试论叶片型面测具设计模块化的开发

钱宝娟 孙海丽 彭会文 朱静宇

（中航工业沈阳黎明航空发动机（集团）有限责任公司，辽宁 沈阳 110043）

1 概论

随着航空发动机的更新换代，叶片的种类越来越多，形状结构也越来越复杂，技术要求也越来越严格，制造难度的加大，高的精度要求，所以，工装设计的速度和质量也要与之匹配。一直以来，叶片的测具设计任务滞约我公司新机科研生产，但是每同类叶片的工装设计结构又基本相同，尺寸略有差异。尤其是压气机叶片在航空发动机中的级数较多（一般是9级），数量之多，但其叶片设计结构的构成大体相同，大小不等。由于立式综合型面测具设计结构比传统的卧式型面测具设计较复杂，而且设计周期较长，而各级压气机叶片的立式综合型面测具设计方法基本一致，结构可统一、固化，因此，可以归纳总结，并利用计算机辅助编程，UG三维基元模块参数化功能，达到压气机叶片立式综合型面测具设计图纸--标准化、模块化、智能化，使压气机叶片立式综合型面测具设计规范化，提升工装设计的速度和质量。在这种情况下，探索出一条适合我公司乃至本行业所有类型叶片工装设计需求的新的设计方法，开发出参数化三维、二维图库，对其它叶片工装设计智能化的工作开发至关重要。

2 目标的分析

2．1设计要求和零件类型分析

图1 叶片零件图和设计图

压气机叶片见上图1:设计图要求检测几个截面的叶盆、叶背型面是否在理论轮廓内，或在叶身型面允许扭转的范围内叶盆、叶背型面是否合格，及在叶身型面允许偏斜的范围内叶盆、叶背型面是否合格。

一般型面测具设计采用传统的卧式型面测具检测，卧式型面测具检测叶身型面轮廓度是借助于型面样板，通过型面样板与叶身或型面测具肋下基准面的透光方式来人为观察判断，检测时极容易产生人为因素的误差，并且不能读出偏差的实际数值，对叶身型面是否合格影响较大。而立式型面综合测具，采用立式装夹定位能克服卧式叶片的叶身容易变形，实现各截面检测样板限位导向滑动，在同一定位夹紧状态下检测出叶片型面的综合偏差，采用直线运动导轨，偏移和扭转在转台上实现，型面支座平移，百分表可测得叶片进、排气边方向的型面位移变化值，转台旋转，百分表可测得型面角度变化值，叶身盆、背方向的型面变化量由两侧的百分表测得。经研究论证，该立式综合型面测具整体结构紧凑，能完全达到叶身型面综合检测精度，满足设计图纸的要求。

2.2 目标实现需要突破的技术关键

确定立式型面综合测具设计的结构（数学模型）。编制立式型面综合测具结构设计程序和参数化数据库。建立立式型面综合测具结构三维模型图、二维图设计库。

3 立式综合型面测具的结构分析

目前叶片的叶身型面精度要求越来越高，而立式型面综合测具的偏移、扭转测量精度较高，并且还能读出型面相对理论位置的偏移、扭转误差值。

立式综合型面测具的结构，主要由以下几部分组成：定位及夹紧机构；偏移、扭转机构；确定截面位置机构及型面样板；测量机构

3.1 定位及夹紧部分的结构分析

叶片立式放置，是用叶片榫头部分定位，为了便于叶片叶型测量和装夹，采用楔块原理定位和夹紧的结构，使叶片定位稳定可靠。如图2所示。

3.2 型面位置机构和偏移、扭转机构的分析

叶片各截面型面位置的设计结构是由两侧立板上的定位槽确定。

图2 定位夹紧结构图

图3 .1型面位置机构图

槽宽和槽高与样板的宽度和高度保证滑动灵活。当各截面叶盆、叶背型面样板的后端面与两侧立板的外侧面齐平时，为叶片各截面理论型面的位置。通过测量各截面型面样板的后端面与两侧立板外侧面的相对差值，读出叶片各截面叶盆、叶背方向型面的相对误差值。如图3.1所示。

3.3测量机构

测量机构由三部分组成，有叶片进、排气边方向的型面偏差测量机构，有叶片扭转角度的线性测量机构，还有叶片盆、背方向的型面偏差测量机构，叶片进、排气边方向的型面偏差测量由底板前方的百分表实现。当插上插销时，百分表调零，拔下插销，转动底板前后的可调螺钉推动支座在底板上滑动 ，百分表反映叶片沿进、排气边方向的偏差值。

叶片扭转的角度值由测具右前方的百分表实现。当台阶限位块处于转盘位置时，百分表调零，当台阶限位块下移，转盘旋转，百分表反映旋转角度的线性值，完成测量后，由底板后方的弹簧装置将转盘复位到原始状态。

4 立式综合型面测具设计过程的编制及操作

立式综合型面测具设计过程模式可以固化，特别是叶片和测具的建模过程非常繁琐，且很容易出错。为了提高设计效率和设计质量，采用VC++2003.NET高级程序设计语言开发了本设计软件。程序运行的软件环境为：Windows2000及以上操作系统.NET Framework 1.1及简体中文语言包、UG NX7.5大型三维绘图软件。程序运行的硬件环境为：采用Penium III 800MHZ及以上的处理器，至少128MB内存，10GB以上磁盘空间，显示器分辨率推荐使用1024*768。

首先要选择智能设计向导的类型——叶片型面测具，当按确定按钮后，进行叶片参数输入、模型参数选择；并一一选择定位形式、方式等获得叶片型面测具设计的相应数据；在按确定按钮前，选择好克隆设计的路径和文件夹。然后，进入导入叶片模型文件界面，输入已建立的叶片模型文件名，进行叶片参数输入，模型参数可以重复选择。

选择时必须从上向下，有一个特殊样板时用第一个按钮选择，有两个时用前两个选择，以此类推。每个按钮选择截面线时，先选此截面的叶背截面线，再选叶盆截面线，即一个按钮选择两条截面线，一为叶背，一为叶盆。截面号和样板倒角方向数量必须与最后选择的截面线数量一致，否则程序不能执行。默认存储路径为当前用户Home下的“工装模块设计”文件夹，也可以在下方的输入栏中输入其他存储路径。

结论

目前通过该项目的研制开发，可以实现立式型面综合测具全部设计的预期目标。为适应新机研制需要，可作为叶片型面综合检测典型模块化结构，推广应用到其它叶片工装设计中。本项目能达到按已知叶片给定参数，通过计算机编制程序自动选择测具的结构，及计算定位与测量间几何尺寸，并且生成完整的工装设计图样。使压气机叶片立式综合型面测具设计规范化、智能化，提升工装设计的速度和质量。

[1]《航空工艺装备设计手册》编写组编.北京国防工业出版社，1978.

[2]《机械设计手册》联合编写组编.化学工业出版社，1979.

[3]《UG NX 7.5完全自学手册》博创设计坊组编.北京机械工业出版社，2010.

[3]NET高级程序设计语言.北京：机械电子出版社，2002.