航空发动机压气机叶片榫高型座测具加工方法研究

吕鹏　傅大强　李石军

[摘 要]航空发动机高压压气机的工作叶片是直接把引入气流压缩为动力之源的重要零件，叶片榫头采用燕尾弧形设计，叶片榫头弧形定位基准部位短小而且精度要求较高。因此，测量压气机叶片与压气机盘的位置關系是后期发动机压气机装配的关键。榫高型座，是一种用于检测压气机叶片安装板内型面边缘轮廓度的测具，相当于模拟叶片装配后测量压气机叶片的几何尺寸。本文通过对榫高型座结构及工艺分析，探讨如何能够以最优化的工艺来实现其制造过程。

[关键词]榫头定位 燕尾 转盘夹具 数控平磨

中图分类号：S475 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）02-0257-01

一、榫高型座结构及工艺分析

1.1 三维模型见图1

1.2 榫高型座结构特点及加工难点分析

此榫高型座是由底座、校对量规、左右定位块、前定位块、滑块等组成，校对量规、左右定位块、前定位块和滑块的上工作面均处于同一样条回转曲面上，校对量规的燕尾定位面为圆锥面，为测具关键件。榫高型座在使用时，是通过楔块压紧机构将被检测零件置于校对量规的位置进行叶肩曲面检测。此类测具的检测属于主观检测测具，不能用直接数据给出测量结果。

榫高型座的关键件校对量规，材料为CrWMn，硬度要求为HRC58-62，型座结构复杂，尺寸精度高，技术条件要求严，且型面尺寸为封闭尺寸，即型面本身的形状和型面上各点R值一一对应，一般公差为面轮廓度+0.02。

二、榫高型座工艺方案

2.1 总体加工方案

2.1.1 加工方案确定

榫高型座工作面是一个样条回转曲面，它是由校对量规、左右定位块、前定位块、滑块等5个工件的工作面共同组成，如何使这5个工件在相对位置正确的情况下保持工作面一致是整套工装成败的关键。一般工艺过程是将整个工装组装完成后，最后加工工作面，这样可以在保证各工件相对位置正确的情况下，又能使各工件的工作面保持绝对的一致性。目前，能够实现榫高型座回转面加工的设备有数控铣和数控平磨两种。

高速铣加工榫高型座工作面，只需要编制相应的程序即可。特点：编程简单，定为准确，效率高，可一次装夹直至加工完成。缺点：加工精度影响因素较多，如刀具尺寸精度、对刀误差、刀具磨损等，造成加工质量不稳定，且粗糙度无法达到设计要求Ra0.2，并且需要降低材料硬度。

数控平磨加工榫高型座工作面。它是使用程序修整砂轮，然后进行磨削加工。特点：数控加工，砂轮修整效率高，加工过程稳定，精度高，表面质量高。缺点：其加工过程需要三坐标测量机和技术人员配合检测，来完成型面的定位过程，属于加工和定位同步进行。

综合对以上两种设备特点的分析，可以看出，数控铣和数控平面磨床的加工效率都比较高，而数控平面磨床的加工质量要远高于数控铣，且完全能满足尺寸精度和技术条件要求，所数控平面磨床是目前最优的选择。

2.1.2 榫高型座工作面加工过程分析

在榫高型座加工过程中，首先根据样条数据点编制砂轮修整程序，进而利用砂轮修整器将砂轮打成成型砂轮；以基准面A、B、C定位，吸于磁力平台上。加工时，大致分为三步：

第一步，是先靠肉眼观察进行砂轮定位，把型面磨出见光，由三坐标测量机检测型面得出数据，技术人员对比数据结论确认型面相对理论位置的偏移量，并记录；第二步，依据对比结论得出的偏移量进行精确定位，继续加工，再次检测得出数据，技术人员对比数据结论确认余量大小，并记录；第三步，继续加工，最终检验。

数控平面磨床是数字控制实现砂轮的修整和工件的加工，可以使轮廓度达到0.005mm以内，精度也可达到0.005mm以内，其加工后表面粗糙度Ra0.2-0.4，无论精度还是表面质量上均能达到设计要求。

2.2 关键件加工方案

2.2.1 校对量规设计结构分析

校对量规是整个榫高型座中最关键的零件，其的设计图如图4所示，材料为CrWMn，硬度要求为HRC45-50，结构由样条回转曲面、燕尾、安装板四周 面等组成，它是整个工装的核心所在，它的质量直接影响最终产品的质量。

2.2.2 校对量规加工方案

校对量规一个较大的加工难点，即是燕尾的加工。此燕尾为圆弧燕尾，M数为19.2±0.01，燕尾定位面为锥面，精度高，空间狭小，不适于旋转磨削，加工难度极大。目前没有比较好的加工方法，唯一且行之有效的加工方法，是将圆弧燕尾按照平直燕尾加工合格后，将校对量规组装于专用夹具上利用平磨机床对圆弧形燕尾进行摆动磨削加工，这样能够解决空间狭小的问题。

校对量规圆弧燕尾精加工分为两步：

工步一：慢走丝切割燕尾。慢走丝定位精度0.003mm，重复定位精度0.0015mm，加工的零件表面粗糙度可达Ra0.1 um。慢走丝切割燕尾，需要在量规上方增加一个Φ15的加长杆作为工艺基准，使用V型铁装夹。加工时，以Φ15杆中心和燕尾下端面作为基准，建立坐标系如图6所示，蓝线慢走丝为加工路径。

工步二：捷克平磨机床加工燕尾圆弧面。加工榫头燕尾圆弧面时，首先使用砂轮修整器将砂轮打成45°成型砂轮；其次，将校对量规组装在V型铁上，然后一同组装于转盘上（装夹如图5所示），使校对量规基准轴通过转盘回转中心并固定。通过计算，将校对量规组装到准确位置，加工时，通过转动转盘从而进行摆动磨削。

三、榫高型座及校对量规的检测

3.1 校对量规M数的检测

检测燕尾各尺寸时，燕尾尺寸19.2±0.01仍然采用万能工具显微镜进行检测，但不是直接串数4.5检测，需要通过进行尺寸换算，将M数转换到投影面上，算出一个弦降量0.03mm，然后按4.5-0.03=4.47mm串数，检测尺寸19.2±0.01的正确与否。

3.2 榫高型座回转工作面的检测

榫高型座工作面采用三坐标测量机进行检测，按照装配时记录的实际值将检测基准设定在设计基准O上，检测数据曲线分为两种，一种是径向圆弧曲线，一种是沿轴向母线。其作用不同，圆弧曲线的作用是为了找出其中心相对理论中心的偏移量，不能用来确定余量大小；而母线的作用是为了确定其相对理论曲线在X和Y两个方向的偏移量，即余量大小。圆弧曲线的准确性是确定母线偏移量的前提。

四、结束语

此类榫高型座测具工艺方案确定的关键点主要是回转曲面的加工方式和校对量规燕尾的加工方式。使用数控平面磨床加工回转曲面和使用普通的捷克平磨机床加工圆弧燕尾。数控平面磨床加工回转曲面的优点在于加工过程稳定，加工和定位同步进行，随时纠错，可保证最终产品质量；缺点在于，需要检验和技术人员协同配合，反复检验校正，生产周期较长。捷克平磨机床加工圆弧燕尾，平磨加工过程较灵活，可调整性大，也是目前唯一的加工方法；缺点在于加工过程十分缓慢，效率不高，且需要工人有丰富的加工经验。

此类榫高型座加工方案在生产中得到验证，工艺路线流畅，工艺安排合理，使该榫高型座顺利加工合格，可应用于同类结构的产品中。

参考文献

[1] 《机械制造基础》 ……… 人民教育出版社.

[2] 《金属材料与热处理》 … 中国劳动出版社.

[3] 《公差与配合》 ………… 中国劳动出版社.

[4] 《机械制造工艺学》 …… 机械工业出版社.

[5] 《叶片制造技术》 ……… 科学出版社.