一种航空发动机锥柱类回转体装配精度控制检测设备与应用
技术领域
本发明涉及一种航空发动机部件，包括压气机部件、叶片组件、涡轮部件以及其他锥柱类回转体装配精度控制与检测的一种测量平台及应用。
背景技术
航空发动机的压气机部件、叶片组件、涡轮部件以及其他锥柱类回转体的零组件在堆叠装配过程中对装配精度有很高的要求，零、组件均设有径向跳动及面跳动的要求，但在装配过程中由于零、组件加工精度的累计误差，很难通过装配一次就能够满足其装配精度要求，只能在装配的过程中通过不断的调试、测量反反复复的去装配，常规装配过程中锥柱类回转体装配精度只能通过采用三坐标测量仪或立式车床进行测量，测量精度是能够得到有效保证的，但测量过程耗时耗力。由于组件装配过程繁琐、周期过长，车间往往需提前预留出一台昂贵的三坐标测量仪或立式车床给装配使用，对生产单位的整体生产计划会带来干扰，既耽误其他零件的生产加工进度，又造成了生产资源的浪费，给现场的生产管理带来了诸多不便，大大降低了劳动效率，造成了制造成本的大量浪费。在组件装配时要反反复复多次装拆测量，需要在设备上装夹多次，耗时耗力，且在装夹过程中有造成磕碰、坠落等风险，这样就大大的降低了劳动效率，并且增加了安全生产可靠性的风险。尤其是同轴的多级组件，如压气机会有6-10级转子与静子叶片等；同轴的多级组件的测量尤其重要。
因此，需要研制一种适用于不同规格的航空发动机压气机部件、叶片组件、涡轮部件以及其他锥柱类回转体的零组件的装配精度控制与检测装置，装配过程中还可以可当做装配平台来使用，避免测量过程中多次装拆，且使用过程操作简单、方便，后期设备维护成本低，能够保证测量结果准确性，提高劳动效率，降低了加工成本的浪费，不干扰到整体生产计划，为生产工作节省成本，减少生产资源的浪费。
发明内容
本发明目的是，针对现有技术的不足，提出了一种适合不同规格的航空发动机压气机部件、叶片组件、涡轮部件以及其他锥柱类回转体的零组件的装配精度控制与检测装置及应用，设计以使用的安全可靠性，使用简单方便的要求来考虑，既能够保证零件、组件的装配过程中装夹快速便捷，操作简单，测量结果准确无误，提高劳动生产率，制造简单、维护方便，设备制造成本低，尤其是同轴的多级组件的测量控制。
本发明的技术方案是，航空发动机锥柱类回转体装配精度控制检测设备，包括X轴位移元件、Y轴位移元件、Z轴位移元件、Z轴回转元件以及底座；
Y轴位移元件包括支撑框架、直线导轨模块、限位块、压板、垫片、旋钮把手、压紧块、转接定位块，内六角螺钉；一对平行的直线导轨模块固定在底座的两侧边，一对支撑框架分别垂直固定在一对平行的直线导轨模块上，一对支撑框架的上端连接X轴横梁且异面垂直于两直线导轨模块；转接定位块通过内六角螺钉将支撑框架与直线导轨模块中滑块进行连接，转接定位块上下两面均设有U型槽，用来确定支撑框架与直线导轨模块的间的相对位置，旋钮把手下部设有螺纹，通过螺纹旋入转接定位块中心的螺纹孔内；
X轴位移元件包括X轴滑块、压紧螺栓、压垫、X轴横梁、内六角螺钉；X轴滑块嵌套在X轴横梁上，压垫嵌入X轴横梁和X轴滑块中间，压紧螺栓用于压紧压垫，从而来锁定X轴滑块与X轴横梁的相对位置；
Z轴位移元件包括测量元件(表座、表架及千分表或数字光栅尺等)、伺服电机、单轴机器人模块、内六角螺钉；X轴滑块固定单轴机器人模块的Z方向，单轴机器人模块的上端与X轴横梁垂直，测量元件(表座、表架及千分表或数字光栅尺等)通过内六角螺钉与单轴机器人模块下部活动端进行紧固连接，伺服电机通过内六角螺钉与单轴机器人模块进行紧固连接控制单轴机器人模块下部活动端的活动；
Z轴回转元件位于X轴位移元件的下方，包括底板、内六角螺钉、T型块、垫片、数控转台模块，台阶销；底板上设有平行均布的数条T型槽，且中心位置设有基准中心孔；底板与底座平行，底座上固定数控转台模块；数控转台模块的上方固定底板，由台阶销插入底板基准中心孔与数控转台模块中设有的的中心孔内，然后通过内六角螺钉及T型块与数控转台模块中均布设有的T型槽进行紧固连接。
另设有控制元件、控制元件包括触控式控制面板、控制柜模块，其中控制系统的主控制程序是通过C语言以及工程语言进行自主研发编写，操控界面设计简洁明了；控制元件为PLC或CPU用于对单轴机器人的Z轴运动和数控转台模块的转运角度进行控制。
Z轴位移元件中单轴机器人模块中设有刹车功能。
在旋钮把手螺纹段靠近头部位置设有环槽，压紧块中设有T型孔，上部为螺纹孔，下部为光孔，将旋钮把手旋入压紧块中，在达到环槽后，压紧块就悬挂在旋钮把手的下方，即压紧块可以跟随旋钮把手上下活动；在Y轴达到工作位置时通过旋转旋钮把手，带动压紧块，使压紧块的锁紧面与直线导轨模块中的导轨定位斜面紧密贴合，从而达到限位锁紧的效果，限制住Y轴位移方向。
X轴位移元件是通过Y轴位移元件中支撑框架上部设有的凸台嵌入X轴位移元件中X轴横梁下部设有的U型槽后，通过内六角螺钉紧固连接至Y轴位移元件上；Z轴位移元件是通过X轴位移元件中X轴滑块与Z轴位移元件中的单轴机器人模块内的定位块用内六角螺钉紧固连接至X轴位移元件上；Y轴位移元件是通过将Y轴位移元件中直线导轨模块内的导轨侧面贴紧底座中设有的定位台阶侧面后，通过压板、垫片以及内六角螺钉紧固连接至底座上；Z轴回转元件是通过将Z轴回转元件中的数控转台通过内六角螺钉、垫片与底座进行紧固连接。
X轴滑块以及X轴横梁上部上均设有高精度导轨面，用于减少两者接触面间的摩擦力，提供相对的定位精度；在X轴横梁下部在两头有效位置内设有U型槽，支撑框架上部设有凸台，在两者进行连接时将凸台嵌入U型槽内，达到固定限位的效果。
Z轴移动元件中采用单轴机器人模块，其体积小，安装容易，精度高、有效负载大，行走平稳，内附刹车功能，且刹车稳定，控制程序编写简单，后期使用维护方便、成本低。设有控制系统，其中主控制程序是通过C语言以及工程语言(控制PLC)进行自主研发编写，使用简单易学，不需要通过专业的培训即可操作；且系统稳定，后期维护成本低。
本发明的应用，当第一组件在数控转台模块固定测量后，同轴的组件依次套叠在第一组件上进行测量，如压气机多级叶片可以一次的且方便的将全部叶片组套叠完成测量。
有益效果：此设备制造过程中对加工精度要求不高，加工设备简单，主要零件均采用模块化采购，生产成本低，通用性、互换性较高；使用范围广，适用大部分航空发动机压气机部件、整体叶片、涡轮部件以及其他锥柱类回转体(包括在圆对称面上有其它零件的产品，如法兰上叶片是分布式分布的)的零组件；有效避免了长时间占用生产车间的生产设备，降低生产成本；无需三座标仪，在使用上超过三座标仪，使用过程操作简单，只要基平面定位好，可以半自动化的获得检测结果：如跳动误差的最大值、零件的圆度、锥度物均匀性等，主要零件安装的对称性等，不需要专门培训；零组件中基准零件仅需装夹一次直至整个组件装配结束，后续组件可以与基准零件同轴定位，避免多次定位装夹，造成基准测量误差，提高测量精度，且大大提高工作效率，包括检测与安装；尤其是同轴的多级组件的测量尤其重要极为方便，便于及时判断组件的误差是否均在工差范围内，从而保证航空发动机的总体质量。
附图说明
图1为航空发动机锥柱类回转体装配精度控制检测设备3D图；
图2底座14结构示意图；
图3单轴机器人6结构示意图；
图4为X轴横梁结构示意图；
图5为直线导轨模块15结构示意图；
图6为支撑框架结构示意图；
图7为X轴滑块7结构示意图；
图8为表座4结构示意图；
图9为旋钮把手22结构示意图；
图10为压紧块23结构示意图；
图11为底板2结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细描述：
如图1所示，包括控制元件、X轴位移元件、Y轴位移元件、Z轴位移元件、Z轴回转元件以及底座。具体元件见图例：1控制面板，2底板，3表架，4表座，5伺服电机， 6单轴机器人模块，7X轴滑块，8内六角螺钉，9压紧螺栓，10压垫，11X轴横梁，12 内六角螺钉，13支撑框架，14底座，15直线导轨模块，16限位块，17内六角螺钉，18 压板，19垫片，20内六角螺钉，21内六角螺钉，22旋钮把手，23压紧块，24转接定位块，25内六角螺钉，26内六角螺钉，27垫片，28内六角螺钉，29T型块，30数控转台模块，31控制柜模块，32台阶销。
如图1所示，所述控制元件包括触控式控制面板1、控制柜模块31，其中控制系统的主控制程序是通过C语言以及工程语言进行自主研发编写，操控界面设计简洁明了。
如图1所示，所述X轴位移元件包括X轴滑块7(见图7)、压紧螺栓9、压垫10、 X轴横梁11(见图4)、内六角螺钉12；X轴滑块7嵌套在X轴横梁11上，压垫10嵌入X 轴横梁11和X轴滑块7中间，通过调整压紧螺栓9来压紧压垫10，压垫受力前移，达到与X轴横梁11侧面硬性接触效果，从而来锁定X轴滑块7与X轴横梁11的相对位置。X 轴滑块也可以采用单轴机器人模块，但Y与X轴可以与数控转台模块的定心同心，Z轴的表架可以偏心安装测量尺，并不影响本发明的功能。
如图1所示，底座14两侧面设有定位台阶，在安装平行Y轴元件的直线导轨模块 15时，将直线导轨模块15中的导轨侧面与底座14的定位台阶侧面贴合，用压板18压紧，可以实现快速安装，且定位精准可靠。
所述Y轴位移元件包括支撑框架13(见图6)、直线导轨模块15(见图5)、限位块 16、压板18、垫片19、旋钮把手22(见图9)、压紧块23(见图10)、转接定位块24(见图11)、内六角螺钉17、20、21、25；转接定位24块通过内六角螺钉21、25将支撑框架 13与直线导轨模块15中滑块进行紧固连接，转接定位块24上下两面均设有U型槽，用来确定支撑框架13与直线导轨模块15的间的相对位置，转接定位块24中心部位设有方孔，压紧块23上部设有方凸台，压紧块23上部方凸台嵌入转接定位块24中心方孔内，使压紧块23仅能在有效活动范围内做上下往复直线运动。旋钮把手22下部设有螺纹，通过螺纹旋入转接定位块24中心的螺纹孔内，在靠近螺纹段头部位置设有环槽，压紧块23 中设有T型孔，上部为螺纹孔，下部为光孔，将旋钮把手旋22入压紧块23中，在达到环槽后，压紧块23就悬挂在旋钮把手22的下方，即压紧块23可以跟随旋钮把手22上下活动；在Y轴达到工作位置时通过旋转旋钮把手22，带动压紧块23，使压紧块23的锁紧面与直线导轨模块15中的导轨定位斜面紧密贴合，从而达到限位锁紧的效果，限制住Y轴位移方向。Y轴移动采用直线导轨模块15，其摩擦系数小，磨耗小，可长时间维持其原有精度，极大的减少了后期维护成本；动、静摩擦力差距小，启动时不会出现打滑现象；可承受上、下、左、右方向负荷；装配容易，且具有一定的互换性。
如图1所示，所述Z轴位移元件包括测量元件(表座4(见图8)、表架3及千分表等)、伺服电机5、单轴机器人模块6(见图3)、内六角螺钉8；伺服电机5通过内六角螺钉与单轴机器人模块6进行紧固连接，测量元件(表架3、表座4及千分表等)通过内六角螺钉与单轴机器人模块6进行紧固连接，单轴机器人模块6(线性机器人采用现有市售产品，要求高的机械精度)中设有刹车功能。
如图1所示，所述Z轴回转元件包括底板2(见图11)、内六角螺钉26、28、T型块29、垫片27、数控转台模块30，台阶销32；底板2上设有平行均布的数条T型槽，且中心位置设有基准中心孔，台阶销32插入底板2中心孔与数控转台模块30中设有的的中心孔内，然后通过内六角螺钉28及T型块29与数控转台模块30中设有均布的T型槽进行紧固连接。通过台阶销32与数控转台模块30中的中心孔配合，可以快速便捷的保证与数控转台模块30同心。便于零组件装夹时在T型槽内匹配的压板放置。平行均布的T型槽在零组件直径过大的情况下可以使用多个压板；角向分布的槽在零组件直径过大的情况下下没办法增加压板，会造成压板间间距过大，压紧不牢靠。
Z轴旋转采用数控转台模块30，其可操纵性强，低速运行平稳，动态响应快，回转精度高，与主控制程序对接简单，使用维护极其方便。
如图1所示，X轴位移元件是通过Y轴位移元件中支撑框架13(整体采用龙门框架式结构，结构稳定牢靠，承载能力大，占地面积小。)上部设有的凸台嵌入X轴位移元件中X轴横梁11下部设有的U型槽后，通过内六角螺钉12紧固连接至Y轴位移元件上； Z轴位移元件是通过X轴位移元件中X轴滑块7与Z轴位移元件中的单轴机器人(直线模组，如上银品牌)模块6内的定位块用内六角螺钉8紧固连接至X轴位移元件上；Y轴位移元件是通过将Y轴位移元件中直线导轨模块15内的导轨侧面贴紧底座中设有的定位台阶侧面后，通过压板、垫片以及内六角螺钉紧固连接至底座上；Z轴回转元件是通过将Z 轴回转元件中的数控转台30通过内六角螺钉26、垫片27与底座14进行紧固连接。图 2-11均是图1的部件示意图，用途及功能在上述实施例中有所说明。
使用设备时，需将所需要测量装配的零组件(压气机组件、叶片组件、涡轮部件)放置在底板2上数控转台模块30表面，零组件的对称轴(转轴)垂直于数控转台模块30 表面；通过底板2上设有的T型槽用压板及T型块将零组件的四周的接近零组件下端的位置轻微固定，将所需丝表(千分表、光栅尺等)装入表架3上，根据零组件的结构现状来推动X轴滑块7及支撑框架13，调整丝表在X轴及Y轴上的的相对位置；通过触控式操作面板1启动相应的控制程序来调整Z轴位移控制丝表的上下位置，在达到预定位置后锁紧压紧螺母8、旋钮把手22，启动单轴机器人模块6中刹车功能后，通过触控式操作面板 1启动相应的控制程序来启动数控转台模块30的转动，校准零组件基准定位面的跳动，基准校准结束后，通过触控式操作面板1启动相应的控制程序来控制数控转台模块30转动起码一周及停止，将零组件压紧固定，在表座4装上后续所需的表架3及光栅尺、杠杆表，通过触控式操作面板1启动相应的控制程序来控制数控转台的动作，进行测量零组件的相对跳动，用数字光栅尺时最大的误差读数可以在PLC控制的面板上直接读出。数控转台与底座的接触平面的上表面精度要求在5微米以下(采用镜面磨接触平面)，其它如X、Y、和Z轴的导轨精度要求满足5微米甚至3微米以下。
以上所述包括本发明的实施例，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、等同替换和改进等，均以包含在本发明的保护范围之内。
