复杂薄壁叶片测量方法研究

复杂薄壁叶片多为风扇叶片，是发动机核心部件——风扇转子的关键零件之一，对发动机的性能起着关键作用，技术含量高，涉及领域广。该类叶片外形尺寸大，叶身厚度薄，根部曲率变化剧烈，加之采用了单燕尾槽的榫头结构，为测量准确性带来了很大的误差。本研究通过多种测量方法的测试与比对，寻找到了一种新的测量方法，成功地解决了复杂薄壁叶片高精度、高效率的测量问题。

技术特点分析

复杂薄壁榫头为燕尾型叶片，榫头度面为叶片的定位基准，公差一般不大于0.1mm，叶身型面带有阻尼台，阻尼台空间角度错综复杂，需要的尺寸多，且公差要求严；叶片空间尺寸大且叶型空间扭曲大，叶身薄，叶片型线轮廓度公差小且为变公差。

叶片尺寸测量

1测量坐标系的建立

对复杂薄壁燕尾型榫头叶片，设计及测量的基准一般为燕尾型榫头的度面，测量时可以将测量坐标系直接建立在榫头度面上，也可以采用测具测量，将测量坐标系转移到测具上。

（1）无测具测量。

没有测具时，以榫头度面及端面为基准，将测量坐标系建立在榫头上，在叶片榫头两度面上，分别测量4个点，构造2个平面，计算两个度面的中分面作为测量坐标系的Y轴方向及Y轴方向的零点，计算两个度面的交线，测量坐标系的X轴方向，交线与榫头端面的交点为X轴方向的零点，榫头度面中分面分别向两度面平移H值，与两度面相交两条平移线，两平行线构造一平面作为测量坐标系Z轴的零点。叶片榫头度面结构如图1所示。

（2）测具测量。

复杂薄壁燕尾型榫头叶片测具设计原理是：旋动拧紧螺钉，测具底面定位块带动叶片榫头底面向上运动，当叶片榫头度面与测具度面定位块贴紧时，叶片榫头基准线到达一定高度，叶片固定在测具中。以测具的定位面为基准建立测量坐标系，测具结构如图2所示。

2型面测量分析

该叶片叶根部位型面曲率变化大，而叶尖型面曲率变化比较小。一般型面测量时，程序编制是一个循环测量的过程，每个截面都是从叶片进气边开始扫描到排气边结束，再将多余部分进行裁剪，形成一个封闭的曲线如图3所示。

初次加工为了防错，用2种方法对叶片进行测量分析。第一种方法是将叶片的所有部位进行采点测量，为了避免测球半径补偿时带来的测量数据误差，在采点时关闭测量补偿，将测量数据导入UG与数模进行比对，比对时将测具数据整体偏置一个测针半径值。第二种方法是在PC-DMIS测量软件下用Blade分析软件进行分析。2种测量方法测量数据对比如表1所示。

由表1可以看出，在叶尖部位，由于叶型曲率变化比较平缓，测量结论只差0.004mm，而叶根部位截面由于叶型变化比较大，相差0.053mm，所以不能直接对叶根型面进行扫描评价。

在测量叶型轮廓度时用两种方法，叶尖截面（全封闭截面）采用全封闭扫描，利用叶片专用分析软件BLADE进行分析评价；叶根截面采用采点的方式进行测量，实测点与CAD模型进行对比输出。

3阻尼台测量

该叶片阻尼台上下表面由三维空间曲面组成，阻尼台毗邻面以及长边、短边空间角度错综复杂。在测量阻尼台上下表面轮廓度时，采用扫描曲面的方式进行测量，将实测值有数模进行对比，并直接将结论显示在数模中，便于叶片的返修，阻尼台表面偏差分析见图4。

阻尼台长边、短边是圆弧形，在首次测量时直接在数模中找出最高点作为理论值对叶片阻尼台长、短边进行测量并与数模进行比对分析，但是在后期测量过程中发现，由于叶片的加工误差，如果只采1点并不能保证每次都能采到阻尼台长、短边的最高点，该部位为圆弧型，测量点稍微差一点，测量结论就会相差很多。最后经过反复实践发现，如果将坐标系旋转到与阻尼台长、短边平行的方向并进行扫描，在扫描点中找出最大值，用这种方法测量能准确的反映叶片的真实加工质量。

对阻尼台扫描找高点如图5所示。叶片阻尼台毗邻面是一个由三次角度旋转形成的空间三维平面，阻尼台在叶片装配时起到环形支撑作用，当叶片组装在一起时，每个叶片阻尼台相互连接，相互支撑，发动机工作时，叶片高速运转，阻尼台减少叶片振动，作为装配尺寸，阻尼台毗邻面的尺寸要求非常严，在测量时，必须将该面旋转到设计图要求测量的方向，并要准确计算测量点的矢量，否则在测量时，探针的半径补偿会不准确，导致测量错误，为了准确测量阻尼台毗邻面的尺寸，先将坐标系沿Z轴方向旋转，再沿Y轴方向旋转，当坐标系X轴旋转到与阻尼台毗邻面法线方向一致时，可以沿坐标系X方向采点。如果有数模，只需要将叶片测量坐标系与数模坐标系保持一致，通过数模查找点的矢量，直接测量数模直接比对，避免三维旋转坐标系，测量精度和测量效率都很高。