测量叶片固定槽圆弧半径的摆杆检具装置的设计

胡成昕， 于超， 刘广东

（1.黑龙江省机械科学研究院，哈尔滨 150040；2.黑龙江省千润工程管理有限公司，哈尔滨 150000）

0 引言

在传统的叶片固定槽圆弧半径的测量方式中，大多需要到专业的检测中心进行检测，或者购置价格昂贵的检测设备。产品批量生产后，产品测量不便利，而购置价格昂贵的检测设备又需要大量的资金。本文根据被检测零件的结构与精度，设计了一种测量叶片固定槽圆弧半径的摆杆检测工具，可以满足该类叶片的测量[1]。

1 叶片零件结构

叶片是各类压气轮机产品中的核心零件，一般在高温、高压、高速旋转的状态下工作，是机组安全、高效、可靠、稳定运行的有效保证。且叶片各固定槽的尺寸是整机装配的关键尺寸，需要最大程度地保证转子的工作效率。

对于叶片尺寸的检测，目前的尺寸检测方式很少能够直接测量，基本都需要通过计算或者用工装配合来完成各尺寸测量工作，有些尺寸还是相对尺寸，也无法直接测量出来，因此在一定程度上增加了叶片各尺寸的测量误差。

传统叶片加工过程中通常需要有固定槽结构，叶片与轮盘之间的连接通常采用“榫头榫槽”结构连接，其装配结构在涡轮机及汽轮机等结构中广泛应用，榫槽也可以通俗地称为固定槽[2]。带有固定槽圆弧半径的叶片零件的加工精度直接影响整机装配精度，叶片弧形固定槽的圆弧尺寸精度检测直接关系到叶片质量，乃至整机装配的质量水平，因此固定槽的质量检查显得尤为重要。叶片固定槽结构通常如图1所示。

图1 叶片简图

图1所示为被检测的零件的结构示意图，本检具要检测的是零件的叶片固定槽的半径R的情况，根据R值的检查结果来判断零件加工的叶片固定槽是否合格，图1中L为被测零件的所需尺寸，也就是半径为R的叶片固定槽与零件侧端面平行的纵切面与零件侧端面之间的水平距离。

2 检具介绍

目前三坐标测量仪是较为先进的测量仪器，但是在三坐标测量仪测量过程中，对批量工件的尺寸测量需要进行系统编程，虽然精度很高，但是测量过程较为繁琐。对百分之百需要检测工件测量时往往检测效率较低，需要检测人员较强的操作能力[3]。本文所述的摆杆检具具有较强的针对性，对于叶片弧形固定槽的测量精度高，同时检测效率大大提升，并在生产实践中得到了验证，满足该类叶片弧形固定槽的批量测量要求。

由第1节所述，根据传统叶片固定槽的特点，旨在设计出测量叶片固定槽圆弧半径的摆杆检测工具，既适合多种固定槽圆弧半径的检测，又适合带有弧形槽的工件的圆弧半径检测，且检测精度高[4]。

为达到上述目的，设计了图2所示的摆杆检具。测量叶片固定槽圆弧半径的摆杆检测工具包括支撑箱体12、测量装置、零件定位装置。测量装置包括轴8、摆套7、摆管6、伸缩轴3和千分表4。轴8的底端穿入支撑箱体12的上下表面同轴设置的通孔内，摆套7套在轴8的上部，且通过旋转套顶丝9顶紧，摆管6固定在摆套7的一侧，伸缩轴3的一端伸入摆管6内，且通过伸缩轴顶丝5顶紧，伸缩轴3的另一端设置在摆管6外，千分表4设置在伸缩轴3的另一端，千分表4带有触针17，触针17设置在千分表4的底端。

图2 摆杆检具简图

零件定位装置包括挡块1、块规标准块2和压片15，挡块1固定在支撑箱体12的左侧端面上，块规标准件2紧贴挡块1安放在支撑箱体12的上表面，零件16的未检测侧通过压片15固定在支撑箱体12的上表面，零件16的被检测侧紧贴块规标准块2设置[5]。

摆管6上设有与伸缩轴顶丝5配合的螺纹孔，设置2个伸缩轴顶丝5，开设2个相应的螺纹孔，用于对伸缩轴3的调整。

在上部和下部的通孔内均设有轴承11，轴8穿过2个轴承，且通过上端盖10和下端盖13定位。

上部和下部的通孔设置在支撑箱体12上表面和支撑箱体12下表面的水平中线处。零件16的中线与支撑箱体12上表面的水平中线重合。支撑箱体12的底部均匀设有调整检具水平的地脚14。

支撑箱体12为长方体钢板焊接而成，焊接后支撑箱体12上表面及挡块1做加工处理，要求表面粗糙度为Ra1.6 μm；挡块1与支撑箱体12上表面有垂直度要求。

以挡块1的内侧为基准，轴8的中心线与挡块1内侧具有位置度要求，其平行度为0.05 mm，在保证平行度的前提下，能够保证块规标准块与挡块1充分贴合，确保块规标准块侧与箱体12摆放被测叶片地面垂直度，当测量时被测叶片零件与箱体及块规标准块充分贴合，确保测量的可靠性。轴8与挡块1内侧壁距离经由高精度检测设备测出并精确记录，为该检具固有不变数值，此高精度检测设备测量轴8与挡块1内侧壁的步骤不可以省略，是该摆杆检具保证准确性的关键步骤。

本装置是测量叶片固定槽圆弧半径的摆杆检测工具，可以根据所检测叶片固定槽半径大小的不同来设置不同的小块规（即对表块），以此可以扩大检测产品范围。

3 检测流程

本摆杆检具检测装置工作时，先调平地脚14，使检具设备平衡稳定，紧固旋转套顶丝9，锁死摆套7和轴8之间的转动余量，检测前根据零件16固定槽圆弧半径尺寸，设置块规标准块2的具体尺寸规格，再根据零件16尺寸L配置相应尺寸的小块规（即对表块），并与块规标准块2靠紧，调整伸缩轴3伸缩距离并通过伸缩轴顶丝5固定，调整千分表4位置，水平摆动伸缩轴3，轴8通过被上端盖10和下端盖13固定的2套轴承11旋转；由于千分表4固定在伸缩轴3上，千分表4所带触针17接触小块规端面，千分表4示数最小值即为被测零件16的叶片固定槽圆弧半径尺寸，至此，调整被测零件16的叶片圆弧半径尺寸完成，撤掉被测零件16所需尺寸为L的小块规（即对表块），摆放好被测的零件16，使千分表4的触针17接触被测零件16的固定槽内壁，并摆动伸缩轴3，观察千分表4表头示数变动情况，若表头示数跳动在被测零件16要求允许范围内，即视为产品合格。

被测的零件16的叶片固定槽半径R=轴8的中心线与挡块1的内侧壁距离-块规标准块2的长度-被测的零件16所需尺寸L。

用该摆杆检测工具检测时，经过触针触碰，触碰结果经过千分表显示读数，能够精确地测量叶片固定槽的内外弧半径尺寸，即通过最简单的人工操作就可以测量精度较高的叶片固定槽内外弧。

需要注意的一点是：在产品检测过程中，需要检测一定数量产品后，定期校验该摆杆检具的精度，对装置进行精度校对，对触针是否有磨损情况、装置中零件8轴是否有磨损导致间隙产生、千分表指针是否精确等情况进行检验，以防造成批量测量误差。

推广开来，某些含有圆弧槽结构的零部件的圆弧槽精度检测，也可通过该摆杆检具装置进行检验测量，由此可见，该测量检具装置具有适用范围广的特点，且检测精度高，在此基础上增加辅助工装，即可满足更多产品的检测任务[6]。

4 结论

该摆杆检具设计简单，针对性强，只需对检测人员简单培训就可操作，能够直接通过千分表指数测量出叶片弧形固定槽在加工过程中产生的误差，检测精度较高，大大缩短了检测时间，在实际叶片类产品检测工作中得到了广泛应用，很好地满足了中小企业的检测需要，由于制造成本低廉，操作简单方便，实用性高，具有广泛的市场。