)控制方式,可以使分度控制精度達到0.5″,有效提高控制精度,避免誤差產生,這是傳統(tǒng)控制方式無法達到的。

4 優(yōu)點

與現(xiàn)有技術相比,航空發(fā)動機環(huán)形零件高精度孔位測具具有多方面優(yōu)點。

(1) 通過定位板和測量塊解決測具樣件周向孔加工困難的問題。

(2) 通過快換卡盤和定位銷的設置,實現(xiàn)準確、快速檢測環(huán)形零件周向孔位合格情況,避免檢測高精度孔位給測具樣件帶來的制造困難和加工周期長問題。

(3) 使用安裝在轉盤末端的圓光柵尺進行分度,實現(xiàn)全閉環(huán)控制,避免部件自身和部件間傳動、安裝、間隙等多種因素造成的系統(tǒng)性誤差,分度誤差可控制在2 μm,實現(xiàn)360°轉角誤差為0的分度精度要求,極大提高系統(tǒng)精度。

(4) 通用性強,適用范圍廣,可以用于任意角度的分度。

(5) 測具加工周期縮短,從現(xiàn)有測具的加工周期平均120 d縮短至30 d,有效提高生產效率。

(6) 避免系列規(guī)格測具的制造周期長問題,降低制造費用,節(jié)約成本。

5 結束語

針對航空發(fā)動機環(huán)形零件高精度孔位檢測現(xiàn)狀,設計了一種孔位測具,實現(xiàn)全閉環(huán)的高精度分度控制,使檢測效率提高75%。在設計中,大大簡化機構,質量更小,大幅度降低技術人員的操作難度。通過采用分度,極大提高適用性,具有適用環(huán)境多樣性的特點,可推廣應用于相似環(huán)形零件的高精度孔位檢測。