專利名稱：一種基于壓電陶瓷的渦輪機(jī)葉片夾具與位姿快速調(diào)節(jié)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及渦輪機(jī)葉片的夾具領(lǐng)域，特別涉及一種基于壓電陶瓷的渦輪機(jī)葉片夾具與位姿快速調(diào)節(jié)方法。
背景技術(shù)：
渦輪機(jī)是一種將氣體或液體燃料燃燒產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械功的旋轉(zhuǎn)式葉輪動(dòng)力機(jī)械裝置，廣泛應(yīng)用于能源、航空、交通、國(guó)防等領(lǐng)域，是適應(yīng)我國(guó)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整和航空工業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵重大裝備。高溫渦輪葉片處于燃?xì)廨啓C(jī)溫度最高(1400°C以上)、應(yīng)力最復(fù)雜、環(huán)境最惡劣的部位，其價(jià)值占整機(jī)的近50%，是燃?xì)廨啓C(jī)中的關(guān)鍵部件。葉片的加工精度就成為影響葉片壽命及性能重要因素之一。由于葉身曲面比較復(fù)雜，如何保證葉片機(jī)械加工中的準(zhǔn)確定位和合理夾緊也就成為確保葉片在高溫、高速旋轉(zhuǎn)等惡劣環(huán)境下使用壽命的關(guān)鍵。 目前，在葉片榫頭的加工中，生產(chǎn)廠家一般都采用低熔點(diǎn)合金包容箱型法。中國(guó)專利文件CN101417396A公開(kāi)了一種基于微分幾何的夾具精度理論、定位點(diǎn)的形封閉準(zhǔn)則的新型復(fù)雜曲面定位與夾緊快速算法。該文件中所闡述的發(fā)明的缺點(diǎn)是定位銷釘長(zhǎng)度固定不可調(diào)，渦輪機(jī)葉片在夾緊后位姿無(wú)法更改，在夾緊過(guò)程中沒(méi)有對(duì)葉片關(guān)鍵區(qū)域的位姿變化進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，夾具裝置中設(shè)計(jì)的定位銷釘一旦加工完成后，整個(gè)夾具可調(diào)性差、重復(fù)使用效率低下、螺桿旋轉(zhuǎn)夾緊后葉片的位姿不可調(diào)。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種基于壓電陶瓷的渦輪機(jī)葉片夾具與位姿快速調(diào)節(jié)方法，能夠現(xiàn)葉片位姿的快速、精準(zhǔn)的調(diào)節(jié)以達(dá)到加工前葉片夾緊位姿的精度要求。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為一種基于壓電陶瓷的渦輪機(jī)葉片夾具，包括葉片定位裝置、葉片夾緊裝置和葉片榫頭位姿信號(hào)監(jiān)測(cè)裝置，葉片定位裝置、葉片夾緊裝置和葉片榫頭位姿信號(hào)監(jiān)測(cè)裝置都固定在基座平臺(tái)4上；所述的葉片夾緊裝置包括第一夾緊座8和第二夾緊座14，第一夾緊座8與第二夾緊座14固定在基座平臺(tái)4的長(zhǎng)軸線上，第一夾緊座8上布有豎直方向的第一螺桿9，用于加載夾緊渦輪機(jī)葉片5的尾部，第二夾緊座14上設(shè)有安裝導(dǎo)向孔2，并布有豎直方向的第二螺桿11、第三螺桿12以及水平方向的第四螺桿I、第五螺桿13，用于加載夾緊渦輪機(jī)葉片5的頭部；所述的葉片定位裝置包括第一定位銷釘3、第二定位銷釘6、第三定位銷釘7、第四定位銷釘10、第五定位銷釘16、第六定位銷釘17，還包括第一銷釘固定座15、第二銷釘固定座18，其中第一定位銷釘3、第二定位銷釘6、第三定位銷釘7、第六定位銷釘17豎直固定在上述基座平臺(tái)4上，在第二夾緊座14右側(cè)的第一定位銷釘3中心和第六定位銷釘17中心連線與第二螺桿11中心和第三螺桿12中心連線成30°角，在第一夾緊座8的左側(cè)的第二定位銷釘6中心和第三定位銷釘7中心連線與基座平臺(tái)4的長(zhǎng)軸線成30°角，第四定位銷釘10、第五定位銷釘16分別水平安裝在第二銷釘固定座18與第一銷釘固定座15上，第一銷釘固定座15與第二銷釘固定座18平行固定在基座平臺(tái)4的長(zhǎng)軸線兩側(cè)；所述的葉片榫頭位姿信號(hào)監(jiān)測(cè)裝置包括第一法蘭座20、第二法蘭座19、第一電渦流位移傳感器21、第二電渦流位移傳感器22、第三電渦流位移傳感器23、第四電渦流位移傳感器24、第五電渦流位移傳感器25、第六電渦流位移傳感器26，第一法蘭座20與第二法蘭座19固定在基座平臺(tái)4上，第一法蘭座20與第二夾緊座14平行且其長(zhǎng)軸方向的中心距渦輪機(jī)葉片5的榫頭端面不超過(guò)10_，第二法蘭座19在渦輪機(jī)葉片5的榫齒端面外側(cè)并間距不超過(guò)20mm，第三電渦流位移傳感器23與第六電渦流位移傳感器26對(duì)稱固定在第一法蘭座20的正X方向上，第一電渦流位移傳感器21與第二電渦流位移傳感器22固定在第一法蘭座20的Z方向上，第五電渦流位移傳感器25與第四電渦流位移傳感器24固定在第二法蘭座19的Y方向上。所述的定位銷釘?shù)牡撞吭O(shè)有凹孔A，凹孔A與壓電陶瓷C頭部的位移輸出桿是相配 合的，所有的壓電陶瓷C均是安裝在銷釘固定座或基座平臺(tái)B內(nèi)部的，安裝孔都是通孔以方便壓電陶瓷的電源線接入，并且所有的通孔都設(shè)計(jì)有限位凸臺(tái)以固定壓電陶瓷C的位置。一種基于壓電陶瓷的渦輪機(jī)葉片夾具的位姿快速調(diào)節(jié)方法，包括以下步驟第一步，利用LABVIEW設(shè)計(jì)虛擬儀器記錄榫頭位姿監(jiān)測(cè)裝置中電渦流位移傳感器所采集到渦輪機(jī)葉片5榫頭位姿初始狀態(tài)量Wa= (ffal, ffa2, ffa3, Wa4, Wa5, wa6)，在對(duì)渦輪機(jī)葉片5夾緊后，記錄其榫頭位姿的穩(wěn)定狀態(tài)量Wb= (ffbl, ffb2, ffb3, Wb4, Wb5, Wb6),計(jì)算得到位姿狀態(tài)變化量 AW = Wa-Wb ；第二步，假定渦輪機(jī)葉片5在夾緊后的位姿要達(dá)到定位精度要求時(shí)需調(diào)節(jié)定位銷釘?shù)奈灰屏繛長(zhǎng)= (L1, L2, L3, L4, L5, L6),采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法建立葉片榫頭位姿變化量與定位銷釘理論位移調(diào)節(jié)量之間的函數(shù)關(guān)系L=f ( Aff)；第三步，設(shè)壓電陶瓷C的電壓調(diào)節(jié)值為U=(Ui，U2, U3, U4, U5, U6),根據(jù)壓電陶瓷C的電壓-位移參數(shù)數(shù)據(jù)，建立葉片榫頭位姿變化量W、定位銷釘理論位移調(diào)節(jié)量L與壓電陶瓷電壓調(diào)節(jié)量U三者之間的函數(shù)關(guān)系U=f(L，W)，并存入計(jì)算機(jī)中；第四步，在每個(gè)渦輪機(jī)葉片5進(jìn)行加工夾緊時(shí)，根據(jù)采集到的渦輪機(jī)葉片5的榫頭位姿變化數(shù)據(jù)直接調(diào)入計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)中得到應(yīng)該調(diào)節(jié)的壓電陶瓷C的電壓值U，并對(duì)對(duì)應(yīng)的壓電陶瓷C所接電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)即可。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果I)采用定位銷釘對(duì)渦輪機(jī)葉片的葉身曲面進(jìn)行定位，相對(duì)于傳統(tǒng)的低熔點(diǎn)合金箱型包容法，工藝流程更簡(jiǎn)單，耗能更少，制造成本低，有害氣體排放大幅度降低。2)在對(duì)渦輪機(jī)葉片定位夾緊過(guò)程中對(duì)葉片關(guān)鍵區(qū)域(榫頭)進(jìn)行位姿變化數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和采集，對(duì)每個(gè)葉片的實(shí)際工況進(jìn)行詳細(xì)的數(shù)據(jù)記錄，可形成豐富的、有實(shí)際分析價(jià)值的葉片加工數(shù)據(jù)庫(kù)。3)采用壓電陶瓷與定位銷釘相配合的裝置結(jié)構(gòu)，能有效控制、改變銷釘與葉片的相對(duì)位置，可在葉片夾緊后可以充分的、快速的、精確的調(diào)整葉片的位姿，以滿足葉片在加工前的夾緊精度要求，降低廢品率。
4)本發(fā)明整體上縮短了渦輪機(jī)葉片的加工時(shí)間，提高了加工效率，增強(qiáng)了夾具的重復(fù)使用性和靈活性，同時(shí)在夾具使用上節(jié)約了加工成本提高了經(jīng)濟(jì)效益。


圖I為本發(fā)明的整體裝配圖。圖2為圖I的俯視圖。圖3為本發(fā)明渦輪機(jī)葉片榫頭位姿信號(hào)監(jiān)測(cè)裝置的等軸測(cè)圖。圖4為定位銷釘與壓電陶瓷的安裝配合示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)說(shuō)明。 參照?qǐng)DI與圖2，一種基于壓電陶瓷的渦輪機(jī)葉片夾具，包括葉片定位裝置、葉片夾緊裝置和葉片榫頭位姿信號(hào)監(jiān)測(cè)裝置，葉片定位裝置、葉片夾緊裝置和葉片榫頭位姿信號(hào)監(jiān)測(cè)裝置都固定在基座平臺(tái)4上；所述的葉片夾緊裝置包括第一夾緊座8和第二夾緊座14，第一夾緊座8與第二夾緊座14通過(guò)內(nèi)六角螺釘固定在基座平臺(tái)4的長(zhǎng)軸線上，第一夾緊座8上布有豎直方向的第一螺桿9用于加載夾緊渦輪機(jī)葉片5的尾部，第二夾緊座14上設(shè)有安裝導(dǎo)向孔2，并布有豎直方向的第二螺桿11、第三螺桿12以及水平方向的第四螺桿I、第五螺桿13用于加載夾緊渦輪機(jī)葉片5的頭部；所述的葉片定位裝置包括第一定位銷釘3、第二定位銷釘6、第三定位銷釘7、第四定位銷釘10、第五定位銷釘16、第六定位銷釘17，還包括第一銷釘固定座15、第二銷釘固定座18，其中第一定位銷釘3、第二定位銷釘6、第三定位銷釘7、第六定位銷釘17豎直固定在上述基座平臺(tái)4上，在第二夾緊座14右側(cè)的第一定位銷釘3中心和第六定位銷釘17中心連線與第二螺桿11中心和第三螺桿12中心連線成30°角，在第一夾緊座8的左側(cè)的第二定位銷釘6中心和第三定位銷釘7中心連線與基座平臺(tái)4的長(zhǎng)軸線成30°角，第四定位銷釘10、第五定位銷釘16分別水平安裝在第二銷釘固定座18與第一銷釘固定座15上，第一銷釘固定座15與第二銷釘固定座18通過(guò)內(nèi)六角螺釘平行固定在基座平臺(tái)4的長(zhǎng)軸線兩側(cè)；參照?qǐng)D3，所述的渦輪機(jī)葉片榫頭位姿信號(hào)監(jiān)測(cè)裝置包括第一法蘭座20、第二法蘭座19、第一電渦流位移傳感器21、第二電渦流位移傳感器22、第三電渦流位移傳感器23、第四電渦流位移傳感器24、第五電渦流位移傳感器25、第六電渦流位移傳感器26，第一法蘭座20與第二法蘭座19通過(guò)內(nèi)六角螺釘固定在基座平臺(tái)4上,第一法蘭座20與第二夾緊座14平行且其長(zhǎng)軸方向的中心距渦輪機(jī)葉片5的榫頭端面不超過(guò)10mm，第二法蘭座19在渦輪機(jī)葉片5的榫齒端面外側(cè)并間距不超過(guò)20mm，第三電渦流位移傳感器23與第六電渦流位移傳感器26對(duì)稱固定在第一法蘭座20的正X方向上，這兩個(gè)傳感器探頭中心離基座平臺(tái)4的上表面43mm，以有效的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)葉片榫頭在夾緊過(guò)程中X方向的位姿變化數(shù)據(jù)；第一電渦流位移傳感器21與第二電渦流位移傳感器22固定在第一法蘭座20的正Z方向上，這兩個(gè)傳感器探頭中心與上述X方向上的2個(gè)傳感器探頭中心完全處于一個(gè)平面內(nèi)，用于監(jiān)測(cè)葉片榫頭在夾緊過(guò)程中Z方向的位姿變化數(shù)據(jù)；第四電渦流位移傳感器24與五電渦流位移傳感器25固定在法蘭座19的正Y方向上，這兩個(gè)傳感器探頭中心離基座平臺(tái)4的上表面43mm，離葉片榫齒端面I. 5-3mm，用于監(jiān)測(cè)葉片榫頭在夾緊過(guò)程中Y方向的位姿變化數(shù)據(jù)。參照?qǐng)D4，所述的定位銷釘?shù)牡撞吭O(shè)有凹孔A，凹孔A與壓電陶瓷C頭部的位移輸出桿是相配合的，所有的壓電陶瓷C均是安裝在銷釘固定座或基座平臺(tái)B內(nèi)部的，安裝孔都是通孔以方便壓電陶瓷C的電源線接入，并且所有的通孔都設(shè)計(jì)有限位凸臺(tái)以固定壓電陶瓷C的位置。一種基于壓電陶瓷的渦輪機(jī)葉片夾具的位姿快速調(diào)節(jié)方法，包括以下步驟第一步利用LABVIEW設(shè)計(jì)虛擬儀器記錄榫頭位姿監(jiān)測(cè)裝置中電渦流位移傳感器所采集到渦輪機(jī)葉片5榫頭位姿初始狀態(tài)量Wa= (ffal, ffa2, ffa3, Wa4, Wa5, Wa6)，在對(duì)渦輪機(jī)葉片5夾緊后，記錄其榫頭位姿的穩(wěn)定狀態(tài)量Wb= (ffbl, ffb2, ffb3, Wb4, Wb5, Wb6),計(jì)算得到位姿狀態(tài)變 化量 AW = Wa-Wb ；第二步假定渦輪機(jī)葉片5在夾緊后的位姿要達(dá)到定位精度要求時(shí)需調(diào)節(jié)定位銷釘?shù)奈灰屏繛長(zhǎng)= (L1, L2, L3, L4, L5, L6),采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法建立葉片榫頭位姿變化量與定位銷釘理論位移調(diào)節(jié)量之間的函數(shù)關(guān)系L=f ( Aff)；第三步設(shè)壓電陶瓷C的電壓調(diào)節(jié)值為U= (U1, U2, U3, U4, U5, U6)，根據(jù)壓電陶瓷C的電壓-位移參數(shù)數(shù)據(jù)，建立葉片榫頭位姿變化量W、定位銷釘理論位移調(diào)節(jié)量L與壓電陶瓷電壓調(diào)節(jié)量U三者之間的函數(shù)關(guān)系U=f (L，W)，并存入計(jì)算機(jī)中；第四步在每個(gè)渦輪機(jī)葉片5進(jìn)行加工夾緊時(shí)，根據(jù)采集到的渦輪機(jī)葉片5的榫頭位姿變化數(shù)據(jù)直接調(diào)入計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)中得到應(yīng)該調(diào)節(jié)的壓電陶瓷C的電壓值U，并對(duì)對(duì)應(yīng)的壓電陶瓷C所接電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)即可。
權(quán)利要求
1.一種基于壓電陶瓷的渦輪機(jī)葉片夾具，包括葉片定位裝置、葉片夾緊裝置和葉片榫頭位姿信號(hào)監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于葉片定位裝置、葉片夾緊裝置和葉片榫頭位姿信號(hào)監(jiān)測(cè)裝置都固定在基座平臺(tái)(4)上； 所述的葉片夾緊裝置包括第一夾緊座(8)和第二夾緊座(14)，第一夾緊座(8)與第二夾緊座(14)固定在基座平臺(tái)(4)的長(zhǎng)軸線上，第一夾緊座(8)上布有豎直方向的第一螺桿(9)用于加載夾緊渦輪機(jī)葉片(5)的尾部，第二夾緊座(14)上設(shè)有安裝導(dǎo)向孔(2)，并布有豎直方向的第二螺桿(11)、第三螺桿(12)以及水平方向的第四螺桿(I)、第五螺桿(13)用于加載夾緊渦輪機(jī)葉片(5)的頭部； 所述的葉片定位裝置包括第一定位銷釘(3)、第二定位銷釘(6)、第三定位銷釘(7)、第四定位銷釘(10)、第五定位銷釘(16)、第六定位銷釘(17)，還包括第一銷釘固定座(15)、第二銷釘固定座(18)，其中第一定位銷釘(3)、第二定位銷釘(6)、第三定位銷釘(7)、第六定位銷釘(17)豎直固定在上述基座平臺(tái)(4)上，在第二夾緊座(14)右側(cè)的第一定位銷釘(3)中心和第六定位銷釘(17)中心連線與第二螺桿(11)中心和第三螺桿(12)中心連線成30°角，在第一夾緊座(8)的左側(cè)的第二定位銷釘(6)中心和第三定位銷釘(7)中心連線與基座平臺(tái)(4)的長(zhǎng)軸線成30°角，第四定位銷釘(10)、第五定位銷釘(16)分別水平安裝在第二銷釘固定座(18)與第一銷釘固定座(15)上，第一銷釘固定座(15)與第二銷釘固定座(18)平行固定在基座平臺(tái)(4)的長(zhǎng)軸線兩側(cè)； 所述的葉片榫頭位姿信號(hào)監(jiān)測(cè)裝置包括第一法蘭座(20)、第二法蘭座(19)、第一電渦流位移傳感器(21)、第二電渦流位移傳感器(22)、第三電渦流位移傳感器()23、第四電渦流位移傳感器(24)、第五電渦流位移傳感器(25)、第六電渦流位移傳感器(26)，第一法蘭座(20)與第二法蘭座(19)固定在基座平臺(tái)(4)上，第一法蘭座(20)與第二夾緊座(14)平行且其長(zhǎng)軸方向的中心距渦輪機(jī)葉片(5)的榫頭端面不超過(guò)10mm，第二法蘭座(19)在渦輪機(jī)葉片(5)的榫齒端面外側(cè)并間距不超過(guò)20mm，第三電渦流位移傳感器(23)與第六電渦流位移傳感器(26)對(duì)稱固定在第一法蘭座(20)的正X方向上,第一電潤(rùn)流位移傳感器(21)與第二電渦流位移傳感器(22)固定在第一法蘭座(20)的Z方向上，第五電渦流位移傳感器(25)與第四電渦流位移傳感器(24)固定在第二法蘭座(19)的Y方向上。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于壓電陶瓷的渦輪機(jī)葉片夾具，其特征在于所述的定位銷釘?shù)牡撞吭O(shè)有凹孔(A)，凹孔(A)與壓電陶瓷(C)頭部的位移輸出桿是相配合的，所有的壓電陶瓷(C)均是安裝在銷釘固定座或基座平臺(tái)(B)內(nèi)部的，安裝孔都是通孔以方便壓電陶瓷的電源線接入，并且所有的通孔都設(shè)計(jì)有限位凸臺(tái)以固定壓電陶瓷(C)的位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于壓電陶瓷的渦輪機(jī)葉片夾具，其特征在于，位姿快速調(diào)節(jié)方法包括以下步驟 第一步，利用LABVIEW設(shè)計(jì)虛擬儀器記錄榫頭位姿監(jiān)測(cè)裝置中電渦流位移傳感器所采集到渦輪機(jī)葉片(5)榫頭位姿初始狀態(tài)量Wa= (ffal, Wa2，Wa3，Wa4，Wa5，Wa6)，在對(duì)渦輪機(jī)葉片(5)夾緊后，記錄其榫頭位姿的穩(wěn)定狀態(tài)量Wb= (ffbl, ffb2, ffb3, Wb4, Wb5, Wb6),計(jì)算得到位姿狀態(tài)變化量 Λ W = Wa-Wb ； 第二步，假定渦輪機(jī)葉片(5)在夾緊后的位姿要達(dá)到定位精度要求時(shí)需調(diào)節(jié)定位銷釘?shù)奈灰屏繛長(zhǎng)= (L1, L2, L3, L4, L5, L6),采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法建立葉片榫頭位姿變化量與定位銷釘理論位移調(diào)節(jié)量之間的函數(shù)關(guān)系L=f ( Aff)；第三步，設(shè)壓電陶瓷(C)的電壓調(diào)節(jié)值為U= (U1, U2, U3, U4, U5, U6)，根據(jù)壓電陶瓷(C)的電壓-位移參數(shù)數(shù)據(jù)，建立葉片榫頭位姿變化量W、定位銷釘理論位移調(diào)節(jié)量L與壓電陶瓷電壓調(diào)節(jié)量U三者之間的函數(shù)關(guān)系U=f(L，W)，并存入計(jì)算機(jī)中； 第四步，在每個(gè)渦輪機(jī)葉片(5)進(jìn)行加工夾緊時(shí)，根據(jù)采集到的渦輪機(jī)葉片(5)的榫頭位姿變化數(shù)據(jù)直接調(diào)入計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)中得到應(yīng)該調(diào)節(jié)的壓電陶瓷(C)的電壓值U，并對(duì)對(duì)應(yīng)的壓電陶瓷(C)所接電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)即可·。
全文摘要
一種基于壓電陶瓷的渦輪機(jī)葉片夾具與位姿快速調(diào)節(jié)方法，夾具采用六個(gè)銷釘對(duì)渦輪機(jī)葉片的葉身曲面進(jìn)行定位，用螺桿對(duì)葉片兩端的端平面進(jìn)行夾緊，定位銷釘?shù)撞颗c壓電陶瓷的位移輸出桿相配合，位姿快速調(diào)節(jié)方法利用壓電陶瓷位移輸出桿長(zhǎng)度隨所接電壓變化而變化的特性，在葉片夾緊后，根據(jù)電渦流位移傳感器采集的葉片榫頭在X、Y、Z方向上位姿變化的數(shù)據(jù)，調(diào)節(jié)壓電陶瓷所接電壓來(lái)改變定位銷釘與葉片的相對(duì)位置，達(dá)到調(diào)節(jié)葉片位姿的目的，該方法提高了渦輪機(jī)葉片夾具的靈活性與葉片的定位精度，節(jié)約了葉片裝夾時(shí)間，降低了生產(chǎn)成本，提高了經(jīng)濟(jì)效益。
文檔編號(hào)B23Q3/00GK102873558SQ201210355478
公開(kāi)日2013年1月16日 申請(qǐng)日期2012年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月21日
發(fā)明者王恪典, 劉志會(huì), 郭華, 梅雪松, 楊鵬云, 解曉龍, 鄒創(chuàng) 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)