航空发动机转子叶片测量机工装及其坐标系建立方法与流程

本发明涉及一种航空发动机转子叶片测量机工装及其坐标系建立方法，尤其是一种用于航空发动机转子叶片三坐标测量机测量的精密定位夹具及其测量坐标系建立修正方法，属于航空发动机叶片测量技术领域。

背景技术：

叶片是航空发动机的关键零部件，在发动机上占有重要地位，叶片加工质量严重影响航空发动机的整体性能。为了满足航空发动机的性能要求，叶片型面多为复杂自由曲面，属于薄壁结构且呈现较大角度的弯扭特征。为了保证叶片的质量，叶片制造的不同阶段均需要进行测量。

三坐标测量机凭借通用性强、检测精度高等优点被广泛应用于叶片测量，目前是保证叶片尺寸精度的重要手段。叶片在进行三坐标测量时，要根据基准面建立相应的测量坐标系。由于叶片榫根部位尺寸较小，建立测量坐标系较为困难进而导致叶片测量精度差、测量效率低等一系列问题。因此叶片在进行三坐标测量时需设计辅助夹具将叶片固定在工作台面上并保持正确的位置，以此来保证叶片测量精度并且提高叶片测量效率。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：现有航空发动机叶片批量化测量效率低下、建立测量坐标系难的问题。

为了解决上述问题，本发明的技术方案是提供了一种用于发动机转子叶片三坐标测量的定位夹具，其特征在于：包括夹具底座、夹具定位块、铰链结构、定位件和顶紧件，所述夹具定位块设在夹具底座上，夹具底座的轴线与叶片积叠轴重合，夹具底座与夹具定位块接触的面平行于夹具定位块的上表面；

所述夹具定位块的上表面上设有至少两处凸块，所述凸块上设有与叶片榫根单侧楔形面配合的半燕尾槽结构，半燕尾槽结构的楔形面与叶片榫根的楔形面吻合；

所述铰链结构包括顶紧压块以及用于驱动顶紧压块顶紧叶片榫根另一侧楔形面的驱动结构，所述夹具定位块的上表面上设有用于装夹铰链结构的装夹结构，所述驱动结构穿过装夹结构与顶紧压块的一端活动连接，使得顶紧压块在沿着水平方向位移的同时能够沿竖直方向活动，顶紧压块的另一端设有与叶片榫根另一侧楔形面配合的半燕尾槽结构；驱动结构推动顶紧压块向叶片榫根方向产生位移使得顶紧压块的半燕尾槽结构与叶片榫根另一侧楔形面贴合；

所述定位件和顶紧件设在夹具定位块上分别用于对叶片榫根的两个侧面进行定位和夹紧；叶片测量装夹定位后，部分榫根楔形面露出，实现同时测量叶片型面和作为叶片基准定位面的榫根楔形面。

优选地，所述驱动结构包括顶紧螺纹杆、顶紧螺纹套和旋钮手柄，所述顶紧螺纹杆一端与顶紧压块铰接，另一端与顶紧螺纹套连接，所述顶紧螺纹套与顶紧螺纹杆连接的一端设有凸台结构，另一端穿过装夹结构与旋钮手柄连接，旋钮手柄旋转使得顶紧螺纹杆带动顶紧压块发生位移，进而夹紧或松开叶片榫根。

优选地，所述顶紧螺纹杆一端为螺纹端，另一端设有连接块，螺纹端与顶紧螺纹套连接配合，连接块与顶紧压块上的凹槽间隙配合，连接块和凹槽铰接连接使得顶紧压块能够沿着竖直方向活动。

优选地，所述夹具底座为圆柱形，夹具底座的上表面设有用于定位和连接夹具定位块的定位孔和连接孔。

优选地，所述旋钮手柄和螺纹套之间通过销子连接固定。

优选地，所述装夹结构为通孔，所述顶紧螺纹套穿过通孔与旋钮手柄连接固定。

优选地，所述定位件为定位销钉，所述定位销钉设在夹具定位块上，用于对叶片榫根的一个侧面进行定位。

优选地，所述顶紧件为顶紧螺钉，顶紧螺钉穿过凸块对叶片榫根的另一个侧面进行夹紧。

本发明还提供了一种用于发动机转子叶片三坐标测量机测量的定位夹具的测量坐标系建立方法，其特征在于：

定义夹具底座的上表面表示为a面，夹具定位块的侧面表示为b面，夹具定位块楔型面表示为c面，夹具定位块与叶片榫根的接触面表示为d面，夹具底座圆柱面侧面表示为e面；利用a、b、e三个面建立测量坐标系，具体过程包括：

第一步，通过测量机，扫描夹具定位块的外廓尺寸，得到夹具定位块d面与夹具底座的上表面a面之间的距离；

第二步，建立初始坐标系o'x'y'z'：

步骤2.1、建立y'o'x'坐标平面：测量机在夹具底座上表面a面任意取三个不在同一直线上的点，根据三点建立一个坐标平面的原理将a面确定为坐标平面y'o'x'；

步骤2.2、确定x'轴：夹具定位块的侧面b面拉直，在b面任取两个点，两个点之间的距离应尽量大，在两点之间作连线，并使两点连线向坐标平面y'o'x'投影，所得正投影为x'轴；

步骤2.3、确定坐标原点o'：测量夹具底座圆柱面e面一个圆并且确定圆心，将该圆心沿着夹具底座的上表面a面法向矢量方向向x'轴作投影，所得投影点为坐标原点o'；

步骤2.4、确定y'轴：根据坐标平面y'o'x'法向矢量方向和坐标原点o'的位置确定y'轴；

步骤2.5、根据右手法则确定笛卡尔坐标系的z'轴，即可确定初始坐标系o'x'y'z'；

第三步，建立测量坐标系oxyz：根据第一步得到的夹具定位块d面与夹具底座的上表面a面之间的距离，将初始坐标系o'x'y'z'沿着z'方向移动该距离就可以确定测量坐标系oxyz。

本发明还提供了一种用于发动机转子叶片三坐标测量的定位夹具的测量坐标系的修正方法，其特征在于：

步骤1、叶片准确的坐标系由叶片本身的定位面即叶片榫根楔形面和叶片榫根侧面来确定，通过测量露出的叶片榫根楔型面与叶片榫根定位侧面，建立叶片实际位置坐标系；

步骤2、通过测具建立测量坐标系，计算叶片实际位置坐标系和测量坐标系在x、y、z方向的误差值；

步骤3、根据步骤2所得到的误差值对测量坐标系进行修正。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明通过对叶片榫根单侧楔形面、榫根侧面和榫根底面定位，叶片测量装夹定位后，部分榫根楔形面漏出，可同时测量叶片型面和作为叶片基准定位面的榫根楔形面。夹具采用铰链结构，在水平方向夹紧的同时，也对叶片楔形面进行夹紧。本发明可以对夹具制造误差造成的坐标系建立误差进行修正，进而得到精确的测量坐标系。

本发明可以实现对叶片进行快速定位和夹紧，具有结构简单、安装方便、定位准确的特点，提高了叶片测量效率，对于实现叶片的批量化高效生产具有重要意义。

附图说明

图1为本发明一种用于发动机转子叶片三坐标测量的定位夹具整体结构示意图；

图2为夹具底座结构示意图；

图3为夹具定位块结构示意图；

图4为铰链结构示意图。

图中：

1-夹具底座；2-夹具定位块；3-旋钮手柄；4-顶紧螺纹套；5-定位销钉；6-销子；7-顶紧螺纹杆；8-顶紧压块；9-销钉；10-顶紧螺钉；11-第一底座紧固螺栓；12-第二底座紧固螺栓；13-第三底座紧固螺栓；14-第四底座紧固螺栓；15-第一底座定位销钉；16-第二底座定位销钉；21-凸块；22-连接块；23-凹槽；24-通孔。

具体实施方式

为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。

本发明夹具定位块2根据六点定位原理，通过叶片榫根对叶片进行定位。夹具定位块2的上表面有半燕尾槽结构，该结构可以对叶片榫根进行单侧定位；夹具定位块2采用铰链结构对叶片榫根另一侧进行定位和夹紧，部分榫根楔形面漏出。该夹具可同时测量叶片型面和叶片榫根楔形面。夹具底座1是圆柱形状，方便叶片在测量过程中建立叶片的测量坐标系。

参阅图1～图4，本实施例是用于航空发动机叶片测量的快速定位夹具，由夹具底座1、夹具定位块2、旋钮手柄3、顶紧螺纹套4、定位销钉5、销子6、顶紧螺纹杆7、顶紧压块8、销钉9、顶紧螺钉10、第一底座紧固螺栓11、第二底座紧固螺栓12、第三底座紧固螺栓13、第四底座紧固螺栓14、第一底座定位销钉15和第二底座定位销钉16组成。其中，夹具底座1分布着四个紧固螺栓安装孔和两个销钉9定位孔，分别安装第一底座紧固螺栓11、第二底座紧固螺栓12、第三底座紧固螺栓13、第四底座紧固螺栓14和第一底座定位销钉15、第二底座定位销钉16，用来与夹具定位块2连接。夹具底座1有精确位置要求，夹具底座1为圆柱形，夹具底座1的轴线与叶片积叠轴重合，夹具底座1与夹具定位块2接触的面平行于夹具定位块的上表面。

夹具定位块2的上表面上加工两处凸块21，凸块21上加工与叶片榫根单侧楔形面配合的半燕尾槽结构，燕尾槽楔形面和叶片榫根楔形面完全吻合，燕尾槽结构上分布有螺纹孔，用来与顶紧螺钉10配合。夹具定位块2楔形面c有精确位置要求，并且表面粗糙度ra要求达到0.8μm，防止叶片测量过程中划伤叶片榫根。

夹具定位块2的上表面上另一侧有一个通孔24，用来与铰链结构的顶紧螺纹套4连接。夹具定位块2上还有一个销钉孔，用来与定位销钉5配合。夹具定位块2底面分布着四个紧固螺栓安装孔和两个销钉定位孔，销钉定位孔有精确位置要求，用来与夹具底座1连接。

铰链结构由顶紧压块8、销钉9、顶紧螺纹杆7、顶紧螺纹套4、销子6和旋钮手柄3组成。顶紧压块8上有半燕尾槽结构，通过销钉9与顶紧螺纹杆7间隙配合。顶紧螺纹杆7一端为螺纹端，另一端加工连接块22，螺纹端与顶紧螺纹套4连接配合，连接块22与顶紧压块8上的凹槽23间隙配合，连接块22和凹槽23通过销钉9铰接，使得顶紧压块8能够沿着竖直方向活动。顶紧螺纹套4一端有凸台结构，另一端穿过通孔24，通过销子6与旋钮手柄3连接。顶紧压块8压紧面表面粗糙度ra达到0.8μm，防止叶片测量过程中划伤叶片榫根。

本实施例中，对叶片测量之前需要对叶片进行定位和夹紧。

对叶片定位夹紧时，首先将夹具定位块2通过第一底座紧固螺栓11、第二底座紧固螺栓12、第三底座紧固螺栓13、第四底座紧固螺栓14、第一底座定位销钉15、第二底座定位销钉16与夹具底座1连接。将铰链结构顶紧压块8通过销钉9和顶紧螺纹杆7连接，然后将顶紧螺纹杆7与顶紧螺纹套4螺纹连接并穿过夹具定位块2的铰链结构连接通孔24，暴露在夹具定位块2外侧的顶紧螺纹套4通过销子6与旋钮手柄3连接。将定位销钉5插入夹具定位块2相应的销钉孔，然后将叶片放入夹具定位块2，夹具定位块2的半燕尾槽结构的楔形面与叶片榫根单侧楔形面贴合，通过顶紧螺钉10对叶片榫根流道方向进行定位和夹紧。最后拧紧旋钮手柄3使得顶紧螺纹杆7带动顶紧压块8发生位移，顶紧压块8半燕尾槽结构与叶片榫根另一侧楔形面和叶片榫根侧面贴合，对叶片流道方向的垂直方向和叶片竖直方向进行定位和夹紧。

本实施例提出了一种航空发动机转子叶片三坐标测量机测量夹具的测量坐标系建立方法。夹具底座的上表面表示为a面，夹具定位块的侧面表示为b面，夹具定位块楔型面表示为c，夹具定位块与叶片榫根的接触面表示为d面，夹具底座圆柱面表示为e面。利用a、b、e三个面建立测量坐标系，测量坐标系的建立采用“3-2-1”法，其具体过程是：

第一步，通过测量机，扫描夹具定位块的外廓尺寸，得到夹具定位块d面与夹具底座的上表面a面之间的距离。

第二步，建立初始坐标系o'x'y'z'。

步骤2.1、建立y'o'x'坐标平面：测量机在夹具底座上表面a面任意取3个不在同一直线上的点，并且三个点彼此之间的距离应尽量大。根据三点建立一个坐标平面的原理将a面确定为坐标平面y'o'x'；

步骤2.2、确定x'轴：夹具定位块的侧面b面拉直，在b面任取两个点，两个点之间的距离应尽量大，在两点之间作连线，并使两点连线向坐标平面y'o'x'投影，所得正投影为x'轴；

步骤2.3、确定坐标原点o'：测量夹具底座圆柱面e面一个圆并且确定圆心，将该圆心沿着a面法向矢量方向向x'轴作投影，所得投影点为坐标原点o'；

步骤2.4、确定y'轴：根据坐标平面y'o'x'法向矢量方向和坐标原点o'的位置确定y'轴；

步骤2.5、根据右手法则确定笛卡尔坐标系的z'轴，即可确定初始坐标系o'x'y'z'；

第三步，建立测量坐标系oxyz。根据第一步得到的夹具定位块d面与夹具底座的上表面a面之间的距离，将初始坐标系o'x'y'z'沿着z'方向移动该距离就可以确定测量坐标系oxyz，测量坐标系建立完毕。

本发明还提出了一种航空发动机转子叶片三坐标测量机测量夹具的测量坐标系修正方法：由于叶片测量夹具存在制造误差，导致叶片测量时候实际位置与理论位置存在偏差，所以在首次使用测量夹具时需要对测量坐标系进行修正。具体方法是：

步骤1、叶片准确的坐标系由叶片本身的定位面即叶片榫根楔形面和叶片侧面来确定。本发明的测量夹具在叶片定位时叶片榫根楔形面两侧都是有部分漏出来的。通过测量漏出的叶片榫根楔型面与榫根定位侧面，建立叶片实际位置坐标系；

步骤2、本发明通过测具建立测量坐标系，计算叶片实际位置坐标系和测量坐标系在x、y、z方向的误差值；

步骤3、根据步骤2所得到的误差值对测量坐标系进行修正。后续使用该夹具的时候都要对测量坐标系进行修正。

测量完成后先拧松旋钮手柄3，然后拧开顶紧螺钉10，即可取出叶片。再次测量重复装夹步骤即可。