專利名稱：一種基于壓電陶瓷的渦輪機葉片夾具與位姿快速調(diào)節(jié)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及渦輪機葉片的夾具領(lǐng)域，特別涉及一種基于壓電陶瓷的渦輪機葉片夾具與位姿快速調(diào)節(jié)方法。
背景技術(shù)：
渦輪機是一種將氣體或液體燃料燃燒產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)化為機械功的旋轉(zhuǎn)式葉輪動力機械裝置，廣泛應(yīng)用于能源、航空、交通、國防等領(lǐng)域，是適應(yīng)我國能源結(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氣輪機溫度最高(1400°C以上)、應(yīng)力最復(fù)雜、環(huán)境最惡劣的部位，其價值占整機的近50%，是燃氣輪機中的關(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，如何保證葉片機械加工中的準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合金包容箱型法。中國專利文件CN101417396A公開了一種基于微分幾何的夾具精度理論、定位點的形封閉準則的新型復(fù)雜曲面定位與夾緊快速算法。該文件中所闡述的發(fā)明的缺點是定位銷釘長度固定不可調(diào)，渦輪機葉片在夾緊后位姿無法更改，在夾緊過程中沒有對葉片關(guān)鍵區(qū)域的位姿變化進行實時監(jiān)測，夾具裝置中設(shè)計的定位銷釘一旦加工完成后，整個夾具可調(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，本發(fā)明的目的在于提供一種基于壓電陶瓷的渦輪機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、精準的調(diào)節(jié)以達到加工前葉片夾緊位姿的精度要求。為了達到上述目的，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監(jiān)測裝置，葉片定位裝置、葉片夾緊裝置和葉片榫頭位姿信號監(jiān)測裝置都固定在基座平臺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4的長軸線上，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4的長軸線成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4的長軸線兩側(cè)；所述的葉片榫頭位姿信號監(jiān)測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4上，第一法蘭座20與第二夾緊座14平行且其長軸方向的中心距渦輪機葉片5的榫頭端面不超過10_，第二法蘭座19在渦輪機葉片5的榫齒端面外側(cè)并間距不超過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)計有限位凸臺以固定壓電陶瓷C的位置。一種基于壓電陶瓷的渦輪機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)計虛擬儀器記錄榫頭位姿監(jiān)測裝置中電渦流位移傳感器所采集到渦輪機葉片5榫頭位姿初始狀態(tài)量Wa= (ffal, ffa2, ffa3, Wa4, Wa5, wa6)，在對渦輪機葉片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),計算得到位姿狀態(tài)變化量 AW = Wa-Wb ；第二步，假定渦輪機葉片5在夾緊后的位姿要達到定位精度要求時需調(diào)節(jié)定位銷釘?shù)奈灰屏繛長= (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)，并存入計算機中；第四步，在每個渦輪機葉片5進行加工夾緊時，根據(jù)采集到的渦輪機葉片5的榫頭位姿變化數(shù)據(jù)直接調(diào)入計算機數(shù)據(jù)庫中得到應(yīng)該調(diào)節(jié)的壓電陶瓷C的電壓值U，并對對應(yīng)的壓電陶瓷C所接電壓進行調(diào)節(jié)即可。本發(fā)明具有以下優(yōu)點和有益效果I)采用定位銷釘對渦輪機葉片的葉身曲面進行定位，相對于傳統(tǒng)的低熔點合金箱型包容法，工藝流程更簡單，耗能更少，制造成本低，有害氣體排放大幅度降低。2)在對渦輪機葉片定位夾緊過程中對葉片關(guān)鍵區(qū)域(榫頭)進行位姿變化數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測和采集，對每個葉片的實際工況進行詳細的數(shù)據(jù)記錄，可形成豐富的、有實際分析價值的葉片加工數(shù)據(jù)庫。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葉片的加工時間，提高了加工效率，增強了夾具的重復(fù)使用性和靈活性，同時在夾具使用上節(jié)約了加工成本提高了經(jīng)濟效益。


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)明渦輪機葉片榫頭位姿信號監(jiān)測裝置的等軸測圖。圖4為定位銷釘與壓電陶瓷的安裝配合示意圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明做詳細說明。 參照圖I與圖2，一種基于壓電陶瓷的渦輪機葉片夾具，包括葉片定位裝置、葉片夾緊裝置和葉片榫頭位姿信號監(jiān)測裝置，葉片定位裝置、葉片夾緊裝置和葉片榫頭位姿信號監(jiān)測裝置都固定在基座平臺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通過內(nèi)六角螺釘固定在基座平臺4的長軸線上，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4的長軸線成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通過內(nèi)六角螺釘平行固定在基座平臺4的長軸線兩側(cè)；參照圖3，所述的渦輪機葉片榫頭位姿信號監(jiān)測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通過內(nèi)六角螺釘固定在基座平臺4上,第一法蘭座20與第二夾緊座14平行且其長軸方向的中心距渦輪機葉片5的榫頭端面不超過10mm，第二法蘭座19在渦輪機葉片5的榫齒端面外側(cè)并間距不超過20mm，第三電渦流位移傳感器23與第六電渦流位移傳感器26對稱固定在第一法蘭座20的正X方向上，這兩個傳感器探頭中心離基座平臺4的上表面43mm，以有效的實時監(jiān)測葉片榫頭在夾緊過程中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，這兩個傳感器探頭中心與上述X方向上的2個傳感器探頭中心完全處于一個平面內(nèi)，用于監(jiān)測葉片榫頭在夾緊過程中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，這兩個傳感器探頭中心離基座平臺4的上表面43mm，離葉片榫齒端面I. 5-3mm，用于監(jiān)測葉片榫頭在夾緊過程中Y方向的位姿變化數(shù)據(jù)。參照圖4，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)計有限位凸臺以固定壓電陶瓷C的位置。一種基于壓電陶瓷的渦輪機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)計虛擬儀器記錄榫頭位姿監(jiān)測裝置中電渦流位移傳感器所采集到渦輪機葉片5榫頭位姿初始狀態(tài)量Wa= (ffal, ffa2, ffa3, Wa4, Wa5, Wa6)，在對渦輪機葉片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),計算得到位姿狀態(tài)變 化量 AW = Wa-Wb ；第二步假定渦輪機葉片5在夾緊后的位姿要達到定位精度要求時需調(diào)節(jié)定位銷釘?shù)奈灰屏繛長= (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)，并存入計算機中；第四步在每個渦輪機葉片5進行加工夾緊時，根據(jù)采集到的渦輪機葉片5的榫頭位姿變化數(shù)據(jù)直接調(diào)入計算機數(shù)據(jù)庫中得到應(yīng)該調(diào)節(jié)的壓電陶瓷C的電壓值U，并對對應(yīng)的壓電陶瓷C所接電壓進行調(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監(jiān)測裝置，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監(jiān)測裝置都固定在基座平臺(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(4)的長軸線上，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(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(4)的長軸線成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(4)的長軸線兩側(cè)； 所述的葉片榫頭位姿信號監(jiān)測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(4)上，第一法蘭座(20)與第二夾緊座(14)平行且其長軸方向的中心距渦輪機葉片(5)的榫頭端面不超過10mm，第二法蘭座(19)在渦輪機葉片(5)的榫齒端面外側(cè)并間距不超過20mm，第三電渦流位移傳感器(23)與第六電渦流位移傳感器(26)對稱固定在第一法蘭座(20)的正X方向上,第一電潤流位移傳感器(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(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)計有限位凸臺以固定壓電陶瓷(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)計虛擬儀器記錄榫頭位姿監(jiān)測裝置中電渦流位移傳感器所采集到渦輪機葉片(5)榫頭位姿初始狀態(tài)量Wa= (ffal, Wa2，Wa3，Wa4，Wa5，Wa6)，在對渦輪機葉片(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),計算得到位姿狀態(tài)變化量 Λ W = Wa-Wb ； 第二步，假定渦輪機葉片(5)在夾緊后的位姿要達到定位精度要求時需調(diào)節(jié)定位銷釘?shù)奈灰屏繛長= (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)，并存入計算機中； 第四步，在每個渦輪機葉片(5)進行加工夾緊時，根據(jù)采集到的渦輪機葉片(5)的榫頭位姿變化數(shù)據(jù)直接調(diào)入計算機數(shù)據(jù)庫中得到應(yīng)該調(diào)節(jié)的壓電陶瓷(C)的電壓值U，并對對應(yīng)的壓電陶瓷(C)所接電壓進行調(diào)節(jié)即可·。
全文摘要
一種基于壓電陶瓷的渦輪機葉片夾具與位姿快速調(diào)節(jié)方法，夾具采用六個銷釘對渦輪機葉片的葉身曲面進行定位，用螺桿對葉片兩端的端平面進行夾緊，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改變定位銷釘與葉片的相對位置，達到調(diào)節(jié)葉片位姿的目的，該方法提高了渦輪機葉片夾具的靈活性與葉片的定位精度，節(jié)約了葉片裝夾時間，降低了生產(chǎn)成本，提高了經(jīng)濟效益。
文檔編號B23Q3/00GK102873558SQ201210355478
公開日2013年1月16日 申請日期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, 郭華, 梅雪松, 楊鵬云, 解曉龍, 鄒創(chuàng) 申請人:西安交通大學(xué)