風(fēng)扇整體葉盤葉型檢測技術(shù)研究

李大力 韓德印 魏松

摘 要：傳統(tǒng)三坐標(biāo)測量復(fù)雜曲面，由于加工偏差的存在，使得測球補(bǔ)償方向發(fā)生錯誤，形成余弦誤差，而風(fēng)扇整體葉盤雙向弱剛性結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，給加工、檢測帶來極大的挑戰(zhàn)，必須采用具備三維補(bǔ)償?shù)臏y量方法，對風(fēng)扇葉盤葉型revo滑掃測量時(shí)可能出現(xiàn)的問題，提出相應(yīng)的解決措施。

關(guān)鍵詞：風(fēng)扇整體葉盤葉型測量;revo滑掃技術(shù)應(yīng)用;自適應(yīng)測量技術(shù)

引言

隨著第四代戰(zhàn)斗機(jī)對推重比和可靠性設(shè)計(jì)的進(jìn)一步提高，西方航空發(fā)達(dá)國家在新型航空發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中采用整體葉盤結(jié)構(gòu)，而風(fēng)扇整體葉盤是發(fā)動機(jī)中最大的轉(zhuǎn)動件，葉片彎扭角度大、通道敞開性差，加工后葉型的位置度、扭轉(zhuǎn)偏差通常比其他類型的整體葉盤更大，給葉型精密檢測帶來巨大的挑戰(zhàn)。相關(guān)資料表明，接觸式坐標(biāo)測量法是目前整體葉盤葉型測量的最常見、準(zhǔn)確的測量方法[1]。

本文基于五軸聯(lián)動掃描技術(shù)，探討了風(fēng)扇整體葉盤葉型測量方法以及常見問題處理手段。

1? 測量余弦誤差產(chǎn)生的原因

傳統(tǒng)三坐標(biāo)葉型曲線掃描測量是一種二維未知曲線掃描測量，軟件沿著測點(diǎn)矢量在XY平面內(nèi)的投影二維方向進(jìn)行補(bǔ)償。然而在實(shí)際測量過程中，（如圖1所示）受零件的制造偏差以及觸發(fā)測量力的影響，接觸測量時(shí)紅寶石測頭與零件的實(shí)際接觸點(diǎn)通常不是理論編程點(diǎn)，補(bǔ)償方向發(fā)生改變，產(chǎn)生余弦誤差，其大小為=r（1/cosα-1），r為測針寶石球半徑，a為葉片型面傾斜角。在測球半徑不變的條件下，葉展方向角度越大，余弦誤差越大，顯然這種測量方法無法滿足整體葉盤葉型的檢測精度要求。

相關(guān)材料表明，使用常規(guī)三維測頭半徑補(bǔ)償方法，測量整體葉盤葉型，可以有效降低余弦誤差，提高測量精度，但是該算法復(fù)雜，需要配置高精度三維主動測頭以及高精度測量機(jī)，測量環(huán)境要求等級高，而且測量效率遠(yuǎn)低于常規(guī)二維測量，很難廣泛應(yīng)用，若只追求測量精度，該方法是一種有效、精確的測量方法 。

2? 風(fēng)扇整體葉盤葉型測量方法

2.1 測量設(shè)備以及測量軟件的選擇

本文論述的風(fēng)扇整體葉盤葉型弦切角變化大，葉根至葉尖角度變化量為33°，葉高方向葉型輪廓與積疊軸的夾角α為30°，葉片長度大于250mm，由上述可知，如果選擇常規(guī)三坐標(biāo)測量機(jī)，測球半徑為1.5mm，其余弦誤差理論值為0.23mm，遠(yuǎn)大于葉型設(shè)計(jì)公差，因此必須選擇基于CAD的三維掃描以及補(bǔ)償方法。

五軸聯(lián)動滑掃測量技術(shù)是利用具備無級分度的REVO測頭，根據(jù)零件模型生成理論路徑，高效測量并獲取葉型全型面點(diǎn)云數(shù)據(jù)，由于采用基于實(shí)測點(diǎn)云模型的三維矢量補(bǔ)償技術(shù)，從原理上消除了余弦誤差，如圖 2 所示，不但提高了測量效率，更提高整體葉盤葉型測量精度。

2.2防掃描顫振技術(shù)

普通三坐標(biāo)測量機(jī)掃描葉型時(shí)的速度一般小于50mm/s，而REVO測頭滑掃的速度一般為300mm/s，最高可達(dá)500 mm/s，測頭如此高頻往復(fù)運(yùn)動，加之風(fēng)扇整體葉盤葉片薄壁、懸伸結(jié)構(gòu)可能會引起零件與測頭之間的共振，導(dǎo)致測量終止，因此必須有效防止共振發(fā)生，主要策略有以下兩點(diǎn)：

第一點(diǎn)是改變被測零件固有頻率，通過在兩個(gè)葉片之間填充EVA海綿，或是在被測葉片尖部支撐彈簧表，如圖3所示，都可以有效改變被測葉盤固有頻率，從而抑制顫震發(fā)生。

第二點(diǎn)是改變測頭的激振頻率，使其避過被測葉盤的固有頻率，從而避免共振發(fā)生。主要是改變測球的測量速度或一次劃掃的距離，如圖4所示，均可改變其激振頻率。測量時(shí)應(yīng)針對風(fēng)扇整體葉盤葉片結(jié)構(gòu)

特性，制定不同的掃描策略，改變激振頻率，如將目標(biāo)風(fēng)扇整體葉盤葉型分為12個(gè)掃描區(qū)域，并設(shè)置不同的掃描速度。

2.3葉型自適應(yīng)測量方案

葉型測量的三維補(bǔ)償掃描均以CAD模型引導(dǎo)，由于風(fēng)扇整體葉盤葉片的加工偏差大，使其葉型測量變得更為困難，特別進(jìn)排氣邊緣附近，若是累計(jì)偏差超過測量機(jī)的掃描裕度，測頭將偏離實(shí)際葉片型面，導(dǎo)致測量終止。

葉型自適應(yīng)測量方案是在掃描進(jìn)排氣邊緣前，預(yù)先掃描近排氣邊緣前端、后端各3點(diǎn)，如圖5所示，通過該6點(diǎn)初步定位葉片邊緣的實(shí)際位置，然后對測量軌跡進(jìn)行變換（偏移、扭轉(zhuǎn)），生成與實(shí)際葉片輪廓變化趨勢一致的自適應(yīng)掃描程序，評價(jià)時(shí)跟其正確理論模型作擬合，既準(zhǔn)確地掃描出葉片實(shí)際輪廓，又能跟原始正確模型作迭代擬合分析，實(shí)現(xiàn)葉片的自適應(yīng)測量。

3 結(jié)論

隨著航空發(fā)動機(jī)風(fēng)扇整體葉盤設(shè)計(jì)要求的提高，葉型結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，制造工藝的多元化發(fā)展，給葉型質(zhì)量的檢測帶來了巨大挑戰(zhàn)，具有三維補(bǔ)償算法坐標(biāo)測量機(jī)已成為當(dāng)下風(fēng)扇整體葉盤葉型測量主要檢測手段。隨著非接觸光學(xué)測量的快速發(fā)展，采用高精度光學(xué)測量機(jī)三維光學(xué)測量風(fēng)扇整體葉盤，測量速度將大幅提升，可以給工藝、設(shè)計(jì)人員更加豐富、直觀的測量結(jié)果，相信將是整體葉盤葉型測量的未來發(fā)展趨勢。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張海艷，張連鋒.航空發(fā)動機(jī)整體葉盤制造技術(shù)國內(nèi)外發(fā)展概述.航空制造技術(shù)，2013，1（23）：38-39

作者簡介：

李大力（ 1983—），男，碩士研究生，高工，從事復(fù)雜曲面精密加工與檢測。

基金項(xiàng)目：國防基礎(chǔ)科研計(jì)劃資助項(xiàng)目（項(xiàng)目編號：JCKY2017205A001）

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