壁厚有倾斜角的圆盘在给定直径上厚度测具及方法与流程

1.本发明涉及航空发动机涡轮膜盘技术领域，特别地，涉及一种壁厚有倾斜角的圆盘在给定直径上厚度测具。此外，本发明还涉及一种包括上述壁厚有倾斜角的圆盘在给定直径上厚度测具的测量方法。


背景技术：

2.航空发动机涡轮膜盘是发动机传动的最重要组件和精度最高的组件之一，膜盘的精度直接影响发动机的振动，进而影响发动机的性能和寿命。膜盘两端的圆盘在给定直径上厚度的合格率一直是最影响膜盘整体合格率的最重要因素，通常合格率在20％以下；并且在给定直径上厚度处的加工效率也是最影响膜盘整体加工效率的最重要因素，在给定直径上厚度处的加工时间占整体加工时间的80％以上。以往因为膜盘两端圆盘上有多个给定直径上厚度需要测量，花费大量的时间，约占整体加工时间的65％左右，并且此厚度需要粗加工后，先测量出粗加工后厚度的实际值，再根据实际值算出补刀值，然后再进行精加工，测量时需要从机床上拆卸工件，进一步影响了合格率。
3.膜盘两端的圆盘的结构形式是厚度方向有角度、且厚度呈线性变化，在给定直径上厚度的测量通常是指在圆盘外圆直径φd已知及圆盘厚度方向上的分别位于圆盘正反两侧面上两个倾斜角度α
°
、β
°
均已知的情况下，测量给定直径φa处的厚度h，现有h的测量方法通常是采用三坐标测量仪测量，即：需要从工件找一个参考底面，至少打16个点，形成三坐标测量仪的一个基准；再从工件外圆φd至少打16个点，形成三坐标测量仪的别一个基准；以上述找到了两个基准，在φa的直径上正反两面总共至少打32个点，测出厚度h，找出其中最大值和最小值。采用三坐标测量仪测量存在如下缺点：(1)效率低：三坐标测量仪需要至少打64个点才能测出需要的值，至少需要20分钟以上；(2)精度低：测量精度受所取的参考面与被测值位置的位置度精度影响，并且三坐标测量时测点如果只取16个点，只能反应出所测量的16个点的尺寸，并非真实的连续的一整圈的最大值和最小值；(3)使用不方便：使用时，必须把工件放入三坐标工作台上测量，不能在工件还装在机床上时使用；(4)成本高：三坐标几乎是工厂里成本最高的测量方法，因为其设备的采购和维护非常昂贵。
4.因此，需要一种精确、快速和方便(能在不从机床上拆卸工件就能测量)的测量用测具及测量方法。


技术实现要素：

5.本发明提供了一种壁厚有倾斜角的圆盘在给定直径上厚度测具及方法，以解决现有采用三坐标测量仪测量存在的效率低、精度低、使用不方便及成本高的技术问题。
6.根据本发明的一个方面，提供一种壁厚有倾斜角的圆盘在给定直径上厚度测具，包括主体、固定支承架、千分指示表、活动支承架和球头测量销，所述主体包括用于跨放在圆盘外圆上的y形架和设置在y形架中部的收纳槽，所述y形架包括跨放在圆盘外圆上的v形结构和设置在v形结构转折处的连接结构，所述v形结构的张开角度为γ，所述固定支承架
和活动支承架分列在主体的两侧，固定支承架通过可拆卸方式与连接结构的第一侧面连接固定，所述活动支承架包括与主体连接的固定端和绕固定端旋转的自由端，活动支承架的固定端通过可旋转连接方式与连接结构的第二侧面处连接固定，活动支承架的宽度不大于收纳槽的宽度，活动支承架以其与连接结构的连接处为铰接点转动进而收纳在收纳槽内，所述收纳槽中设有用于活动支承架在收纳槽中收纳时活动支承架的位置固定的固定单元，所述千分指示表装设在活动支承架的自由端上，所述球头测量销装设在固定支承架的非连接端端上，球头测量销的球头与千分指示表的表头分别用于与圆盘的正、反两侧面接触。
7.进一步地，所述固定单元包括长方头螺钉，所述长方头螺钉的螺钉部分固定在收纳槽中的螺纹孔中，所述活动支承架上设有供长方头螺钉的头部穿出的固定槽，所述固定槽的宽度大于长方头螺钉的头部的宽度，且固定槽的宽度小于长方头螺钉的头部的长度，所述长方头螺钉的头部穿出固定槽并紧贴固定在活动支承架的外表面上，以使活动支承架压紧收纳在收纳槽中。
8.进一步地，所述主体上设有测具基准孔，所述千分指示表的中心至测具基准孔的距离b1等于b-φa/2-φd1*sinβ/2，其中：b为测具基准孔至圆盘中心的距离值，φa为圆盘上给定直径上的直径数值，φd1为千分指示表表头的直径值，β为与千分指示表表头接触的圆盘侧面厚度方向的倾斜角度；所述球头测量销的中心至测具基准孔的距离b2等于b-φa/2-φd2*sinα/2，其中：b为测具基准孔至圆盘中心的距离值，φa为圆盘上给定直径上的直径数值，φd2为球头测量销的球头的直径值，α为与球头测量销的球头接触的圆盘侧面厚度方向的倾斜角度。
9.进一步地，所述球头测量销的球头与千分指示表的表头不对称。
10.根据本发明的另一方面，还提供了一种壁厚有倾斜角的圆盘在给定直径上厚度测量方法，包括上述所述的壁厚有倾斜角的圆盘在给定直径上厚度测具，且包括如下步骤：
11.s1、制作标准件：制作出一个标准件，所述标准件的结构基准和被测位置均与待测工件一致，标准件按照待测工件的设计图纸上的尺寸进行制作，取标准件外圆上一点d3，用三坐标测量仪测出在标准件上给定直径φa上的厚度真实值h3，并且测量出d3处的直径真实值φd3，记录下h3、φd3的值，并且刻在标准件上；
12.s2、打开测具并对测具进行校准：打开测具，将测具主体的v形结构跨在标准件上点d3处，球头测量销的球头接触到标准件，合上测具，调整固定单元，使活动支承架呈稳定收纳状态，调整千分指示表，使千分指示表的表头接触标准件，并且处于压表状态，调整千分指示表的表盘归零；
13.s3、使用测具对待测工件进行测量：打开测具，将测具主体的v形结构跨在待测工件外圆上的d点处，使用直径测量工具测出d点处的直径值φd，球头测量销的球头接触到待测工件，合上测具，调整固定单元，使活动支承架呈稳定收纳状态，固定测具并使待测工件转动一圈，转动过程中，读出千分指示表上指针的最大值e1和最小值e2；
14.s4、计算厚度值范围：根据如下公式计算待测工件上给定直径φa上的厚度最小值h1和厚度最大值h2，h1＝h3 e2 1/2*(tanα tanβ)(φd3-φd)/sin(γ/2)，h2＝h3 e1 1/2*(tanα tanβ)(φd3-φd)/sin(γ/2)，其中α、β分别为待测工件正、反两面上存在的倾斜角度值，γ为测具主体的v形结构的张开角度；
15.s5、判断待测工件的加工是否合格：通过将h1～h2的范围与待测工件允许的范围
值进行比较，判断待测工件在给定直径上厚度的加工是否合格，若h1～h2在待测工件允许的范围内，说明待测工件在给定直径上厚度的加工合格，若h1～h2不在待测工件允许的范围内或与待测工件允许的范围有重叠，说明待测工件在给定直径上厚度的加工不合格；
16.s6、批量进行待测工件合格性检测：每更换一个待测工件进行测量时，重复进行步骤s3～s5。
17.进一步地，所述步骤s1中，标准件制作完成后在标准件上正、反两面相同位置上分别刻两条刻线，两条刻线关于d3点与圆盘中心的连线呈轴对称，给定直径φa上的厚度测量点位于d3点与圆盘中心的连线上。
18.进一步地，所述标准件上在同一侧面上的两条刻线之间的距离为8～12mm。
19.进一步地，所述步骤s1中，标准件的形状为非整圆结构，标准件为按照待测工件的设计图纸制作的整圆结构的圆盘制作完成后选取精度较高的部分切削截取出来而形成的结构，切削截取部分包括圆盘的圆心处结构和多于沿圆心的整圆的1/6结构。
20.进一步地，所述步骤s2中，球头测量销的球头与标准件的接触点位于两条刻线范围内。
21.进一步地，所述步骤s3中，在使用测具对待测工件进行测量的过程中，待测工件始终安装在机床上。
22.本发明具有以下有益效果：
23.(1)本发明的测具包括主体、固定支承架、千分指示表、活动支承架和球头测量销，将主体上的v形结构跨设在待测工件的圆盘的外圆上进行定位，定位方式是：先通过v形机构跨设在待测工件上，通过调整待测工件，以使球头测量销的球头顶抵于待测工件的待测位置，然后将活动支承架卡固于收纳槽内，使得千分指示表的的表头与球头测量销的球头相对夹持于待测工件的正、反两侧，通过千分指示表的表头在活动支承架上的位置及球头测量销的球头在固定支撑架上的位置的合理设置，通过球头测量销的球头和千分指示表的表头分别接触待测工件的正、反两面的给定直径φa上，测具的位置不动，转动待测工件的圆盘，读取千分指示表的指针的最大值和最小值，通过公式计算出指定给定直径φa上的厚度范围值，根据范围值来判断待测工件在给定直径上厚度的加工是否合格，本发明的测具在测量过程中不需要打点，也不要将待测工件从机床上拆卸下来，具有测量效率高、使用方便的优点，本发明的测具通过转动待测工件的圆盘，可以测得真实的且连续的一整圈的最大值和最小值，测量精度不会受所取的参考面与被测值位置的位置度精度影响，精度较高；另外，本发明测具的结构简单、制作起来困难度也较低，制作成本较低，后期维护起来也很简单，使整个测量成本较低；
24.(2)本发明的测具只包括主体、固定支承架、千分指示表、活动支承架和球头测量销，体积较小，重量较轻，可以在多种场合使用，使用范围较广；
25.(3)发明的测量方法使用了本发明的测具，并先制作一个结构基准和被测位置均与待测工件一致的标准件，先通过标准件对测具进行校准，然后再使用测具进行测量，利用测具及计算公式得出指定给定直径φa上的厚度范围值，根据范围值来判断待测工件在给定直径上厚度的加工是否合格，在测量过程中不需要打点，也不要将待测工件从机床上拆卸下来，测量一个待测工件不超过1分钟，可以批量检测待测工件的在给定直径上厚度的合格率，具有测量效率高、使用方便的优点，极大的提高了发动机膜盘的加工效率，本发明的
测量方法通过转动待测工件的圆盘，可以测得真实的且连续的一整圈的最大值和最小值，测量精度不会受所取的参考面与被测值位置的位置度精度影响，精度较高，经过试用，测量的精度误差不超过0.01mm。
26.除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
27.构成本技术的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
28.图1是本发明优选实施例的壁厚有倾斜角的圆盘在给定直径上厚度测具的结构立体图；
29.图2是本发明优选实施例的壁厚有倾斜角的圆盘在给定直径上厚度测具的处于待测工件上且处于合上状态时的结构示意图；
30.图3是本发明优选实施例的壁厚有倾斜角的圆盘在给定直径上厚度测具的处于待测工件上且处于打开状态时的结构示意图；
31.图4是图2的右视图；
32.图5是图2的前视图；
33.图6是图2的左视图；
34.图7是本发明优选实施例的标准件的结构示意图；
35.图8是图7的侧视图。
36.图例说明：
37.1、主体；11、y形架；12、收纳槽；13、测具基准孔；2、固定支承架；3、千分指示表；4、活动支承架；41、固定槽；5、球头测量销；6、固定单元；7、标准件；8、待测工件；9、两条刻线。
具体实施方式
38.以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。
39.如图1-6所示，本实施例的壁厚有倾斜角的圆盘在给定直径上厚度测具，包括主体1、固定支承架2、千分指示表3、活动支承架4和球头测量销5，主体1包括用于跨放在圆盘外圆上的y形架11和设置在y形架11中部的收纳槽12，y形架11包括跨放在圆盘外圆上的v形结构和设置在v形结构转折处的连接结构，v形结构的张开角度为γ，固定支承架2和活动支承架4分列在主体1的两侧，固定支承架2通过通过螺钉和销钉组合件与连接结构的第一侧面连接固定，活动支承架4包括与主体1连接的固定端和绕固定端旋转的自由端，活动支承架4的固定端通过铰链组合与连接结构的第二侧面处连接固定，活动支承架4的宽度不大于收纳槽12的宽度，活动支承架4以其与连接结构的连接处为支点旋转收纳在收纳槽12内，收纳槽12中设有用于活动支承架4在收纳槽12中收纳时活动支承架4的位置固定的固定单元6，千分指示表3通过弹性套和螺钉装设在活动支承架4的自由端上，球头测量销5装设在固定支承架2的非连接端上，球头测量销5的球头与千分指示表3的表头分别用于与圆盘的正、反两侧面接触。
40.本实施例的测具包括主体1、固定支承架2、千分指示表3、活动支承架4和球头测量销5，只需要将主体1上的v形结构跨设在待测工件8的圆盘的外圆上，通过千分指示表3的表头在活动支承架4上的位置及球头测量销5的球头在固定支撑架2上的位置的合理设置，通过球头测量销5的球头和千分指示表3的表头分别接触待测工件8的正、反两面的给定直径φa上，测具的位置不动，转动待测工件8的圆盘，读取千分指示表3的指针的最大值和最小值，通过公式计算出指定给定直径φa上的厚度范围值，根据范围值来判断待测工件8在给定直径上厚度的加工是否合格，本发明的测具在测量过程中不需要打点，也不要将待测工件8从机床上拆卸下来，具有测量效率高、使用方便的优点，本实施例的测具通过转动待测工件8的圆盘，可以测得真实的且连续的一整圈的最大值和最小值，测量精度不会受所取的参考面与被测值位置的位置度精度影响，精度较高；另外，本实施例测具的结构简单、制作起来困难度也较低，制作成本较低，后期维护起来也很简单，使整个测量成本较低；本实施例的测具只包括主体1、固定支承架2、千分指示表3、活动支承架4和球头测量销5，体积较小，重量较轻，可以在多种场合使用，使用范围较广。
41.本实施例中，固定单元6包括长方头螺钉，长方头螺钉的螺钉部分固定在收纳槽中的螺纹孔中，活动支承架4上设有供长方头螺钉的头部穿出的固定槽41，固定槽41的宽度大于长方头螺钉的头部的宽度，且固定槽41的宽度小于长方头螺钉的头部的长度，长方头螺钉的头部穿出固定槽41并紧贴固定在活动支承架4的外表面上，以使活动支承架4压紧收纳在收纳槽12中。固定单元6在使用过程如下：若是活动支承架4需要打开时，通过手握长方头螺钉的头部旋转长方头螺钉的螺钉部分，当长方头螺钉的头部完全处于固定槽41的尺寸范围内时，长方头螺钉的头部可以从固定槽41脱出，此时活动支承架4可以从收纳槽12中打开，便于将测具从工件上取下，若是活动支承架4需要合上时，一般是需要使用测具进行测量时才需要活动支承架4处于这种状态，先将主体1上的v形结构跨设在工件上，再通过将长方头螺钉的头部穿过固定槽41，手握长方头螺钉的头部旋转长方头螺钉的螺钉部分，当长方头螺钉的头部被拧到与固定槽41垂直时，活动支承架4被锁紧在收纳槽12中，此时活动支承架4可以稳定地处于工件上，此时可以使用测具对工件进行测量。
42.本实施例中，主体1上设有测具基准孔13，千分指示表3的中心至测具基准孔13的距离b1等于b-φa/2-φd1*sinβ/2，其中：b为测具基准孔13至圆盘中心的距离值，φa为圆盘上给定直径上的直径数值，φd1为千分指示表3表头的直径值，β为与千分指示表3表头接触的圆盘侧面厚度方向的倾斜角度；球头测量销5的中心至测具基准孔13的距离b2等于b-φa/2-φd2*sinα/2，其中：b为测具基准孔13至圆盘中心的距离值，φa为圆盘上给定直径上的直径数值，φd2为球头测量销5的球头的直径值，α为与球头测量销5的球头接触的圆盘侧面厚度方向的倾斜角度。b1、b2的设计，为了使球头测量销5的球头和千分指示表3的球头正好能接触到待测工件8的指定直径上，b1、b2的值根据几何计算得到，千分指示表3、球头测量销5的上述设置是为了保证测具的尺寸设计符合其快速测量壁厚有倾斜角的圆盘在给定直径上厚度的使用要求。
43.本实施例中，球头测量销5的球头与千分指示表3的表头不对称。
44.如图1-8所示，根据本实施例的另一方面，还提供了一种壁厚有倾斜角的圆盘在给定直径上厚度测量方法，包括上述所述的壁厚有倾斜角的圆盘在给定直径上厚度测具，且包括如下步骤：
45.s1、制作标准件：制作出一个标准件7，标准件7的结构基准和被测位置均与待测工件8一致，标准件7按照待测工件8的设计图纸上的尺寸进行制作(包括在标准件7的正、反两面上加工处角度α和β，α和β采用数控车床加工)，标准件7的各项参数几乎可以和待测工件8的各项参数保持一模一样，取标准件7外圆上一点d3，用三坐标测量仪测出在标准件7上给定直径φa上的厚度真实值h3，定直径φa上的厚度真实值h3的测量过程与现有使用三坐标测量仪的测量过程一致，由于标准件7是作为参照标准使用的，只需测量一次得出h3的值刻在标准件7即可，是不需要重复测量的，此处测量不会影响待测工件8的测量效率，并且测量出d3处的直径真实值φd3，记录下h3、φd3的值，并且刻在标准件7上，以后的待测工件8的测量过程均可使用这两个数值，不需要每个待测工件8的测量时都要再测一次h3、φd3的值；
46.s2、打开测具并对测具进行校准：打开测具，将测具的主体1的v形结构跨在标准件7上点d3处，球头测量销5的球头接触到标准件7，合上测具，调整固定单元6，使活动支承架4呈稳定收纳状态，调整千分指示表，使千分指示表3的表头接触标准件，并且处于压表状态，调整千分指示表3的表盘归零，完成测具的校准；
47.s3、使用测具对待测工件8进行测量：打开测具，将测具主体1的v形结构跨在待测工件8外圆上的d点处，使用千分尺直接卡在待测工件8的圆盘上测出d点处的直径值φd，球头测量销5的球头接触到待测工件8，合上测具，调整固定单元6，使活动支承架4呈稳定收纳状态，用手扶测具转动待测工件8一圈，转动过程中，读出千分指示表3上指针的最大值e1和最小值e2；
48.s4、计算厚度值范围：根据如下公式计算待测工件上给定直径φa上的厚度最小值h1和厚度最大值h2，h1＝h3 e2 1/2*(tanα tanβ)(φd3-φd)/sin(γ/2)，h2＝h3 e1 1/2*(tanα tanβ)(φd3-φd)/sin(γ/2)，其中α、β分别为待测工件8正、反两面上存在的倾斜角度值，γ为测具主体1的v形结构的张开角度；
49.s5、判断待测工件8的加工是否合格：通过将h1～h2的范围与待测工件8允许的范围值进行比较，判断待测工件8在给定直径上厚度的加工是否合格，若h1～h2在待测工件8允许的范围内，说明待测工件8在给定直径上厚度的加工合格，若h1～h2不在待测工件8允许的范围内或与待测工件8允许的范围有重叠，说明待测工件8在给定直径上厚度的加工不合格；
50.s6、批量进行待测工件8合格性检测：每更换一个待测工件8进行测量时，重复进行步骤s3～s5。
51.本实施例中，步骤s1中，标准件7制作完成后在标准件7上正、反两面相同位置上分别刻两条刻线9，两条刻线9关于d3点与圆盘中心的连线呈轴对称，给定直径φa上的厚度测量点位于d3点与圆盘中心的连线上。标准件7上在同一侧面上的两条刻线9之间的距离为8～12mm，两条刻线9之间的距离少于8mm会导致测量过程不容易操作，两条刻线9之间的距离大于12mm会导致测量精度下降。两条刻线9的目的是为了使h3值更加准确，在给定直径φa整圆的范围上，两条刻线能够缩小h3最大值和最小值的范围。
52.本实施例中，步骤s1中，标准件7的形状优选为非整圆结构，标准件7为按照待测工件的设计图纸制作的整圆结构的圆盘制作完成后选取精度较高的部分切削截取出来而形成的结构，切削截取部分包括圆盘的圆心处结构和多于沿圆心的整圆的1/6结构。在其他实
施例中，标准件7的形状做成整圆也可以，本实施例中将标准件7做成非整圆结构(三个边为直线型，一条边会弧形结构)，一方面可以提取精度最高的部分，另一方面更有利于标准件7竖直放置在水平的桌面上，方便使用，待测工件8在加工时一般使用的是卧式车床，工件在加工时是水平放置，标准件的放置角度和待测工件8被测时的放置角度一致，有利于减小操作者由于水平高低产生的测量误差。
53.本实施例中，步骤s2中，球头测量销5的球头与标准件7的接触点位于两条刻线9范围内，两条刻线9范围内是取标准件7中最精密的一部分，通过设置两条刻线9可以减小标准7件的加工难度，不用整个标准件7每部分都加工的非常精密。
54.本实施例中，步骤s3中，在使用测具对待测工件8进行测量的过程中，待测工件8始终安装在机床上，测量过程不需要将待测工件8从机床上拆卸下来，既不会影响合格率，还具有使用方便的特点。
55.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。