【摘要】隨著航空發動（dòng）機性能要求越來越高，各大主機（jī）生產廠對葉片加（jiā）工精度要求也越來越高。目前，航（háng）空發動機（jī）的葉片製造方法主要有電解加工、銑削（xuē）加工、精密鍛造、精密鑄（zhù）造等。
 
　　
　　葉片（piàn）作（zuò）為發動機的（de）相關重要部件之一（yī），其在航空發動機製造中所（suǒ）占比重約為30%。由於（yú）葉片形狀複雜、尺寸跨（kuà）度大（長度從20mm~800mm）、受力惡劣、承載最大，且在（zài）高溫、高壓和高轉速的工況下運轉，使得（dé）發動機的性能在很大程度上取決於（yú）葉片型（xíng）麵的設計製造水平。為滿足發（fā）動機高性（xìng）能（néng）、可靠性及壽命的要（yào）求，葉片通常選用合金（jīn）化程度很高的鈦合金、高溫合金等（děng）材料製成；同時由於葉片空氣動力學特性的要求，葉型必須具有精確的尺寸、準確的形（xíng）狀和嚴格的表麵完整性。
 
　　
　　隨著航空發動機性能要（yào）求（qiú）越來越高，各大（dà）主機生產廠對葉片加工精度要求（qiú）也（yě）越來越高。目前，航空發動機的葉片製造方（fāng）法主要有電解加工、銑削加工、精密鍛造、精密鑄造等。其中，數控銑（xǐ）削加工由於加工精度高、切削穩定、工藝成熟（shú）度高等優點而被廣泛應用。然（rán）而由於葉片零件壁薄、葉身扭曲大（dà）、型（xíng）麵複（fù）雜，容易產生變形，嚴重影響了（le）葉（yè）片的加工精度（dù）和表麵質量。如何（hé）嚴格控製葉片的加工誤差，保證良（liáng）好的型麵精（jīng）度，成為檢測工作關注的重點（diǎn）。葉片型麵（miàn）是基於葉（yè）型按照一定積累疊加規律形成的空間曲麵，由於葉片形狀複雜特殊、尺寸（cùn）眾多、公差要求嚴格，所（suǒ）以葉片型線的參數沒有固定的規律，葉片型麵的複雜性和（hé）多（duō）樣性使葉片的測量變得較為困難。傳統的檢測（cè）方法無法科學地指導葉片的生產（chǎn）加工，隨著汽輪（lún）機、燃氣機等製造（zào）業的發（fā）展，要求發動機不斷（duàn）更新換代，提（tí）高發動機的安全性和可靠性；先進技術的體現在（zài）於葉片的（de）改進與創新（xīn），從而必須提高（gāo）葉片製造技（jì）術水平，同時要求葉片加（jiā）工測量實現數字化，體現其精準度，精確給出葉片各點實際數值與葉片理論設計的（de）誤差。且隨著我國航（háng）空（kōng）發動機（jī）製造企業的迅猛發展，發動機葉片數量大、種類多，檢測技術麵臨著（zhe）前所未有的機遇和挑戰。
 
　　
　　目前，在國內（nèi）的（de）葉片（piàn）檢測過程中，傳統的（de）標準樣板測量（liàng）手段仍占主導地位，效率低下、發展緩慢，嚴重製約著設計（jì）、製造和檢測的一體化進程。為適應快速高效檢測要求，目（mù）前西方發達（dá）國家已普遍采用三坐（zuò）標測量機對葉片（piàn）進行檢測。由於航空發（fā）動機（jī）葉片的數量大、檢測項目多，三坐標檢測技術的引入很大程度地改善了葉片製造過程中檢測周期（qī）長、檢測結（jié）果不準確以及由於和外方檢測方式不一致所導致的檢測結果（guǒ）差異過大的問題。三坐標檢（jiǎn）測所特有的適用性強、適用麵廣、檢測快（kuài）速、結果準確的這一優點，使得三坐標測量機在葉片生產企業得到廣泛應用。近年來，隨著我（wǒ）國航空工業的發展，三（sān）坐標測量機在葉片生產（chǎn）主機廠家逐漸得到普及。但由於葉片型麵（miàn）複雜（zá）、精度要求高，不同廠家的測量方式、測（cè）量流程和數據處理方式不同（tóng），導致葉片的測量結果不一致，測（cè）量工作反複，嚴重製約著葉型檢測（cè）效率的提（tí）高。
 
　　
　 　葉型檢測難點具體表現為：
 
　　
　　（1）測量精度和效率要求高。葉片型麵的測量精度直接反映製造精度，通常要求測（cè）量精度達到10μm，甚至1μm。因此對（duì）測量環境要求嚴格（gé）苛刻，通常需要專門的測量室。葉片是批量生產（chǎn）零（líng）件，數量成千上萬，應盡可能提高測量速度和效（xiào）率（lǜ）。生產車間和測量室之間的反複運輸（shū）和等待，使（shǐ）得檢測效率低下。
　　 
　　（2）測量可靠性（xìng）要（yào）求高。葉片測量和數據（jù）處理結果應反映葉片的實際（jì）加工狀態，這樣才（cái）能保證葉片的製造質量。
　　 
　　（3）數據處理過程複雜（zá）。葉片圖紙上（shàng）不但有葉型、弦長、前緣後緣半徑等尺寸誤差要求，還有（yǒu）葉片的形狀輪廓、彎曲、扭轉、偏移等形位誤差要求（qiú）。利用三坐標測量機獲取的（de）測量數據存在噪點（diǎn），通常需要對原始的測量點集進一步簡化，提取（qǔ）不同的尺寸和特征參數；還需進行複雜的配準運算，迭代求（qiú）解葉（yè）片的（de）形位誤差（chà）。其中算法選用不同得到的誤差評定（dìng）結果各有差異，導致整（zhěng）個處（chù）理過程複（fù）雜。
 
　　 
　　葉（yè）片測量新技術
  
　　
　　（1）基於數字樣板葉型檢測方法（fǎ）。
　　 
　　標準樣板是根據葉片（piàn）的理論型線設計（jì）製造的與葉（yè）型截麵對應的母模量具，使用葉（yè）片固定座（即（jí）型麵測具）把葉片固定後，用處（chù）於理想位置的葉（yè）盆（pén）標準樣板和葉背標準樣板檢查葉盆、葉背型麵間隙，並反複調整葉片空間位（wèi）置，以型線的吻合度（dù）作為衡量其是否合（hé）格的依據。葉型設計圖多以透（tòu）光度，或相對誤差來表示，如±0.15mm。這個比對誤差實際上並不是單純的（de）形狀誤差，而是形狀誤差、尺寸誤差、位置誤差三者的綜合體。
　　 
　　針對標準樣板（bǎn）法的特點和存（cún）在的缺點，西北工業大學研究了基（jī）於數字（zì）樣板的檢測方法（fǎ）。數字樣板檢測方法是基於標準（zhǔn）樣板法的原理，利用數字化測量手段獲取測量數據，然後利用（yòng）虛擬的（de）數字樣板（bǎn），與實測的數據進行匹配，在公差（chà）約束條件下達到最佳匹配。最後在該最佳姿態下，求解葉型各項形位（wèi）誤差。下文將數字樣板檢測方法歸納為三個主要過程：實（shí）物樣板數字化、匹配過程模型化、誤差評定過程自動化。實物樣板（bǎn）數字化是將傳統的實物樣板轉換為CAD模型，以數字模型（xíng）的方式進行樣板比（bǐ）對和誤差評定（dìng）。由葉片設計模型構造（zào）的三（sān）維CAD模（mó）型，它包括了加工葉片完整的截麵幾何（hé）信息、基準信息，是數字樣板法誤差評定的模型基礎，可以進行表（biǎo）麵輪廓度（dù）分析、葉型特征參數和形位誤差的分析和評定。對於數（shù）字樣板法的原始測量點（diǎn）集，主要通過CMM測量獲得。在數字樣板構造的基礎上（shàng），通過匹配過程的（de）模型化對測量數據（jù）和數字樣板自動進行調整。針對數字（zì）樣板（bǎn）法中的原（yuán）始測量數據，通常需要進行數（shù）據預處理（lǐ），獲取真實（shí）有（yǒu）效的型麵測量數（shù）據參與數（shù）字樣板檢測。其中，數據預處理包括測量點去噪（zào）、測頭半徑補（bǔ）償、坐標變換、測量點與（yǔ）曲麵的（de）配準、測量點排序等。其中，數據處理的第一步，就是對得到的型麵測量點進行去噪，篩（shāi）選有（yǒu）效的（de）測（cè）量數（shù）據（jù）。其次，CMM測量得到的數據是測頭球心數據（jù），必須進行測（cè）頭半徑補（bǔ）償。對於葉片測量時的裝夾引起的係統誤差，在樣板（bǎn）匹配前必須進行坐標係對齊來消除。
 
  
     

       圖題：基於數字樣板的葉片檢（jiǎn）測模塊（kuài）功能結構
 
  
 （2）葉片高速連續掃描技術。
　　 
　　為提高整體葉盤葉片的檢測效（xiào）率，雷尼紹（shào）公司近（jìn）年來開（kāi）發了SPRINT高速掃描係統。與傳統的機內測量技術相比，SPRINT葉片測量係統可以顯著縮短測量循環時間，對葉片前邊緣也能提供精確出色的測量結果，可以為葉片自適應加工、工序間檢測等提（tí）供很好的檢測數據。葉片測量分析軟（ruǎn）件可通過數控機床控製器（qì）上的Productivity+™CNCplug-in直接運行，因此測量數據可通過宏變量自動提供給數控機床，也可以自動提供給連接的計算機（jī）進行下遊數據處理。SPRINT係統配備的OSP60SPRINT測（cè）頭每秒可以采集（jí）1000個（gè）3D數據點，從而可以滿足葉片在機快速檢測的要求。
　　 
　　利用SPRINT係統進行測量（liàng）時，在CNC機（jī）床（chuáng）上分別從四個方向對葉（yè）片進（jìn）行測量，從而（ér）避免在測量過程（chéng）中（zhōng）發生測頭與工件之間的碰撞幹涉。在測量之後，四部分的測（cè）量數據將被拚合成一個完整的葉片測量數據集。SPRINT係統可以用於加工過程中工序間的檢測，以確保產品的加工過程正確。同時，還可以作為加工完之後的質量檢測（cè）使用。
 

    結束語
 
　　
　　加（jiā）工（gōng）過程中以及（jí）加（jiā）工後的型麵誤差檢測（cè）是確保（bǎo）葉片加工質量符合公差要求的必要手段。隨著測量技術的不斷發展，逐（zhú）漸發展處（chù）快速、簡易、高效的葉片測量與數據處理技術。同時，隨著（zhe）智能加工技術的發（fā）展，在機快速檢測技術將（jiāng）推動葉片加工質量與成品率的提升。在這一發展過程中，需要重視和建立葉片在機測量和加工質量的評估標準，從而為這類技術的推廣使（shǐ）用（yòng）奠定基礎。