測量葉片固定槽圓弧半徑的擺桿檢具裝置的設(shè)計

胡成昕， 于超， 劉廣東

（1.黑龍江省機械科學研究院，哈爾濱 150040；2.黑龍江省千潤工程管理有限公司，哈爾濱 150000）

0 引言

在傳統(tǒng)的葉片固定槽圓弧半徑的測量方式中，大多需要到專業(yè)的檢測中心進行檢測，或者購置價格昂貴的檢測設(shè)備。產(chǎn)品批量生產(chǎn)后，產(chǎn)品測量不便利，而購置價格昂貴的檢測設(shè)備又需要大量的資金。本文根據(jù)被檢測零件的結(jié)構(gòu)與精度，設(shè)計了一種測量葉片固定槽圓弧半徑的擺桿檢測工具，可以滿足該類葉片的測量[1]。

1 葉片零件結(jié)構(gòu)

葉片是各類壓氣輪機產(chǎn)品中的核心零件，一般在高溫、高壓、高速旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)下工作，是機組安全、高效、可靠、穩(wěn)定運行的有效保證。且葉片各固定槽的尺寸是整機裝配的關(guān)鍵尺寸，需要最大程度地保證轉(zhuǎn)子的工作效率。

對于葉片尺寸的檢測，目前的尺寸檢測方式很少能夠直接測量，基本都需要通過計算或者用工裝配合來完成各尺寸測量工作，有些尺寸還是相對尺寸，也無法直接測量出來，因此在一定程度上增加了葉片各尺寸的測量誤差。

傳統(tǒng)葉片加工過程中通常需要有固定槽結(jié)構(gòu)，葉片與輪盤之間的連接通常采用“榫頭榫槽”結(jié)構(gòu)連接，其裝配結(jié)構(gòu)在渦輪機及汽輪機等結(jié)構(gòu)中廣泛應(yīng)用，榫槽也可以通俗地稱為固定槽[2]。帶有固定槽圓弧半徑的葉片零件的加工精度直接影響整機裝配精度，葉片弧形固定槽的圓弧尺寸精度檢測直接關(guān)系到葉片質(zhì)量，乃至整機裝配的質(zhì)量水平，因此固定槽的質(zhì)量檢查顯得尤為重要。葉片固定槽結(jié)構(gòu)通常如圖1所示。

圖1 葉片簡圖

圖1所示為被檢測的零件的結(jié)構(gòu)示意圖，本檢具要檢測的是零件的葉片固定槽的半徑R的情況，根據(jù)R值的檢查結(jié)果來判斷零件加工的葉片固定槽是否合格，圖1中L為被測零件的所需尺寸，也就是半徑為R的葉片固定槽與零件側(cè)端面平行的縱切面與零件側(cè)端面之間的水平距離。

2 檢具介紹

目前三坐標測量儀是較為先進的測量儀器，但是在三坐標測量儀測量過程中，對批量工件的尺寸測量需要進行系統(tǒng)編程，雖然精度很高，但是測量過程較為繁瑣。對百分之百需要檢測工件測量時往往檢測效率較低，需要檢測人員較強的操作能力[3]。本文所述的擺桿檢具具有較強的針對性，對于葉片弧形固定槽的測量精度高，同時檢測效率大大提升，并在生產(chǎn)實踐中得到了驗證，滿足該類葉片弧形固定槽的批量測量要求。

由第1節(jié)所述，根據(jù)傳統(tǒng)葉片固定槽的特點，旨在設(shè)計出測量葉片固定槽圓弧半徑的擺桿檢測工具，既適合多種固定槽圓弧半徑的檢測，又適合帶有弧形槽的工件的圓弧半徑檢測，且檢測精度高[4]。

為達到上述目的，設(shè)計了圖2所示的擺桿檢具。測量葉片固定槽圓弧半徑的擺桿檢測工具包括支撐箱體12、測量裝置、零件定位裝置。測量裝置包括軸8、擺套7、擺管6、伸縮軸3和千分表4。軸8的底端穿入支撐箱體12的上下表面同軸設(shè)置的通孔內(nèi)，擺套7套在軸8的上部，且通過旋轉(zhuǎn)套頂絲9頂緊，擺管6固定在擺套7的一側(cè)，伸縮軸3的一端伸入擺管6內(nèi)，且通過伸縮軸頂絲5頂緊，伸縮軸3的另一端設(shè)置在擺管6外，千分表4設(shè)置在伸縮軸3的另一端，千分表4帶有觸針17，觸針17設(shè)置在千分表4的底端。

圖2 擺桿檢具簡圖

零件定位裝置包括擋塊1、塊規(guī)標準塊2和壓片15，擋塊1固定在支撐箱體12的左側(cè)端面上，塊規(guī)標準件2緊貼擋塊1安放在支撐箱體12的上表面，零件16的未檢測側(cè)通過壓片15固定在支撐箱體12的上表面，零件16的被檢測側(cè)緊貼塊規(guī)標準塊2設(shè)置[5]。

擺管6上設(shè)有與伸縮軸頂絲5配合的螺紋孔，設(shè)置2個伸縮軸頂絲5，開設(shè)2個相應(yīng)的螺紋孔，用于對伸縮軸3的調(diào)整。

在上部和下部的通孔內(nèi)均設(shè)有軸承11，軸8穿過2個軸承，且通過上端蓋10和下端蓋13定位。

上部和下部的通孔設(shè)置在支撐箱體12上表面和支撐箱體12下表面的水平中線處。零件16的中線與支撐箱體12上表面的水平中線重合。支撐箱體12的底部均勻設(shè)有調(diào)整檢具水平的地腳14。

支撐箱體12為長方體鋼板焊接而成，焊接后支撐箱體12上表面及擋塊1做加工處理，要求表面粗糙度為Ra1.6 μm；擋塊1與支撐箱體12上表面有垂直度要求。

以擋塊1的內(nèi)側(cè)為基準，軸8的中心線與擋塊1內(nèi)側(cè)具有位置度要求，其平行度為0.05 mm，在保證平行度的前提下，能夠保證塊規(guī)標準塊與擋塊1充分貼合，確保塊規(guī)標準塊側(cè)與箱體12擺放被測葉片地面垂直度，當測量時被測葉片零件與箱體及塊規(guī)標準塊充分貼合，確保測量的可靠性。軸8與擋塊1內(nèi)側(cè)壁距離經(jīng)由高精度檢測設(shè)備測出并精確記錄，為該檢具固有不變數(shù)值，此高精度檢測設(shè)備測量軸8與擋塊1內(nèi)側(cè)壁的步驟不可以省略，是該擺桿檢具保證準確性的關(guān)鍵步驟。

本裝置是測量葉片固定槽圓弧半徑的擺桿檢測工具，可以根據(jù)所檢測葉片固定槽半徑大小的不同來設(shè)置不同的小塊規(guī)（即對表塊），以此可以擴大檢測產(chǎn)品范圍。

3 檢測流程

本擺桿檢具檢測裝置工作時，先調(diào)平地腳14，使檢具設(shè)備平衡穩(wěn)定，緊固旋轉(zhuǎn)套頂絲9，鎖死擺套7和軸8之間的轉(zhuǎn)動余量，檢測前根據(jù)零件16固定槽圓弧半徑尺寸，設(shè)置塊規(guī)標準塊2的具體尺寸規(guī)格，再根據(jù)零件16尺寸L配置相應(yīng)尺寸的小塊規(guī)（即對表塊），并與塊規(guī)標準塊2靠緊，調(diào)整伸縮軸3伸縮距離并通過伸縮軸頂絲5固定，調(diào)整千分表4位置，水平擺動伸縮軸3，軸8通過被上端蓋10和下端蓋13固定的2套軸承11旋轉(zhuǎn)；由于千分表4固定在伸縮軸3上，千分表4所帶觸針17接觸小塊規(guī)端面，千分表4示數(shù)最小值即為被測零件16的葉片固定槽圓弧半徑尺寸，至此，調(diào)整被測零件16的葉片圓弧半徑尺寸完成，撤掉被測零件16所需尺寸為L的小塊規(guī)（即對表塊），擺放好被測的零件16，使千分表4的觸針17接觸被測零件16的固定槽內(nèi)壁，并擺動伸縮軸3，觀察千分表4表頭示數(shù)變動情況，若表頭示數(shù)跳動在被測零件16要求允許范圍內(nèi)，即視為產(chǎn)品合格。

被測的零件16的葉片固定槽半徑R=軸8的中心線與擋塊1的內(nèi)側(cè)壁距離-塊規(guī)標準塊2的長度-被測的零件16所需尺寸L。

用該擺桿檢測工具檢測時，經(jīng)過觸針觸碰，觸碰結(jié)果經(jīng)過千分表顯示讀數(shù)，能夠精確地測量葉片固定槽的內(nèi)外弧半徑尺寸，即通過最簡單的人工操作就可以測量精度較高的葉片固定槽內(nèi)外弧。

需要注意的一點是：在產(chǎn)品檢測過程中，需要檢測一定數(shù)量產(chǎn)品后，定期校驗該擺桿檢具的精度，對裝置進行精度校對，對觸針是否有磨損情況、裝置中零件8軸是否有磨損導致間隙產(chǎn)生、千分表指針是否精確等情況進行檢驗，以防造成批量測量誤差。

推廣開來，某些含有圓弧槽結(jié)構(gòu)的零部件的圓弧槽精度檢測，也可通過該擺桿檢具裝置進行檢驗測量，由此可見，該測量檢具裝置具有適用范圍廣的特點，且檢測精度高，在此基礎(chǔ)上增加輔助工裝，即可滿足更多產(chǎn)品的檢測任務(wù)[6]。

4 結(jié)論

該擺桿檢具設(shè)計簡單，針對性強，只需對檢測人員簡單培訓就可操作，能夠直接通過千分表指數(shù)測量出葉片弧形固定槽在加工過程中產(chǎn)生的誤差，檢測精度較高，大大縮短了檢測時間，在實際葉片類產(chǎn)品檢測工作中得到了廣泛應(yīng)用，很好地滿足了中小企業(yè)的檢測需要，由于制造成本低廉，操作簡單方便，實用性高，具有廣泛的市場。