【中國機床商務網(wǎng) 技術(shù)動態(tài)】隨著航空發(fā)動機性能要求越來越高，各大主機生產(chǎn)廠對葉片加工精度要求也越來越高。目前，航空發(fā)動機的葉片制造方法主要有電解加工、銑削加工、精密鍛造、精密鑄造等。
　　
　　葉片作為發(fā)動機的相關(guān)重要部件之一，其在航空發(fā)動機制造中所占比重約為30%。由于葉片形狀復雜、尺寸跨度大（長度從20mm~800mm）、受力惡劣、承載zui大，且在高溫、高壓和高轉(zhuǎn)速的工況下運轉(zhuǎn)，使得發(fā)動機的性能在很大程度上取決于葉片型面的設計制造水平。為滿足發(fā)動機高性能、可靠性及壽命的要求，葉片通常選用合金化程度很高的鈦合金、高溫合金等材料制成；同時由于葉片空氣動力學特性的要求，葉型必須具有的尺寸、準確的形狀和嚴格的表面完整性。
　　
　　隨著航空發(fā)動機性能要求越來越高，各大主機生產(chǎn)廠對葉片加工精度要求也越來越高。目前，航空發(fā)動機的葉片制造方法主要有電解加工、銑削加工、精密鍛造、精密鑄造等。其中，數(shù)控銑削加工由于加工精度高、切削穩(wěn)定、工藝成熟度高等優(yōu)點而被廣泛應用。然而由于葉片零件壁薄、葉身扭曲大、型面復雜，容易產(chǎn)生變形，嚴重影響了葉片的加工精度和表面質(zhì)量。如何嚴格控制葉片的加工誤差，保證良好的型面精度，成為檢測工作關(guān)注的重點。葉片型面是基于葉型按照一定積累疊加規(guī)律形成的空間曲面，由于葉片形狀復雜特殊、尺寸眾多、公差要求嚴格，所以葉片型線的參數(shù)沒有固定的規(guī)律，葉片型面的復雜性和多樣性使葉片的測量變得較為困難。傳統(tǒng)的檢測方法無法科學地指導葉片的生產(chǎn)加工，隨著汽輪機、燃氣機等制造業(yè)的發(fā)展，要求發(fā)動機不斷更新?lián)Q代，提高發(fā)動機的安全性和可靠性；*技術(shù)的體現(xiàn)在于葉片的改進與創(chuàng)新，從而必須提高葉片制造技術(shù)水平，同時要求葉片加工測量實現(xiàn)數(shù)字化，體現(xiàn)其度，給出葉片各點實際數(shù)值與葉片理論設計的誤差。且隨著我國航空發(fā)動機制造企業(yè)的迅猛發(fā)展，發(fā)動機葉片數(shù)量大、種類多，檢測技術(shù)面臨著的機遇和挑戰(zhàn)。
　　
　　目前，在國內(nèi)的葉片檢測過程中，傳統(tǒng)的標準樣板測量手段仍占主導地位，效率低下、發(fā)展緩慢，嚴重制約著設計、制造和檢測的一體化進程。為適應快速檢測要求，目前西方發(fā)達國家已普遍采用三坐標測量機對葉片進行檢測。由于航空發(fā)動機葉片的數(shù)量大、檢測項目多，三坐標檢測技術(shù)的引入很大程度地改善了葉片制造過程中檢測周期長、檢測結(jié)果不準確以及由于和外方檢測方式不一致所導致的檢測結(jié)果差異過大的問題。三坐標檢測所*的適用性強、適用面廣、檢測快速、結(jié)果準確的這一優(yōu)點，使得三坐標測量機在葉片生產(chǎn)企業(yè)得到廣泛應用。近年來，隨著我國航空工業(yè)的發(fā)展，三坐標測量機在葉片生產(chǎn)主機廠家逐漸得到普及。但由于葉片型面復雜、精度要求高，不同廠家的測量方式、測量流程和數(shù)據(jù)處理方式不同，導致葉片的測量結(jié)果不一致，測量工作反復，嚴重制約著葉型檢測效率的提高。
　　
　　葉型檢測難點具體表現(xiàn)為：
　　
　　（1）測量精度和效率要求高。葉片型面的測量精度直接反映制造精度，通常要求測量精度達到10μm，甚至1μm。因此對測量環(huán)境要求嚴格苛刻，通常需要專門的測量室。葉片是批量生產(chǎn)零件，數(shù)量成千上萬，應盡可能提高測量速度和效率。生產(chǎn)車間和測量室之間的反復運輸和等待，使得檢測效率低下。
　　
　　（2）測量可靠性要求高。葉片測量和數(shù)據(jù)處理結(jié)果應反映葉片的實際加工狀態(tài)，這樣才能保證葉片的制造質(zhì)量。
　　
　　（3）數(shù)據(jù)處理過程復雜。葉片圖紙上不但有葉型、弦長、前緣后緣半徑等尺寸誤差要求，還有葉片的形狀輪廓、彎曲、扭轉(zhuǎn)、偏移等形位誤差要求。利用三坐標測量機獲取的測量數(shù)據(jù)存在噪點，通常需要對原始的測量點集進一步簡化，提取不同的尺寸和特征參數(shù)；還需進行復雜的配準運算，迭代求解葉片的形位誤差。其中算法選用不同得到的誤差評定結(jié)果各有差異，導致整個處理過程復雜。
　　
　　葉片測量新技術(shù)
　　
　　（1）基于數(shù)字樣板葉型檢測方法。
　　
　　標準樣板是根據(jù)葉片的理論型線設計制造的與葉型截面對應的母模量具，使用葉片固定座（即型面測具）把葉片固定后，用處于理想位置的葉盆標準樣板和葉背標準樣板檢查葉盆、葉背型面間隙，并反復調(diào)整葉片空間位置，以型線的吻合度作為衡量其是否合格的依據(jù)。葉型設計圖多以透光度，或相對誤差來表示，如±0.15mm。這個比對誤差實際上并不是單純的形狀誤差，而是形狀誤差、尺寸誤差、位置誤差三者的綜合體。
　　
　　針對標準樣板法的特點和存在的缺點，西北工業(yè)大學研究了基于數(shù)字樣板的檢測方法。數(shù)字樣板檢測方法是基于標準樣板法的原理，利用數(shù)字化測量手段獲取測量數(shù)據(jù)，然后利用虛擬的數(shù)字樣板，與實測的數(shù)據(jù)進行匹配，在公差約束條件下達到*匹配。zui后在該*姿態(tài)下，求解葉型各項形位誤差。下文將數(shù)字樣板檢測方法歸納為三個主要過程：實物樣板數(shù)字化、匹配過程模型化、誤差評定過程自動化。實物樣板數(shù)字化是將傳統(tǒng)的實物樣板轉(zhuǎn)換為CAD模型，以數(shù)字模型的方式進行樣板比對和誤差評定。由葉片設計模型構(gòu)造的三維CAD模型，它包括了加工葉片完整的截面幾何信息、基準信息，是數(shù)字樣板法誤差評定的模型基礎(chǔ)，可以進行表面輪廓度分析、葉型特征參數(shù)和形位誤差的分析和評定。對于數(shù)字樣板法的原始測量點集，主要通過CMM測量獲得。在數(shù)字樣板構(gòu)造的基礎(chǔ)上，通過匹配過程的模型化對測量數(shù)據(jù)和數(shù)字樣板自動進行調(diào)整。針對數(shù)字樣板法中的原始測量數(shù)據(jù)，通常需要進行數(shù)據(jù)預處理，獲取真實有效的型面測量數(shù)據(jù)參與數(shù)字樣板檢測。其中，數(shù)據(jù)預處理包括測量點去噪、測頭半徑補償、坐標變換、測量點與曲面的配準、測量點排序等。其中，數(shù)據(jù)處理的*步，就是對得到的型面測量點進行去噪，篩選有效的測量數(shù)據(jù)。其次，CMM測量得到的數(shù)據(jù)是測頭球心數(shù)據(jù)，必須進行測頭半徑補償。對于葉片測量時的裝夾引起的系統(tǒng)誤差，在樣板匹配前必須進行坐標系對齊來消除。
　　　　（2）葉片高速連續(xù)掃描技術(shù)。
　　
　　為提高整體葉盤葉片的檢測效率，雷尼紹公司近年來開發(fā)了SPRINT高速掃描系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的機內(nèi)測量技術(shù)相比，SPRINT葉片測量系統(tǒng)可以顯著縮短測量循環(huán)時間，對葉片前邊緣也能提供出色的測量結(jié)果，可以為葉片自適應加工、工序間檢測等提供很好的檢測數(shù)據(jù)。葉片測量分析軟件可通過數(shù)控機床控制器上的Productivity+™CNCplug-in直接運行，因此測量數(shù)據(jù)可通過宏變量自動提供給數(shù)控機床，也可以自動提供給連接的計算機進行下游數(shù)據(jù)處理。SPRINT系統(tǒng)配備的OSP60SPRINT測頭每秒可以采集1000個3D數(shù)據(jù)點，從而可以滿足葉片在機快速檢測的要求。
　　
　　利用SPRINT系統(tǒng)進行測量時，在CNC機床上分別從四個方向?qū)θ~片進行測量，從而避免在測量過程中發(fā)生測頭與工件之間的碰撞干涉。在測量之后，四部分的測量數(shù)據(jù)將被拼合成一個完整的葉片測量數(shù)據(jù)集。SPRINT系統(tǒng)可以用于加工過程中工序間的檢測，以確保產(chǎn)品的加工過程正確。同時，還可以作為加工完之后的質(zhì)量檢測使用。
　　

　　結(jié)束語
　　
　　加工過程中以及加工后的型面誤差檢測是確保葉片加工質(zhì)量符合公差要求的必要手段。隨著測量技術(shù)的不斷發(fā)展，逐漸發(fā)展處快速、簡易、的葉片測量與數(shù)據(jù)處理技術(shù)。同時，隨著智能加工技術(shù)的發(fā)展，在機快速檢測技術(shù)將推動葉片加工質(zhì)量與成品率的提升。在這一發(fā)展過程中，需要重視和建立葉片在機測量和加工質(zhì)量的評估標準，從而為這類技術(shù)的推廣使用奠定基礎(chǔ)。