一种叶片测量底座制备装置的制作方法

本发明涉及航空发动机生产技术领域，特别涉及一种在中小型航空发动机的涡轮叶片生产过程中，用于制备对叶片零件进行测量的底座的装置。

背景技术：

在航空发动机的制造过程中，涡轮叶片可采用精密铸造的方式进行单个叶片零件的铸造成型，然后将单个的叶片零件装配到缘板上，组装形成涡轮整体。

图1a为一种一级涡轮叶片的立体结构原理示意图；图1b为一种二级涡轮叶片的立体结构原理示意图；图1c为一种自由涡轮叶片的立体结构原理示意图；图2a为对图1a的一级涡轮叶片进行叶型尺寸测量的原理示意图；图2b为对图1a的一级涡轮叶片进行缘板尺寸测量的原理示意图；图2c为对图1a的一级涡轮叶片进行榫齿顶部锁片槽尺寸测量的原理示意图；在图2c中，显示了测量过程中，测量夹具的正视结构原理示意图和左视结构原理示意图。

参见图1a-2c所示，在燃气涡轮制造过程中，对于通过精密铸造工序生产出的每种单独的涡轮叶片铸件，通常在涡轮叶片1铸造生产出来后，都需要对叶身11的叶型尺寸、缘板12的尺寸和榫齿13顶部的锁片槽131尺寸进行测量，从而判断铸造生产出的单个叶片是否为合格品。

现有的测量过程中，对于叶型尺寸的测量，如图2a所示，需要在专用虎钳上用一对滚棒2(针对不同类型的所述叶片1设计有相应的专用滚棒2，也就是不同直径的滚棒2)夹住榫齿13，测量时先找正滚棒2，用于建立叶片测量时用的坐标系，再使用专用测具(图中未视出)测量叶身11的叶型尺寸。

对于缘板12尺寸的测量，如图2b所示，需要使用专用测量工装夹住全部榫齿13，将缘板12露出，再用专用测具(图中未视出)测量缘板12的尺寸。

对于榫齿13顶部锁片槽131的尺寸测量，如图2c所示，需使用专用测量工装夹住榫齿13并露出顶齿部位，使得所述锁片槽131能够不被遮挡，再使用专用测具(图中未视出)测量锁片槽131相关尺寸。

虽然通过精密铸造工序生产出的每种单独的涡轮叶片1都具有尺寸的精确度得到保障的圆柱形的工艺凸台14，但现有生产工艺中，所述工艺凸台14主要用于后继机加过程的夹持和定位等用途，现有的测量工序中，未对所述工艺凸台14进行物理上的利用(例如夹持、定位等用途)。

如图2a所示，现有的叶片测量过程中，所述叶片1的理论参照坐标系的建立通常采用如下原则，首先利用紧密夹持所述叶片1的榫齿13的滚棒2(通常如图2a所示夹持在所述榫齿13顶齿两侧的第一对凹陷部)来建立基准平面，也就是根据理论平行的两个滚棒2的轴线建立x-y平面，将所述叶片1的圆柱形的所述工艺凸台14的轴线为z轴，z轴与x-y平面的交点为原点，x轴通过原点且与滚棒2的轴线平行，y轴与x轴垂直。在所述叶片1的理论参照坐标系中，z轴用于表示所述叶身11、所述缘板12和所述榫齿13之间的位置关系，通常情况其指向为由所述榫齿13指向所述叶身11的方向，x轴和y轴主要为了用于表示所述榫齿13的齿形，因此x轴与y轴的指向可根据需要(例如测量过程中与测具的参照坐标系的匹配方便程度)来调整，也就是说，x轴的指向方向即可以是从叶片进气边指向排气边的方向，也可以是相反，y轴的指向方向既可以是从叶盆侧指向叶背侧的方向，也可以是相反。

在使用不同测具进行测量的过程中或者对于不同类型的叶片的测量过程中，上述理论参照坐标系可根据测具的实际情况进行平移，也即是说，为了测量仪器便于读数，叶片1的理论参照坐标系原点可分别在三个坐标轴的方向上移动△x，△y，△z，从而能够与测量仪器的参照坐标系重合。当然，本领域技术人员应当理解，为了便于测量仪器的操作，如图2b、2c所示，叶片的理论参照坐标系也可以进行旋转。

如前所述，针对如图1a-图1c的不同的涡轮叶片，现有的测量工艺方法均为，在测量所述叶身11的叶型时使用专用测量工装夹住榫齿13(例如在专用虎钳上用一对滚棒2夹住榫齿13的顶齿两侧的第一对凹陷部)露出叶型，以榫齿13定位来测量叶型尺寸；在测量榫齿13顶部锁片槽131相关尺寸时，更换专用测量工装，夹住大部分榫齿13并将榫齿顶部露出，从而测量所述锁片槽131相关尺寸；在测量缘板12尺寸时，会需要根据测量部位的变化更换多套专用测量工装，夹住榫齿13露出缘板12被测部位，测量相关尺寸。

上述现有测量方法，过程繁琐复杂，例如，在测量叶型时，使用虎钳夹住滚棒2装夹的过程中，两根所述滚棒2的水平程度会最终影响测量获得的叶型数据的精度，因此操作者必须经验丰富才能保障装夹滚棒2过程的效率；而对于测量缘板12和锁片槽131的专用测量工装，如图2b和2c所示，如安装槽间隙太大则夹紧后叶片状态难保证一致，如间隙太小则会导致叶片难以装入，因此安装槽制造难度大，精度难保证。而且为了避免对叶片造成损伤，通常情况下，用于制造专用测量工装(特别是安装槽位置)的材料的硬度会小于所述叶片1的材料的硬度，因此，在使用过程中，也很容易造成安装槽的磨损，从而造成尺寸变化。

在测量过程中，由于每个测量部位都需要专用工装，导致对于每一种叶片都需要多套专用工装，从而使得生产成本居高不下。此外，工装数量多也会导致管理难度大，工装的维护难度增加。而且由于全部过程都是手工操作，因此每个尺寸的装夹测量过程均需操作者有着较熟练的操作技巧。

现有的测量过程操作效率很低。对于实际生产中每批次至少上百片各种叶片精铸件成品，由于每片叶片均需进行测量，因此，测量过程需要耗费漫长的时间，从而会成为拖延整个生产周期的重要因素之一。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种叶片测量底座制备装置，以减少或避免前面所提到的问题。

为解决上述技术问题，本发明提出了一种叶片测量底座制备装置，所述底座用于对涡轮叶片的叶身的叶型尺寸、缘板的尺寸和榫齿顶部的锁片槽尺寸进行测量，所述底座为由低熔点合金浇铸形成的环绕所述榫齿的的矩形块，所述锁片槽不被低熔点合金遮盖，所述涡轮叶片具有一个理论参考坐标系，所述理论参考坐标系的z轴与所述叶片的工艺凸台的轴线重合，所述理论参考坐标系的x-y平面可由能够对所述榫齿的顶齿两侧的第一对凹陷部进行夹持的两根标准滚棒在夹持状态的两根轴线来建立，z轴与x-y平面的交点为原点，x轴通过原点且与所述滚棒的轴线平行，y轴与x轴垂直。所述矩形块包括顺序连接的第一侧立面、第二侧立面、第三侧立面和第四侧立面，所述第一侧立面和/或所述第三侧立面与所述理论参考坐标系的x轴平行，所述第二侧立面和/或所述第四侧立面与所述理论参考坐标系的y轴平行，所述矩形块还包括与所述理论参考坐标系的z轴垂直的靠近所述锁片槽的第一水平面，所述矩形块的顶面与所述缘板在z轴方向上的最小距离不小于2mm。其包括一个用于浇铸所述矩形块的坯件的浇铸设备和一个用于对所述矩形块的坯件进行整形的切割设备，所述浇铸设备包括浇铸底座、固定定位块以及活动定位块，所述固定定位块与所述浇铸底座固定连接，所述活动定位块与所述浇铸底座可滑动连接，所述固定定位块设置有与所述标准滚棒的半圆弧面一致的型面的固定夹持部，所述活动定位块设置有与所述标准滚棒的半圆弧面一致的型面的活动夹持部，所述切割设备包括切割底座以及切割架，所述切割底座连接有可升降的第二吊臂，所述第二吊臂设置有第二工艺凸台紧固装置，所述切割架设有有一个可升降的u型支架，所述u型支架上安装有电热丝，所述切割架与所述切割底座可移动连接。

优选地，所述浇铸底座设置有顺序连接的三个侧壁，所述固定定位块依靠着中间的侧壁与所述浇铸底座固定连接，所述浇铸底座在中间侧壁正对的一侧设置有一个导向槽，所述活动定位块通过与所述导向槽匹配的导引块来与所述浇铸底座可滑动连接。

优选地，所述浇铸底座在中间的侧壁上设置有升降杆，所述升降杆顶部设置有水平伸缩杆，所述水平伸缩杆包括一个t型杆。

优选地，所述固定夹持部上标示有刻度。

本发明所提供的叶片测量底座制备装置，通过制备标准化底座，可大大缩短叶片的测量工期，同时能够降低生产成本和维护成本。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中，

图1a为一种一级涡轮叶片的立体结构原理示意图；

图1b为一种二级涡轮叶片的立体结构原理示意图；

图1c为一种自由涡轮叶片的立体结构原理示意图；

图2a为对图1a的一级涡轮叶片进行叶型尺寸测量的原理示意图；

图2b为对图1a的一级涡轮叶片进行缘板尺寸测量的原理示意图；

图2c为对图1a的一级涡轮叶片进行榫齿顶部锁片槽尺寸测量的原理示意图；

图3a为根据本发明的一个具体实施例的一种叶片测量底座制备装置所制备的底座用于涡轮叶片进行叶型尺寸测量的原理示意图；

图3b为对图3a的涡轮叶片进行缘板尺寸测量的原理示意图；

图3c为对图3a的涡轮叶片进行榫齿顶部锁片槽尺寸测量的原理示意图；

图4a为一种用于制备图3a的底座的浇铸设备的局部剖视结构原理示意图；

图4b为图4a的a向部分剖视结构原理示意图；

图4c为图4a的支靠杆的立体结构示意图；

图4d为图4a的浇铸设备所成型的矩形块的立体结构原理示意图；

图5为用于切割图4a制备的矩形块的切割设备的局部剖视结构原理示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。其中，相同的部件采用相同的标号。

图1a为一种一级涡轮叶片的立体结构原理示意图；图2a为对图1a的一级涡轮叶片进行叶型尺寸测量的原理示意图；图3a为根据本发明的一个具体实施例的一种叶片测量底座制备装置所制备的底座用于涡轮叶片进行叶型尺寸测量的原理示意图；图3b为对图3a的涡轮叶片进行缘板尺寸测量的原理示意图；图3c为对图3a的涡轮叶片进行榫齿顶部锁片槽尺寸测量的原理示意图；图4a为一种用于制备图3a的底座的浇铸设备的局部剖视结构原理示意图；图4b为图4a的a向部分剖视结构原理示意图；图4c为图4a的支靠杆的立体结构示意图；图4d为图4a的浇铸设备所成型的矩形块的立体结构原理示意图；图5为用于切割图4a制备的矩形块的切割设备的局部剖视结构原理示意图。参见图1a、2a、3a-5所示，本发明提供了一种叶片测量底座制备装置，所述底座为用于对涡轮叶片1的叶身11的叶型尺寸、缘板12的尺寸和榫齿13顶部的锁片槽131尺寸进行测量，由低熔点合金浇铸形成的环绕所述榫齿13的的矩形块3，所述锁片槽131不被低熔点合金遮盖，暴露出所述矩形块3，所述涡轮叶片1具有一个理论参考坐标系，所述理论参考坐标系的z轴与所述叶片1的工艺凸台14的轴线重合，所述理论参考坐标系的x-y平面可由能够对所述榫齿13的顶齿两侧的第一对凹陷部进行夹持的两根标准滚棒2在夹持状态的两根轴线来建立，z轴与x-y平面的交点为原点，x轴通过原点且与所述滚棒2的轴线平行，y轴与x轴垂直。所述矩形块3包括顺序连接的第一侧立面、第二侧立面、第三侧立面和第四侧立面，所述第一侧立面和/或所述第三侧立面与所述理论参考坐标系的x轴平行，所述第二侧立面和/或所述第四侧立面与所述理论参考坐标系的y轴平行，所述矩形块3还包括与所述理论参考坐标系的z轴垂直的靠近所述锁片槽131的第一水平面31，所述矩形块的顶面与所述缘板12在z轴方向上的最小距离不小于2mm。其包括一个用于浇铸所述矩形块3的坯件的浇铸设备4和一个用于对所述矩形块3的坯件进行整形的切割设备5，所述浇铸设备4包括浇铸底座41、固定定位块42以及活动定位块43，所述固定定位块42与所述浇铸底座41固定连接，所述活动定位块43与所述浇铸底座41可滑动连接，所述固定定位块42设置有与所述标准滚棒2的半圆弧面一致的型面的固定夹持部422，所述活动定位块43设置有与所述标准滚棒2的半圆弧面一致的型面的活动夹持部432，将所述叶片1的所述榫齿13的第一齿槽(也即是第一对凹陷部)贴靠在所述固定定位块42的所述固定夹持部422，然后移动所述活动定位块43，使所述活动夹持部432与所述固定夹持部422形成对所述榫齿13的夹持固定，之后固定所述活动定位块43，这样就可以像背景技术所述的在现有技术中，对于叶型尺寸进行测量时，在专用虎钳上用一对标准滚棒2夹住榫齿13一样形成对所述叶片1的夹持固定。

参见图4a、4b所示，所述浇铸底座41可以设置有顺序连接的三个侧壁，所述固定定位块42可通过沉头螺栓(图中未视出)等连接方式依靠着中间的侧壁与所述浇铸底座41固定连接，所述浇铸底座41可在中间侧壁正对的一侧设置有一个导向槽411，这样，所述活动定位块43即可通过设置与所述导向槽411匹配的导引块来实现在所述浇铸底座41上的滑动连接，当所述活动夹持部432与所述固定夹持部422形成对所述榫齿13的夹持固定后，所述浇铸底座41的三个侧壁以及所述活动定位块43即可构成一个用于浇铸低熔点合金的封闭型腔。

所述固定夹持部422和所述活动夹持部432均设置有与所述标准滚棒2的半圆弧面一致的型面，因此，所述固定夹持部422和所述活动夹持部432对所述榫齿13的夹持固定就能够使得所述叶片1的理论参考坐标系的x-y平面固定下来，且由于在操作时，只有所述活动夹持部432的可固定线路的线性移动，因此，所述固定夹持部422和所述活动夹持部432的夹持会比背景技术所述的现有技术中对于叶型尺寸进行测量时，在专用虎钳上用一对标准滚棒2夹住榫齿13更容易操作，因此就可大大降低对操作者的熟练度要求。

对于不同类型的所述叶片1，只需针对性设计提供对应的所述固定定位块42和活动定位块43，即可利用通用的所述浇铸底座41来形成用于浇铸低熔点合金的封闭型腔。这样就可以大大降低工装制造成本。

为了便于操作，所述浇铸底座41还可以在中间的侧壁上设置有升降杆412，所述升降杆顶部设置有水平伸缩杆413，所述水平伸缩杆413包括一个t型杆414，这样，对于每种类型的所述叶片1，可以由熟练工人由手工握持来进行第一片所述叶片1的装夹，当第一片所述叶片1装夹固定后，可调整所述t型杆414的位置，使得所述t型杆414的t型头部的横杆与所述叶片1的所述工艺凸台14形成支靠，并固定所述t型杆414的位置，这样，在后继的所述叶片1的装夹过程中，即便是不熟练的操作者也可利用所述t型杆414完成所述叶片1的初步位置的定位，从而可降低装夹难度，大大提升装夹效率。

所述固定定位块42的固定定位顶面421可用于成型所述第一水平面31，所述活动定位块43只要精度能够控制好，则所述活动定位块43的活动定位顶面431也可用于成型所述第一水平面31，当然，在后继测量过程中，也可以只用所述固定定位块42的固定定位顶面421做成型的面作为所述第一水平面31，这样就可以降低对所述活动定位块43的固定定位顶面421的制造要求，从而可降低制造成本。

由于所述固定夹持部422和所述活动夹持部432可复现所述标准滚棒2对所述叶片1的夹持，因此，所述浇铸底座41与所述活动定位块43所形成的用于浇铸低熔点合金的封闭型腔的侧壁就可以很容易的制备出所述叶片1的第一侧立面、第三侧立面、第二侧立面和第四侧立面。

在所述浇铸底座41与所述活动定位块43所形成的用于浇铸低熔点合金的封闭型腔内浇注低熔点合金，浇注后使用毛刷沾冷水刷在低熔点合金上，等待5秒左右，待低熔点合金冷却凝固，松开所述活动定位块43，就可以取出已设置了所述矩形块3的所述叶片1。

由于所述固定夹持部422和所述活动夹持部432能够对所述榫齿13进行夹持，因此在所浇铸成型的所述矩形块3上，所述榫齿13被夹持的部位不会存在低熔点合金部分，也就是说，所述矩形块3在所述榫齿13被夹持的部位会有空腔存在。

图4d为图4a的浇铸设备所成型的矩形块的立体结构原理示意图；参见图4d所示，在图中，显示的是从所述矩形块3底部视角的立体结构原理示意图，在所述矩形块3两侧对称的凹槽即为所述固定夹持部422和所述活动夹持部432所形成的条形空腔32，顶部的凸起则为低熔点合金流入所述导向槽411的空间所形成的结构。

所述切割设备5包括切割底座51以及切割架52，所述切割底座51连接有可升降的第二吊臂511，所述第二吊臂511设置有第二工艺凸台紧固装置54，将待测的所述叶片1的所述工艺凸台14插入安装在所述第二工艺凸台固定装置54内，再通过螺钉将所述叶片1锁死在所述第二工艺凸台固定装置54内，使所述叶片1吊装在所述第二吊臂511上，通过调整锁定所述第二吊臂511在垂直方向的位置，这样就可以将所述叶片1的所述理论参考坐标系的x、y、z轴的方向固定下来，所述切割架52设有有一个可升降的u型支架521，所述u型支架521上安装有电热丝522，电热丝加热后可达到230摄氏度，这样就可通过沿着所述切割底座51移动所述切割架52来利用所述电热丝522切割所述榫齿13底部的包覆所述锁片槽131的合金部分，通过调节所述u型支架521的高度，可确保所述电热丝522只对所述第一水平面31以下的合金部分进行切割，从而不会对所述第一水平面31造成影响。也就是可以适应对不同类型叶片的合金切割。切割后，所述榫齿13底部的包覆所述锁片槽131的合金部分自然掉落，从而也就完成了对所述矩形块3的制备。

如前所述，由于所述矩形块3在所述榫齿13被夹持的部位会有空腔存在，因此操作所述切割架52时，就很容易有一个由所述固定定位顶面421所成型的所述第一水平面31作为参照，因此也就便于对包覆所述锁片槽131的合金部分进行切割。

在浇铸过程中，由于对所述矩形块3的顶面没有特别要求，因此，只需要目视不与所述缘板12接触即可，当然，也可在所述浇铸底座41或所述活动定位块43的侧壁标注刻度线，这样可更方便浇铸操作。

参见图5所示，所述第二吊臂511可安装有轴承，所述第二工艺凸台固定装置54通过轴承与所述第二吊臂511可旋转连接，这样，在所述叶片1吊装在所述第二吊臂511上之后，所述叶片1的所述理论参考坐标系的x、y、z轴的方向固定下来，但所述理论参考坐标系仍可在所述第二吊臂511上旋转。然后，提供一个与被测的所述叶片1对应的定位样板55安装在所述切割底座51上，这样，就可以通过所述定位样板55和所述叶片1的所述缘板12的贴合，固定所述叶片1的角向，从而使得所述叶片1所有自由度均被固定。从而可使得对于同一类型叶片，切割时所述切割架52的运行轨迹相同，也就能够通过在所述切割底座51上设置相应的导轨来简化对所述切割架52的移动控制。

所述浇铸设备4与所述切割设备5可以共用一个底座，也就是说，所述浇铸底座41和所述切割底座51可以在同一块底板上，这样可在一个工位即完成全部操作。

由于低熔点合金具有良好的硬度和强度，因此，本发明通过利用低熔点合金浇铸的方式，形成环绕所述榫齿13的的矩形块3，低熔点合金在冷却固化定型后，会向所述榫齿13收缩，从而利用所述榫齿13的齿形形成对所述榫齿13的稳固包夹。

由于所述矩形块3的所述第一侧立面和/或所述第三侧立面与所述理论参考坐标系的x轴平行，所述第二侧立面和/或所述第四侧立面与所述理论参考坐标系的y轴平行，所述第一水平面31与所述理论参考坐标系的z轴垂直，也就是所述第一水平面31与所述x-y平面平行，因此，通过对所述矩形块3的外表面的限位，即可限定所述叶片1的参考坐标系，且能很容易的使得所述叶片1的理论参考坐标系与测量仪器的参照坐标系平行，从而可很方便通过在各个测量阶段采用类似的能够对至少三个面进行限位的夹具对所述叶片1进行定位固定，也就可很方便的调整测量仪器的参照坐标系与所述叶片1的理论参考坐标系重合，也就可简化各个测量过程的测量工装以及测具的结构。并提升测量效率。

所述矩形块3的所述第一侧立面和/或所述第三侧立面以及所述第二侧立面和/或所述第四侧立面主要是用于夹持定位，在后继测量过程中，可通过对所述工艺凸台14的定位来控制所述叶片1的参考坐标系，因此，其与所述缘板12只需要不靠得太近，具有一定距离(例如最小距离不小于5mm，最大距离不大于30mm，距离过大则容易造成所述矩形块3体积较大，浪费制造过程的能耗)即可，因此，在固定待测的所述叶片1时，只需保持所述缘板12与所述浇铸腔43的侧壁均有一定距离即可，当然，可通过在所述固定夹持部422上标示刻度来控制同一类型所述叶片1所浇铸的所述矩形块3的坐标系稳定，从而便于后继批量化标准化进行测量。

可控制所述矩形块3的顶面与所述缘板12在z轴方向上的最小距离大于2mm，这样可保障对所述缘板12的尺寸进行测量的空间需要。

可使所述第一水平面31与所述锁片槽131在z轴方向上的最小距离大于1.5mm。这样即可为所述锁片槽131预留出足够的测量空间。

在实践中，对于某型发动机的3种涡轮叶片，采用本发明的装置所制造出的底座可使得测量过程的测量工装和测具的结构得到大大简化，从而大幅减少更换测具的准备时间，较背景技术所述的原工艺方法，在工期上能够缩短约50％左右的时间。而且，由于减少了测量工装，大大降低了生产成本，通常较背景技术所述的原测量方法可降低60％左右的工装成本。在测量过程中，由于是对所述矩形块3的侧立面和水平面这样的平面进行定位夹持，因此可避免使用如背景技术所述的高精度活块定位，在降低工装制造成本的同时，也降低了工装维护难度。

本发明所提供的一种叶片测量底座制备装置，通过制备标准化底座，可大大缩短叶片的测量工期，同时能够降低生产成本和维护成本。

本领域技术人员应当理解，虽然本发明是按照多个实施例的方式进行描述的，但是并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案。说明书中如此叙述仅仅是为了清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体加以理解，并将各实施例中所涉及的技术方案看作是可以相互组合成不同实施例的方式来理解本发明的保护范围。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化、修改与结合，均应属于本发明保护的范围。