用于加工榫齿量规尾部型面的夹具及型面尺寸测量方法与流程

本发明涉及榫齿量规的加工和测量技术领域，特别地，涉及一种用于加工榫齿量规尾部型面的夹具。此外，本发明还涉及一种榫齿量规尾部型面尺寸的测量方法。

背景技术

航空发动机叶片型面在磨削加工及检测过程中需要借助榫齿类量规，用于航空发动机叶片榫齿专用测具对表或测量用的榫齿类量规由特定的榫齿型面和尾部圆弧型面构成。现有的通用夹具没有专门针对榫齿定位及尾部圆弧型面磨削加工的夹具，也没有适合的加工方法。比如采用多功能虎钳装夹，无法实现沿发动机轴心方向的旋转加工，且榫齿对称中心线与发动机轴心线成一角度α，需要在装夹过程中保证。另外，现有的通用夹具无法将加工精度控制在±0.01mm的范围内。

技术实现要素：

本发明提供了一种用于加工榫齿量规尾部型面的夹具及型面尺寸测量方法，以解决现有技术中没有专门针对榫齿定位及尾部圆弧型面磨削加工的夹具及加工方法的技术问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种用于加工榫齿量规尾部型面的夹具，包括夹具本体，所述夹具本体的一端具有与榫齿量规的榫齿外形相匹配并用于定位所述榫齿的榫槽，所述夹具本体上设有用于为所述夹具本体提供旋转支撑并带动装夹在所述榫槽上的榫齿量规旋转的芯轴；装夹于所述榫槽内的榫齿量规的尾部型面与所述芯轴轴线之间的距离等于尾部型面上同一位置与发动机轴心线之间的距离；所述榫槽的对称中心线与所述芯轴的轴线之间的夹角等于所述榫齿的对称中心线与所述发动机轴心线之间的夹角。

进一步地，所述芯轴贯穿所述夹具本体，所述芯轴上安装用于固定并夹紧所述夹具本体的第一紧固件。

进一步地，所述榫槽的下端开设用于增加所述榫齿与所述榫槽之间安装弹性的第一让位槽。

进一步地，所述第一让位槽沿远离所述榫槽的竖直方向延伸，所述第一让位槽的末端为扩径孔。

进一步地，所述夹具本体上开设有处于所述榫槽侧向的限位槽、嵌合在所述限位槽内以压紧装夹在所述榫槽内的所述榫齿量规的压紧块。

进一步地，所述压紧块通过第二紧固件紧固在限位槽内。

进一步地，所述第二紧固件为螺钉、插销或卡扣。

进一步地，所述压紧块的一侧面为斜面。

进一步地，所述限位槽底部侧壁设置增加所述第二紧固件与所述夹具本体之间安装弹性的第二让位槽。

进一步地，所述夹具本体上设置所述榫槽的一端为用于辅助测量的弧面，所述弧面为以所述芯轴的轴线为中心轴的圆柱面。

进一步地，所述尾部型面为圆锥面、曲线面或者多线段面。

根据本发明的另一方面，还提供了一种榫齿量规尾部型面尺寸测量方法，采用上述用于加工榫齿量规尾部型面的夹具，包括以下步骤：松弛和/或取出夹具本体的限位槽内的压紧块；将所述榫齿量规放置于所述榫槽内，装入并紧固压紧块；测量所述芯轴的轴线与所述夹具本体上设置榫槽的一端的距离，即所述芯轴的轴线与辅助测量面的距离，再利用显微镜测量所述辅助测量面与榫齿量规尾部型面的距离，通过计算分别得到所述尾部型面上需要测量的各点与芯轴轴线之间的距离，即与发动机轴心线之间的距离。

本发明具有以下有益效果：

本发明的用于加工榫齿量规尾部型面的夹具，利用榫槽对榫齿量规进行直接定位，解决了榫齿量规装夹容易松动、定位难的问题；夹具上设有带动榫齿量规旋转的芯轴，将榫齿量规尾部型面的旋转中心由空间虚拟线转化为实际旋转线，通过成型砂轮和旋转芯轴实现尾部型面的加工，解决了加工及测量过程中无法准确找到旋转轴心的问题；同时，设置榫槽的对称中心线与芯轴的轴线之间的夹角等于榫齿的对称中心线与发动机轴心线之间的夹角，使榫齿量规的尾部型面在加工过程中模拟实际应用时与发动机轴心线之间的距离与夹角，从而满足榫齿量规尾部型面的加工要求和精度要求。

本发明的用于加工榫齿量规尾部型面的夹具能够实现尾部型面的加工和测量一体化，方法简单易行，既能够在通过顶心旋转的机床上应用，又能够在精密小平磨上加工，解决现有技术中加工机床单一的问题。

本发明的榫齿量规尾部型面尺寸测量方法，简化了测量的程序，并且测量方法简单、实用。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的榫齿量规结构示意图；

图2是本发明优选实施例的榫齿量规尾部型面a、b、c、d位置示意图；

图3是本发明优选实施例的用于加工榫齿量规尾部型面的夹具本体的结构示意图；

图4是本发明优选实施例的用于加工榫齿量规尾部型面的夹具结构示意图。

附图标记说明：

1、榫齿；2、尾部型面；3、基准线；4、榫槽；5、芯轴；51、第一紧固件；6、第一让位槽；7、第二让位槽；8、第二紧固件；9、压紧块；10、辅助测量面；11、夹具本体。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

参照图1至图4，本发明的优选实施例提供了一种用于加工榫齿量规尾部型面的夹具，包括夹具本体11，夹具本体11的一端具有与榫齿量规的榫齿1外形相匹配并用于定位榫齿1的榫槽4，夹具本体11上设有用于为夹具本体11提供旋转支撑并带动装夹在榫槽4上的榫齿量规旋转的芯轴5；装夹于榫槽4内的榫齿量规的尾部型面2与芯轴5轴线之间的距离等于尾部型面2上同一位置与发动机轴心线之间的距离；榫槽4的对称中心线与芯轴5的轴线之间的夹角等于榫齿1的对称中心线与发动机轴心线之间的夹角。

榫齿量规使用时，其尾部型面2是以发动机轴心线为旋转中心线，该旋转中心线与榫齿1基准线3的距离表示为r’，尾部型面2上各点与基准线3之间的垂直距离表示为y，但加工榫齿量规的尾部型面2时，上述旋转中心线为空间虚拟线，并没有实际存在，并且发动机轴心线与榫齿量规的对称中心线成一角度α，而榫齿量规尺寸的测量一般是以榫齿1上第一榫齿槽跨的滚棒作为基准。经过大量的研究发现，在加工榫齿量规的尾部型面2时，需要以榫齿1作为定位基准，并调整好尾部型面2的旋转半径，以及榫齿量规的对称中心线与发动机轴心线的夹角α，才能够满足榫齿量规尾部型面2的加工要求以及精度要求，精度一般要求控制在±0.01mm范围内；同时，测量尾部型面2上分布的a、b、c、d各点尺寸，仍需要将榫齿量规的虚拟旋转线转化为实际旋转线，才能进行准确的测量。a、b、c、d各点为三维点，分布在榫齿量规的尾部型面2上，各点到发动机轴心线的距离小于或等于该点所处的旋转截面的旋转半径，因为各点到基准线3的距离为垂直距离。但可以将各点的位置换算为绕发动机轴心线旋转的旋转半径的位置，并通过旋转半径来控制各点的加工尺寸。因此，在设计加工榫齿量规尾部型面2的夹具时，需要考虑将尾部型面2的旋转中心线转化为实际存在的轴心线，以满足榫齿量规尾部型面2的加工及测量的需要。

上述用于加工榫齿量规尾部型面的夹具，榫槽4需要布设于夹具本体11上端的中部，利用夹具本体11一侧的刚度对榫槽4内的榫齿量规进行限位，另一侧布设限位槽，使得榫槽4能够利用第一让位槽6进行沿榫齿1宽度方向形成安装弹性。上述榫槽4的对称中心线与所述芯轴5轴线的交点和所述榫齿量规上榫齿1的对称中心线与所述发动机轴心线的交点重合，榫齿量规安装位置准确。

本发明的用于加工榫齿量规尾部型面的夹具，利用榫槽4对榫齿量规进行直接定位，解决了榫齿量规装夹容易松动、定位难的问题；夹具上设有带动榫齿量规旋转的芯轴5，将榫齿量规尾部型面2的旋转中心由空间虚拟线转化为实际旋转线，通过成型砂轮和旋转芯轴5实现尾部型面2的加工，解决了加工及测量过程中无法准确找到旋转轴心的问题；同时，设置榫槽4的对称中心线与芯轴5的轴线之间的夹角等于榫齿1的对称中心线与发动机轴心线之间的夹角，使榫齿量规的尾部型面2在加工过程中模拟实际应用时与发动机轴心线之间的距离与夹角，从而满足榫齿量规尾部型面2的加工要求和精度要求。

上述用于加工榫齿量规尾部型面的夹具能够实现尾部型面2的加工和测量一体化，方法简单易行；既能够在通过顶心旋转的机床上应用，又能够在精密小平磨上加工，也解决现有技术中加工机床单一的问题。

优选地，芯轴5贯穿夹具本体11，芯轴5上安装用于固定并夹紧夹具本体11的第一紧固件51。上述芯轴5作为夹具本体11的旋转支撑并带动夹具本体11旋转，且榫齿量规放置在榫槽4内时尾部型面2与芯轴5轴线的距离等于实际使用中尾部型面2与发动机轴心线之间的距离，上述芯轴5与榫槽4分别设置在夹具本体11的两端，使芯轴5旋转时带动榫齿量规绕芯轴5旋转，并通过成型砂轮共同实现尾部型面2的加工。上述芯轴5上安装第一紧固件51分别在夹具本体11的两侧用来夹紧夹具本体11，第一紧固件51可以是通过螺栓或者其他方式固定在芯轴5上，因此能够将夹具本体11固定在芯轴5上，避免旋转时夹具本体11在芯轴5上滑动以致脱落。

优选地，榫槽4的下端开设用于增加榫齿1与榫槽4之间安装弹性的第一让位槽6。当将榫齿量规放进榫槽4时，需要非常大的力才能使榫齿量规的榫齿1前端与榫槽4的下端接触，上述第一让位槽6的设置增加了两者之间的安装弹性，使榫齿量规更易于放置在榫槽4内，以实现榫齿量规的定位。

优选地，第一让位槽6沿远离榫槽4的竖直方向延伸，第一让位槽6的末端为扩径孔。上述第一让位槽6增加了榫齿1与榫槽4之间的安装弹性，末端设置为扩径孔使其作用更加显著。上述扩径孔可以为各种形状，优选圆孔。

优选地，夹具本体11上开设有处于榫槽4侧向的限位槽、嵌合在限位槽内以压紧装夹在榫槽4内的所述榫齿量规的压紧块9。上述压紧块9设置安装在榫槽4侧面的限位槽内，当将压紧块9放进限位槽内时，其对限位槽的侧面产生压力，从而使榫槽4内榫齿量规的定位更加不易松动。上述压紧块9可以是锲形块，限位槽为相应的锲形孔，将锲形块安装在孔内，使之产生向侧边的压力以使榫齿量规定位更加稳定。上述压紧块9使榫齿量规不易松动，提高了磨削加工的精度和安全性。

优选地，压紧块9通过第二紧固件8紧固在限位槽内。更优选地，第二紧固件8为螺钉、插销或卡扣。本优选实施例中第二紧固件8为螺钉，限位槽底部设置与上述螺钉相应的螺纹孔，压紧块9设有用于供螺钉穿过的通孔。上述螺钉使压紧块9能够对榫槽4产生更大的力，从而对榫齿量规的定位产生正向的影响。

优选地，压紧块9的一侧面为斜面。上述压紧块9上斜面的设置使压紧块9更易于放置在夹具体上设置的孔内，同时当安装第二紧固件8时，增加其对榫槽4一侧的压力，保证榫槽4对榫齿量规的定位。

优选地，限位槽的底部侧壁设置增加第二紧固件8与夹具本体11之间安装弹性的第二让位槽7。上述限位槽的底部侧壁设置第二让位槽7，使第二紧固件8的安装更加顺畅。上述第二让位槽7与第一让位槽6类似，第二让位槽7沿远离榫槽4的竖直方向延伸，其末端也设置扩径孔。

优选地，夹具本体11上设置榫槽4的一端为用于辅助测量的弧面，弧面为以芯轴5的轴线为中心轴的圆柱面。上述夹具本体11上设置榫槽4的一端为弧面，用于辅助测量榫齿量规尾部型面2上a、b、c、d各点的尺寸。上述辅助测量弧面为以芯轴5的轴线为中心轴的圆柱面，即弧面上每一点到芯轴5的轴线的距离都相同且可以测量，为已知尺寸；由于尾部型面2的加工为旋转加工，在旋转过程中，必须保证辅助测量面10上每点到旋转中心即芯轴5的轴心线的距离一致，如果是非弧面，旋转后找不到高点位置，显微镜只能测量最高点位置，不利于测量。另外，可以在显微镜上测量辅助测量弧面到所加工的尾部型面2上a、b、c、d各点所在截面圆弧半径的差值，即可实现型面2上a、b、c、d各点的测量。通过与三坐标数据对比，其测量精度可以达到±0.01mm范围内，满足榫齿量规的制作精度要求。上述测量过程中，显微镜为投影测量，只能测量尾部型面2的高点位置与辅助测量面10之间的距离，即尾部型面2上各点所在截面旋转半径最高点的位置与辅助测量面10最高点位置之间的距离，不能测量尾部型面2其它位置的尺寸。因此，将a、b、c、d各点通过直角三角形各边之间的关系换算成该点所在截面的圆弧半径。例如，对于a点来说，ra²＝xa²+(r’+ya)²，xa、ya为a点已知的坐标尺寸，r’为旋转中心线与榫齿1基准线3的距离，也为已知尺寸，由上述公式可以计算出ra，即将a点的垂直距离换算成了该点所在截面的圆弧半径。辅助测量面10所在的旋转圆弧与a、b、c、d各点的截面圆弧为同心圆，辅助测量面10的旋转圆弧半径r可以测量，为已知尺寸，两者之间的距离差值l＝ra-r，l即为a点所在的截面圆弧最高点与辅助测量面10的最高点之间的距离，即上述用显微镜可以测量的距离，将测量值与l值比较来判断加工误差。测量值与计算值之间允许存在±0.01mm的公差。

优选地，尾部型面2为圆锥面、曲线面或者多线段面。上述加工榫齿量规尾部型面的夹具适合的尾部型面2较为广泛，如圆锥面、曲线面或多线段面，都可以通过辅助测量弧面以及夹具本体11的旋转实现制作和测量。

上述用于加工榫齿量规尾部型面的夹具可以为不同规格和外形尺寸，以满足不同榫齿量规的定位要求，并能够将榫齿量规调整到合适的位置，由压紧块9实现对榫齿量规的压紧；上述夹具的芯轴5能够实现与机床顶尖的结合，从而对榫齿量规进行旋转加工，例如能够在平磨、外圆磨、工具磨等不同种类机床上都可以实现榫齿量规尾部型面2的加工。上述夹具不仅能够实现对榫齿量规的稳定精确定位，同时模拟榫齿量规绕发动机轴心线的旋转，与成型砂轮配合完成尾部型面2的加工，提高了尾部型面2的加工精度，为榫齿量规尾部型面2加工的有效夹具。榫槽4定位借助压紧块9压紧，不易松动，提高了磨削加工的精度和安全性。上述夹具体积小，装夹方便，适合于小规格、高精度、榫槽4定位工件的磨削加工。

上述夹具可扩展至以榫齿1定位的各种类型的榫齿量规的加工，如尾部单角度榫齿量规、双角度榫齿量规、尾部规则曲面榫齿量规等，且专用夹具的采用，消除了榫齿量规加工过程中的一个旋转角度，简化了加工方法，降低了加工难度。

本优选实施例的夹具中包括的各部分：

(1)夹具本体11：通过与榫齿量规相应尺寸的榫槽4装夹榫齿量规，实现榫齿1定位的要求；夹具本体11的榫槽4加工角度为榫齿量规对称中心线与发动机轴心线夹角α，实现将量规型面与砂轮中心平齐，满足型面的加工要求；芯轴5安装孔中心与榫槽4基准线3的距离，满足尾部型面2旋转半径要求。同时夹具本体11的榫槽4为榫齿量规提供装夹定位、角度调整、压紧及固定型面旋转半径作用。

(2)芯轴5：为夹具体提供旋转支撑，固定榫齿量规的旋转半径，确保旋转半径符合榫齿量规尾部型面2旋转半径要求，同时满足与普通平磨、外磨、工具磨等不同类型机床的顶心旋转磨削装夹要求。

(3)第二紧固件8：实现对压紧块9的压紧作用，从而对榫齿量规实现压紧作用。

(4)压紧块9：通过第二紧固件8向下的压紧力，实现对榫齿量规的压紧作用。

本优选实施例的夹具设计方法如下：

1)以夹具一端的孔中心作为发动机的旋转轴心线；

2)以榫槽4作为装夹基准，榫槽4尺寸根据榫齿量规榫头尺寸沿法向向外偏移0.003mm形成；

3)控制第一榫槽4跨滚棒距孔中心尺寸l±0.005mm，即榫齿1基准线3至发动机轴心的距离r’，从而控制加工的旋转半径值，可测量l±0.005，确保榫槽4的加工精度；

4)夹具定位榫槽4对称中心线与孔轴心线成α夹角，保证发动机轴心与榫齿量规的对称中心线成一α夹角要求；

5)夹具榫槽4底部开1.5mm凹槽，同时以螺钉对榫齿量规进行锁紧；

6)在夹具端面(榫槽4端)磨一辅助测量圆弧面，测量该圆弧面到孔中心的实际值，可依据此实际值对加工圆弧面进行换算测量，精度可保证在0.01mm内。

根据本发明的另一方面，还提供了一种榫齿量规尾部型面尺寸测量方法，采用上述用于加工榫齿量规尾部型面的夹具，包括以下步骤：松弛和/或取出夹具本体11的限位槽内的压紧块9；将榫齿量规放置于榫槽4内，装入并紧固压紧块9；测量芯轴5的轴线与夹具本体11上设置榫槽4的一端的距离，即芯轴5的轴线与辅助测量面10的距离，再利用显微镜测量辅助测量面10与榫齿量规尾部型面2的距离，通过计算分别得到尾部型面2上需要测量的各点与芯轴5轴线之间的距离，即与发动机轴心线之间的距离。

上述榫齿量规尾部型面尺寸测量方法，借助设置在夹具本体11上榫槽4一端的辅助测量弧面，简化了尾部型面2相关尺寸的测量。已知的辅助测量面10到芯轴5的垂直距离、基准线3与芯轴5的轴线之间的距离r’、型面2上各点已知的位置距离(x、y、z)，通过直角三角函数可以非常简单地计算出尾部型面2相关尺寸，即尾部型面2上a、b、c、d各点所在截面圆弧半径如ra，该尺寸ra的二次方等于a点与基准线3之间的垂直距离ya加上基准线3与芯轴5之间的垂直距离r’之和的二次方，再加上a点横向尺寸xa的二次方，即ra²＝(ya+r’)²+xa²，这样就可以计算出辅助测量面10至尾部型面2上各点所在截面圆弧半径的差值l。通过利用显微镜测量辅助测量面10与榫齿量规尾部型面2上各点所在截面圆弧半径的差值，既可实现a、b、c、d各点的测量。上述榫齿量规尾部型面2尺寸测量方法，简化了测量的程序，并且测量方法简单、实用。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。