CN112091657B - 发动机叶片的叶冠加工用夹具及发动机叶片的加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发动机叶片的叶冠加工用夹具及发动机叶片的加工方法，属于航空发动机技术领域。一种发动机叶片的叶冠加工用夹具，包括相对设置的第一支撑块和第二支撑块，第一支撑块和第二支撑块共同对叶片叶身靠近叶片叶冠的位置进行限位，通过“伪顶尖”代替原有的顶尖对叶片进行夹持、固定，叶冠离“伪顶尖”的距离较小，叶片叶冠铣削刚性好，降低了由于让刀和振动而带来影响，同时避免了叶片叶冠通过顶尖轴向定位而导致叶片被挤压产生零件变形和偏移定位表面的问题，叶片叶冠在加工和测量的技术目标具有一致性，提高了检测精度，反向保证了叶片叶冠的加工质量。

Description

发动机叶片的叶冠加工用夹具及发动机叶片的加工方法

技术领域

本发明涉及航空发动机技术领域，具体涉及一种发动机叶片的叶冠加工用夹具及发动机叶片的加工方法。

背景技术

为满足新一代航空发动机大功率和高效率要求，叶片作为核心零部件，航空发动机的结构较以往老机型在结构方面有了突破性革新，较以往叶片相比，其结构相对复杂、技术要求相对更高。

在对叶片叶冠进行加工时，具有结构复杂、叶片刚性差、冷加工变形大、关联尺寸多及技术条件要求高的特点，并且在进行叶片叶冠进行加工时，夹持叶片榫头并以榫头为主定位基准，通过顶尖顶住叶片叶冠，通过两端夹紧的方式进行固定，从而使得叶片叶冠在加工过程中具有以下技术缺陷：

1)由于叶片铣削加工刚性差，存在让刀、振动问题，特别在余量较小时，铣削让刀问题会直接破坏零件表面完整性；

2)零件在加工过程中叶片被挤压产生零件变形和偏移定位表面的问题；

3)在加工叶片叶冠时叶片两端夹紧，而测量时叶冠为自由状态，两者技术目标不一致。

发明内容

本发明的目的在于提供一种发动机叶片的叶冠加工用夹具及发动机叶片的加工方法，以解决现有叶片叶冠在加工后质量得不到保证的问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种发动机叶片的叶冠加工用夹具，包括：安装在机床定位盘上的第一支撑块和第二支撑块，第一支撑块和第二支撑块相对设置在机床定位盘上的卡爪的两侧，第一支撑块和第二支撑块均包括与机床定位盘连接的连接端以及远离机床定位盘的定位端；

第一支撑块的定位端连接有与叶片叶身的凸面靠近叶片叶冠的位置相配合的第一定位组件和第二定位组件，第一定位组件和第二定位组件分别穿过第一支撑块的定位端并朝向第二支撑块的定位端所在的方向；

第二支撑块的定位端连接有与叶片叶身的凹面靠近叶片叶冠的位置相配合的第三定位组件和第四定位组件，第三定位组件和第四定位组件分别穿过第二支撑块的定位端并朝向第一支撑块的定位端所在的方向；

第一定位组件、第二定位组件、第三定位组件和第四定位组件位于同一平面，并且第一定位组件的延伸方向和第二定位组件的延伸方向交叉，第三定位组件和第四定位组件的延伸方向交叉。

本发明在加工叶片叶冠时，采用机床定位盘上原有的卡爪夹持叶片榫头，通过先加工的榫头作为主定位基准，再通过第一定位组件和第二定位组件对叶片叶身的凹面进行限位，通过第三定位组件和第四定位组件对叶片叶身的凸面进行限位，通过四个定位组件共同对叶片叶身靠近叶冠的位置进行限位，即四个定位组件形成“伪顶尖”，通过“伪顶尖”对叶片叶身靠近叶冠的位置进行限位，在对叶冠进行加工时，叶冠离“伪顶尖”的距离较小，叶片叶冠铣削刚性好，降低了由于让刀和振动而带来影响，同时避免了叶片叶冠通过顶尖轴向定位而导致叶片被挤压产生零件变形和偏移定位表面的问题，叶片叶冠在加工时处于自由状态，而在测量时叶片叶冠也处于自由状态，两者的技术目标具有一致性，提高了检测精度，反向保证了叶片叶冠的加工质量。

此外，由于叶片在机床的带动下会发生转动，原有装夹方式是由机床定位盘上的卡爪带动叶片转动，此时叶片叶身容易发生扭曲或者振动，而本发明是由机床定位盘上的卡爪以及发动机叶片的叶冠加工用夹具共同带动叶片转动，满足双驱加工的要求，双驱加工对较薄弱的叶片叶身具有保护作用，叶片叶身不容易发生扭曲或振动，同时可以显著缩短叶片加工工序，即减少对顶尖孔的修复及对叶尖工艺基准平面的反复热处理及修复，生产效率显著提高。

进一步地，上述第一定位组件、第二定位组件、第三定位组件和第四定位组件均包括延伸方向一致的第一调节螺钉和第一顶销；

第一调节螺钉的尾部伸入相应的支撑块内并与相应的支撑块螺纹连接；

第一顶销与相应的支撑块滑动配合，第一顶销的一端伸入相应的支撑块内并与第一调节螺钉的尾部接触，第一顶销的另一端位于第一支撑块和第二支撑块之间的间隙中。

本发明的各定位组件通过第一调节螺钉和第一销钉进行调节并对叶片叶身进行限位，旋拧第一调节螺钉可以带动第一销钉在相应的支撑块中滑动，并通过第一调节螺钉使第一顶销与叶片叶身紧密接触，同时通过叶片叶身两侧的定位组件的调节，可以对叶片毛坯以浮动的方式进行调节，调节便捷，使得叶片毛坯的位置更加精确，满足加工的需要。

进一步地，上述第一顶销的侧壁设有限位销，第一支撑块和第二支撑块分别设有与限位销配合的条形孔，条形孔的延伸方向与第一顶销的延伸方向一致。

本发明限位销通过条形孔进行限位，使得第一顶销不会从相应的支撑块中滑出，避免了零件的丢失，同时还能提高装夹效率以及避免第一顶销对叶片叶身的过度夹持而导致的变形。

进一步地，上述第一支撑块和第二支撑块的定位端分别设有与叶片叶冠的背侧相配合的第二顶销。

本发明的第二顶销对叶片叶冠的背侧进行限位，即对叶片的延伸方向进行限位，避免叶片叶身发生弯曲或振动，即确保叶片叶身与各定位组件之间不会发生滑动。

进一步地，上述第一支撑块和第二支撑块的定位端还分别通过螺纹连接有第一限位螺钉，第一限位螺钉的尾部伸入相应的支撑块内并与相应的第二顶销接触。

本发明的第一限位螺钉旋入相应的支撑块中后，挤压第二顶销，避免第二顶销的松动。

进一步地，上述还包括分别与叶片叶身的两边缘相配合的第五定位组件和第六定位组件；第五定位组件和第六定位组件分别设置在第一支撑块和第二支撑块之间的间隙的两侧。

本发明的第五定位组件和第六定位组件用于对叶片叶身的两个边缘进行限位，确保叶片叶身与各定位组件之间不会发生滑动。

进一步地，上述第五定位组件和第六定位组件均包括连接块、第二调节螺钉以及第三顶销；

连接块的两端分别与第一支撑块和第二支撑块连接；

第二调节螺钉与连接块螺纹连接，第二调节螺钉的尾部呈T型并伸入连接块内；

第三顶销的延伸方向与第二调节螺钉的延伸方向一致并且第三顶销与连接块滑动配合，第三顶销的一端伸入连接块内并设有与第二调节螺钉的尾部相配合的T型孔，第三顶销的另一端位于第一支撑块和第二支撑块之间的间隙中。

本发明的第五定位组件和第六定位组件通过第二调节螺钉和第三顶销进行调节并对叶片叶身的边缘进行限位，旋拧第二调节螺钉可以带动第三顶销在连接块中滑动，并通过第二调节螺钉使第三顶销与叶片叶身的边缘紧密接触，同时，由于第二调节螺钉与第三顶销之间通过T型尾部与T型孔之间的配合进行连接，使得第三销钉不会脱离第二调节螺钉，避免了零件的丢失，还能提高装夹效率。

一种基于上述发动机叶片的叶冠加工用夹具的发动机叶片的加工方法，包括以下步骤：

S1：夹持叶片毛坯并加工叶片榫头；

S2：以叶片榫头为主定位基准，采用机床定位盘上的卡爪对叶片榫头进行固定，并通过机床顶尖顶住叶片叶冠，然后加工叶片叶身；

S3：对叶片毛坯进行真空热处理；

S4：在机床定位盘上安装上述发动机叶片的叶冠加工用夹具，采用机床定位盘上的卡爪对叶片榫头进行固定，采用夹具夹持叶片叶身靠近叶片叶冠的位置，然后加工叶片叶冠。

本发明的发动机叶片的加工方法中，采用四个定位组件代替原有的顶尖来对叶片叶身靠近叶片叶冠的位置进行限位，叶片可以通过浮动调节的方式来改变位置，叶片最终的位置准确，确保加工的精度，同时，双驱加工的方式对较薄弱的叶片叶身具有保护作用，叶片叶身不容易发生扭曲或振动。此外，只是在榫头和叶片加工后进行真空热处理来除去前期加工热应力以及机械冷应力的释放，相较于原有至少三次中间时效热处理，大大减少了热处理次数，生产效率显著提高。

进一步地，上述步骤S4中，采用夹具夹持叶片叶身靠近叶片叶冠的位置的具体方式：使第一定位组件和第二定位组件与叶片叶身的凸面靠近叶片叶冠的位置相接触，使第三定位组件和第四定位组件与叶片叶身的凹面靠近叶片叶冠的位置相接触。

进一步地，上述步骤S4中，采用百分表找正，并通过调节第一定位组件、第二定位组件、第三定位组件和第四定位组件来调整叶片毛坯的位置。

本发明具有以下有益效果：

(1)本发明在加工叶片叶冠时，通过“伪顶尖”代替原有的顶尖对叶片进行夹持、固定，叶冠离“伪顶尖”的距离较小，叶片叶冠铣削刚性好，降低了由于让刀和振动而带来影响，同时避免了叶片叶冠通过顶尖轴向定位而导致叶片被挤压产生零件变形和偏移定位表面的问题，叶片叶冠在加工和测量的技术目标具有一致性，提高了检测精度，反向保证了叶片叶冠的加工质量。

(2)本发明的夹具夹持叶片时，满足双驱加工的要求，双驱加工对角薄弱的叶片叶身具有保护作用，叶片叶身不容易发生扭曲或振动，同时可以显著缩短叶片加工工序，即减小对顶尖孔的修复及对叶尖工艺基准平面的反复热处理及修复，生产效率显著提高。

附图说明

图1为本发明的发动机叶片的叶冠加工用夹具安装在机床上的结构示意图；

图2为本发明的发动机叶片的叶冠加工用夹具的结构示意图；

图3为本发明的第一定位组件的结构示意图；

图4为本发明的第五定位组件的结构示意图；

图5为本发明的第二调节螺钉与第三顶销的连接示意图；

图6为本发明的第一定位组件、第二定位组件、第三定位组件以及第四定位组件与叶片毛坯接触时的结构示意图。

图中：10-机床定位盘；11-卡爪；20-第一支撑块；21-第一定位组件；22-第二定位组件；23-第一调节螺钉；24-第一顶销；25-限位销；26-条形孔；27-第二顶销；28-第一限位螺钉；30-第二支撑块；31-第三定位组件；32-第四定位组件；40-第五定位组件；41-连接块；42-第二调节螺钉；43-第三顶销；50-第六定位组件。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例

发动机叶片的叶冠加工用夹具，包括：第一支撑块20和第二支撑块30，第一支撑块20和第二支撑块30垂直于机床定位盘10并安装在机床定位盘10上。第一支撑块20和第二支撑块30的结构一致，第一支撑块20和第二支撑块30相对设置在机床定位盘10上的卡爪11两侧，第一支撑块20和第二支撑块30均包括与通过螺栓与机床定位盘10连接的连接端以及远离机床定位盘10的定位端。第一支撑块20的定位端用于与叶片叶身的凸面相配合，对叶片叶身的凸面进行限位，第二支撑块30的定位端用于与叶片叶身的凹面相配合，对叶片叶身的凹面进行限位。

第一支撑块20的定位端设有第一定位组件21和第二定位组件22，第一定位组件21和第二定位组件22分别穿过第一支撑块20的定位端并朝向第二支撑块30的定位端所在的方向。第二支撑块30的定位端设有第三定位组件31和第四定位组件32，第三定位组件31和第四定位组件32分别穿过第二支撑块30的定位端并朝向第一支撑块20的定位端所在的方向。

第一定位组件21、第二定位组件22、第三定位组件31和第四定位组件32位于同于平面上，并且此平面与机床定位盘10平行，即此平面位于叶片毛坯的横向。第一定位组件21与第二定位组件22的延伸方向交叉，第三定位组件31和第四定位组件32的延伸方向交叉，并且第一定位组件21、第二定位组件22、第三定位组件31和第四定位组件32垂直于叶片叶身，在叶片叶身的凹面和凸面分别通过至少两个方向的定位，能够将叶片叶身进行有效地固定，还能通过调节第一定位组件21、第二定位组件22、第三定位组件31和第四定位组件32来改变叶片的位置，以满足对叶片的定位准确性。

第一定位组件21、第二定位组件22、第三定位组件31和第四定位组件32均包括第一调节螺钉23和第一顶销24，第一调节螺钉23和第一顶销24的延伸方向一致。第一调节螺钉23的尾部伸入相应的支撑块内并且第一调节螺钉23与相应的支撑块螺纹连接。第一顶销24的一端伸入相应的支撑块内并与第一调节螺钉23的尾部接触，第一顶销24的另一端位于第一支撑块20和第二支撑块30之间。

为了确保第一顶销24不从相应的支撑块内滑出并且保证第一顶销24对叶片毛坯不会产生过度挤压，第一顶销24的侧面设有限位销25，第一支撑块20和第二支撑块30的侧壁设有与限位销25相配合的条形孔26，条形孔26的延伸方向与第一顶销24的延伸方向一致。在旋拧第一调节螺钉23时，第一顶销24与相应的支撑块进行滑动，对叶片叶身进行限位，同时，限位销25也在条形孔26中滑动，对第一顶销24也具有导向作用。

第一支撑块20和第二支撑块30的定位端还分别设有与叶片叶冠的背侧相配合的第二顶销27和第一限位螺钉28。第二顶销27的延伸方向垂直于机床定位盘10，并且第二顶销27与相应的支撑块螺纹连接。第一限位螺钉28垂直与第二顶销27，第一限位螺钉28旋入相应的支撑块内后，其尾部与第二顶销27接触，通过挤压作用来对第二顶销27固定，避免第二顶销27的松动。

发动机叶片的叶冠加工用夹具，还包括：第五定位组件40和第六定位组件50，第五定位组件40和第六定位组件50分别设置在第一支撑块20和第二支撑块30之间的间隙的两侧，用于与叶片叶身的两边缘相配合。

第五定位组件40和第六定位组件50均包括连接块41、第二调节螺钉42以及第三顶销43。连接块41的两端分别与第一支撑块20和第二支撑块30连接。第二调节螺钉42与连接块41螺纹连接，第二调节螺钉42的尾部呈T型并伸入连接块41内。第三顶销43的延伸方向与第二调节螺钉42的延伸方向一致，第三顶销43伸入连接块41中并与连接块41滑动配合，第三顶销43伸入所述连接块41内的一端设有T型孔，T型孔与第二调节螺钉42的尾部相配合，第三顶销43的另一端位于第一支撑块20和第二支撑块30之间的间隙中。通过旋拧第二调节螺钉42，第三顶销43会随之在连接块41中滑动，直到与叶片叶身的边缘接触。

为了确保第一顶销24和第三顶销43只滑动而不转动，第一顶销24和第三顶销43的截面可以为多边形、椭圆形等；第一顶销24与叶片叶身接触的一端可以呈球形或弧形等。

一种基于上述发动机叶片的叶冠加工用夹具的发动机叶片的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：夹持叶片毛坯并加工叶片榫头；

S2：以叶片榫头为主定位基准，采用机床定位盘10上的卡爪11对叶片榫头进行固定，并通过机床顶尖顶住叶片叶冠，然后加工叶片叶身；

S3：对叶片毛坯进行真空热处理；

S4：在机床定位盘10上安装上述夹具，采用机床定位盘10上的卡爪11对叶片榫头进行固定，使第一定位组件21和第二定位组件22与叶片叶身的凸面靠近叶片叶冠的位置相接触，使第三定位组件31和第四定位组件32与叶片叶身的凹面靠近叶片叶冠的位置相接触。

S5：在机床的X轴方向和Y轴方向分别安装百分表，对叶片相互垂直的两个侧面进行检测，通过调整第一定位组件21、第二定位组件22、第三定位组件31和第四定位组件32来调整叶片的位置，使得叶片的轴向与机床的Z轴方向重合，即叶片原有的顶尖孔的轴线与机床的Z轴方向重合；

S6：加工叶片叶冠。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.发动机叶片的叶冠加工用夹具，其特征在于，包括：安装在机床定位盘（10）上的第一支撑块（20）和第二支撑块（30），所述第一支撑块（20）和所述第二支撑块（30）相对设置在机床定位盘（10）上的卡爪（11）的两侧，所述第一支撑块（20）和所述第二支撑块（30）均包括与机床定位盘（10）连接的连接端以及远离机床定位盘（10）的定位端；

所述第一支撑块（20）的定位端连接有与叶片叶身的凸面靠近叶片叶冠的位置相配合的第一定位组件（21）和第二定位组件（22），所述第一定位组件（21）和所述第二定位组件（22）分别穿过所述第一支撑块（20）的定位端并朝向所述第二支撑块（30）的定位端所在的方向；

所述第二支撑块（30）的定位端连接有与叶片叶身的凹面靠近叶片叶冠的位置相配合的第三定位组件（31）和第四定位组件（32），所述第三定位组件（31）和所述第四定位组件（32）分别穿过所述第二支撑块（30）的定位端并朝向所述第一支撑块（20）的定位端所在的方向；

所述第一定位组件（21）、第二定位组件（22）、第三定位组件（31）和第四定位组件（32）位于同一平面，并且所述第一定位组件（21）的延伸方向和所述第二定位组件（22）的延伸方向交叉，所述第三定位组件（31）和所述第四定位组件（32）的延伸方向交叉；

还包括分别与叶片叶身的两边缘相配合的第五定位组件（40）和第六定位组件（50）；所述第五定位组件（40）和所述第六定位组件（50）分别设置在所述第一支撑块（20）和第二支撑块（30）之间的间隙的两侧。

2.根据权利要求1所述的发动机叶片的叶冠加工用夹具，其特征在于，所述第一定位组件（21）、第二定位组件（22）、第三定位组件（31）和第四定位组件（32）均包括延伸方向一致的第一调节螺钉（23）和第一顶销（24）；

所述第一调节螺钉（23）的尾部伸入相应的支撑块内并与相应的支撑块螺纹连接；

所述第一顶销（24）与相应的支撑块滑动配合，所述第一顶销（24）的一端伸入相应的支撑块内并与所述第一调节螺钉（23）的尾部接触，所述第一顶销（24）的另一端位于所述第一支撑块（20）和所述第二支撑块（30）之间的间隙中。

3.根据权利要求2所述的发动机叶片的叶冠加工用夹具，其特征在于，所述第一顶销（24）的侧壁设有限位销（25），所述第一支撑块（20）和所述第二支撑块（30）分别设有与所述限位销（25）配合的条形孔（26），所述条形孔（26）的延伸方向与所述第一顶销（24）的延伸方向一致。

4.根据权利要求1所述的发动机叶片的叶冠加工用夹具，其特征在于，所述第一支撑块（20）和所述第二支撑块（30）的定位端分别设有与叶片叶冠的背侧相配合的第二顶销（27）。

5.根据权利要求4所述的发动机叶片的叶冠加工用夹具，其特征在于，所述第一支撑块（20）和所述第二支撑块（30）的定位端还分别通过螺纹连接有第一限位螺钉（28），所述第一限位螺钉（28）的尾部伸入相应的支撑块内并与相应的第二顶销（27）接触。

6.根据权利要求1所述的发动机叶片的叶冠加工用夹具，其特征在于，所述第五定位组件（40）和所述第六定位组件（50）均包括连接块（41）、第二调节螺钉（42）以及第三顶销（43）；

所述连接块（41）的两端分别与所述第一支撑块（20）和所述第二支撑块（30）连接；

所述第二调节螺钉（42）与所述连接块（41）螺纹连接，所述第二调节螺钉（42）的尾部呈T型并伸入所述连接块（41）内；

所述第三顶销（43）的延伸方向与所述第二调节螺钉（42）的延伸方向一致并且所述第三顶销（43）与所述连接块（41）滑动配合，所述第三顶销（43）的一端伸入所述连接块（41）内并设有与所述第二调节螺钉（42）的尾部相配合的T型孔，所述第三顶销（43）的另一端位于所述第一支撑块（20）和所述第二支撑块（30）之间的间隙中。

7.一种基于权利要求1至6任一项所述的发动机叶片的叶冠加工用夹具的发动机叶片的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：夹持叶片毛坯并加工叶片榫头；

S2：以叶片榫头为主定位基准，采用机床定位盘（10）上的卡爪（11）对叶片榫头进行固定，并通过机床顶尖顶住叶片叶冠，然后加工叶片叶身；

S3：对叶片毛坯进行真空热处理；

S4：在机床定位盘（10）上安装权利要求1至6任一项所述的发动机叶片的叶冠加工用夹具，采用机床定位盘（10）上的卡爪（11）对叶片榫头进行固定，采用夹具夹持叶片叶身靠近叶片叶冠的位置，然后加工叶片叶冠。

8.根据权利要求7所述的发动机叶片的加工方法，其特征在于，步骤S4中，采用夹具夹持叶片叶身靠近叶片叶冠的位置的具体方式：使第一定位组件（21）和第二定位组件（22）与叶片叶身的凸面靠近叶片叶冠的位置相接触，使第三定位组件（31）和第四定位组件（32）与叶片叶身的凹面靠近叶片叶冠的位置相接触。

9.根据权利要求8所述的发动机叶片的加工方法，其特征在于，步骤S4中，采用百分表找正，并通过调节第一定位组件（21）、第二定位组件（22）、第三定位组件（31）和第四定位组件（32）来调整叶片毛坯的位置。

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