張寶峰

摘要：航空發(fā)動(dòng)是飛機(jī)的心臟同時(shí)也是飛機(jī)制造中的難點(diǎn).在這其中航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片在航空發(fā)動(dòng)機(jī)的制造中就占據(jù)了約30%左右的比重.由于航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的曲面復(fù)雜、尺寸寬度大、工作環(huán)境惡劣等因素使得航空發(fā)動(dòng)機(jī)的性能主要受制于航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的制造水平。為確保航空發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命及使用性能在航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的材質(zhì)上通常選擇的是鈦合金或是高溫合金等材料制成，同時(shí)由于葉片空氣動(dòng)力學(xué)等特性的要求使得葉片必須要有嚴(yán)格的尺寸及表面完整性的加工要求。這就要求航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片在加工過程中出了需要具有合理的加工工藝外還需要做好對(duì)于航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的檢測(cè)以確保航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的加工精度。

關(guān)鍵詞：航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片 尺寸 精度 檢測(cè)

中圖分類號(hào)：V263 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）07（b）-0000-00

前言

航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片以其形位復(fù)雜、加工精度要求高的特低使其成為了航空發(fā)動(dòng)機(jī)加工制造的難點(diǎn)。現(xiàn)今在航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的加工制造中使用的有電解加工、銑削加工以及精密鍛造、精密鑄造等多種加工工藝，其中數(shù)控銑削加工是使用最為廣泛也是加工精度最高的一種加工方式。但是由于航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片屬于薄壁類零件，葉身扭曲大、型面復(fù)雜極易在加工中產(chǎn)生變形從而影響航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的加工質(zhì)量。同時(shí)航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片復(fù)雜的形狀及眾多的尺寸也為航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的尺寸測(cè)量提出了更高的要求。采用傳統(tǒng)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的檢測(cè)方法無法對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的加工制造進(jìn)行科學(xué)的指導(dǎo)，需要對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的測(cè)量并精確給出葉片各點(diǎn)加工理論值與實(shí)際數(shù)值之間的誤差以便指導(dǎo)后續(xù)飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的加工。

1.國內(nèi)航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片檢測(cè)現(xiàn)狀

現(xiàn)今，國內(nèi)對(duì)于航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的檢測(cè)中仍然以標(biāo)準(zhǔn)樣板檢測(cè)為主要的檢測(cè)方式，此種方式不但檢測(cè)效率較低且使得設(shè)計(jì)、制造和檢測(cè)三者之間無法形成統(tǒng)一的整體，為有效的提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的檢測(cè)效率，在國外多采用的三測(cè)機(jī)來對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片進(jìn)行精度檢測(cè)，同時(shí)由于航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的數(shù)量較大，待檢項(xiàng)目較多，因此采用三測(cè)機(jī)來對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片進(jìn)行測(cè)量可以有效的提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的檢測(cè)效率，同時(shí)相較于傳統(tǒng)的檢測(cè)方式實(shí)現(xiàn)了由定性檢測(cè)向定量檢測(cè)的過渡。在航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片生產(chǎn)廠家中，使用三測(cè)機(jī)來對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片進(jìn)行檢測(cè)已經(jīng)廣為應(yīng)用，但是在應(yīng)用三測(cè)機(jī)來對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片進(jìn)行檢測(cè)中也面臨著以下難點(diǎn)：1）航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片型面的檢測(cè)精度要求較高，其檢測(cè)精度通常需要達(dá)到10μm，精度要求高的甚至于要達(dá)到1μm，這一嚴(yán)格的精度從而對(duì)檢測(cè)環(huán)境提出了更高的要求。同時(shí)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的檢測(cè)過程中數(shù)量較多，由于需要測(cè)量的葉片型面數(shù)據(jù)較多將會(huì)對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的測(cè)量效率產(chǎn)生不小的影響。2）對(duì)于使用三測(cè)機(jī)對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片進(jìn)行測(cè)量時(shí)要求測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。3）在使用三測(cè)機(jī)來對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片進(jìn)行測(cè)量時(shí)，由于航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片形狀復(fù)雜從而對(duì)三測(cè)機(jī)測(cè)量數(shù)據(jù)的結(jié)果處理提出了更高的要求，在對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理時(shí)要求對(duì)三測(cè)機(jī)所測(cè)量的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的簡化并提取出不同的尺寸和特征參數(shù)并進(jìn)行復(fù)雜的配準(zhǔn)運(yùn)算以求解航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的形位誤差。

現(xiàn)今隨著航空發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)需求的增加使得航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的生產(chǎn)具有生產(chǎn)周期短、成本更低的特點(diǎn)，因此在對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片進(jìn)行檢測(cè)的過程中使用傳統(tǒng)的檢測(cè)方式遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的檢測(cè)要求，現(xiàn)今，各航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片生產(chǎn)商都在將航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的測(cè)量方式向自動(dòng)數(shù)字化檢測(cè)方式進(jìn)行轉(zhuǎn)變，數(shù)字化檢測(cè)主要指的是通過一定的測(cè)量設(shè)備根據(jù)設(shè)計(jì)和檢測(cè)意圖以一定的方法將物體表面形狀轉(zhuǎn)化成離散的幾何點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)，并通過這些數(shù)據(jù)來完成對(duì)于復(fù)雜曲面的建模。在航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的數(shù)據(jù)采集分類上根據(jù)采集測(cè)頭是否與待測(cè)物體表面相接觸分為接觸式和非接觸式兩種。三坐標(biāo)是接觸式測(cè)量的主要代表之一，其具有數(shù)據(jù)測(cè)量精度高的特點(diǎn)，多用于對(duì)機(jī)械加工件和復(fù)雜幾何尺寸的測(cè)量。隨著模擬測(cè)頭的出現(xiàn)使得三坐標(biāo)測(cè)量可以實(shí)現(xiàn)沿著航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片葉身型面進(jìn)行連續(xù)的掃描測(cè)量，極大的提高了航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的測(cè)量精度和測(cè)量效率。非接觸式測(cè)量主要指的是通過采用光學(xué)、聲學(xué)等來實(shí)現(xiàn)對(duì)于航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的測(cè)量，非接觸式測(cè)量方式具有測(cè)量速度快、分辨率高的特點(diǎn)，多用于測(cè)量接觸式測(cè)量方式無法測(cè)量的物體?，F(xiàn)今其主要應(yīng)用于產(chǎn)品數(shù)字化和逆向工程中。

三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)是現(xiàn)今在航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片測(cè)量中應(yīng)用最為廣泛的設(shè)備，其最主要通過對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片輪廓上各被測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)值進(jìn)行測(cè)量并采用數(shù)字建模的方式來對(duì)被測(cè)葉片的幾何尺寸和現(xiàn)狀誤差等參數(shù)進(jìn)行測(cè)定。在使用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)來對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片進(jìn)行測(cè)量的過程中主要采用的是等高法測(cè)量路徑，其也被稱為等Z法或是等截面法。在使用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)來對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行采集后，需要做好測(cè)量數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)模型的準(zhǔn)確匹配，這是由于工件設(shè)計(jì)坐標(biāo)系與測(cè)量坐標(biāo)系往往不同，因此需要消除這一基準(zhǔn)不統(tǒng)一所帶來的測(cè)量誤差，而后才能對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的誤差進(jìn)行評(píng)定，其中做好測(cè)量數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)模型的的匹配主要是最大限度的尋找三坐標(biāo)測(cè)量點(diǎn)與CAD模型之間的最佳姿態(tài)。現(xiàn)今在匹配的算法中主要有：迭代匹配法、基于曲面描述的匹配和基于特征的匹配等幾種匹配方式。在對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片型面誤差的分析過程中主要包含有葉型參數(shù)誤差和形位誤差兩種，其中形位誤差的評(píng)定與計(jì)算與測(cè)量過程中所選用的基準(zhǔn)和算法密切聯(lián)系，是航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片型面誤差評(píng)定的主要參數(shù)。

在航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片數(shù)字化檢測(cè)過程中，測(cè)量的最終結(jié)果的誤差與航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的數(shù)據(jù)采集方式、采集數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)的匹配方法以及誤差評(píng)定模型等密切相關(guān)，在航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的測(cè)量中不論是采用傳統(tǒng)的樣板測(cè)量還是三坐標(biāo)測(cè)量其測(cè)量結(jié)果的誤差都是客觀存在的，尤其是由于測(cè)具所帶來的航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的系統(tǒng)性的測(cè)量誤差其對(duì)于航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性有著極大的影響，為確保航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，需要采用合理的匹配方法予以消除，同時(shí)不同的評(píng)定算法也會(huì)對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生較大的影響，現(xiàn)今對(duì)于航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片葉型測(cè)量誤差的評(píng)定并未有統(tǒng)一的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，在實(shí)際的測(cè)量應(yīng)用中樣板法仍然為葉片型面檢測(cè)的主要方法。

2. 航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片測(cè)量的新方法

隨著光學(xué)測(cè)量技術(shù)的進(jìn)步使得其在航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的測(cè)量中得以應(yīng)用，從而能夠?qū)崿F(xiàn)非接觸式的方法來對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的表面數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量.采用白光非接觸式測(cè)量方式主要利用的是某種與實(shí)物表面發(fā)生相互作用的物理現(xiàn)象來對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的三維信息進(jìn)行測(cè)量.其中，掃描白光干涉測(cè)量技術(shù)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的測(cè)量中具有測(cè)量速度快、精度高且航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片表面測(cè)量數(shù)據(jù)點(diǎn)密集的特點(diǎn)，在航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片加工質(zhì)量的測(cè)量中取得了良好的測(cè)量效果。相較于接觸式的三坐標(biāo)測(cè)量方式其在測(cè)量時(shí)由于測(cè)頭與工件接觸會(huì)造成測(cè)量數(shù)據(jù)的失真非接觸式測(cè)量方式的優(yōu)勢(shì)更為明顯，同時(shí)白光非接觸測(cè)量的測(cè)量速度更快，但是不足之處是其容易受到周圍光強(qiáng)弱的影響，從而造成測(cè)量數(shù)據(jù)的偏差。

3結(jié)語

航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的測(cè)量是檢測(cè)航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片制造是否合格的重要手段，本文在分析航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片測(cè)量特點(diǎn)及測(cè)量方式的基礎(chǔ)上對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片測(cè)量的新方法進(jìn)行了分析。

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