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激光平直度测量仪在航空发动机加工领域的应用

发布时间:2024-08-30

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    某客户为国产C919大飞机提供航空发动机及关键零部件,主要用奥地利WFL M60车铣复合加工中心(以下简称“M60”)进行加工。由于生产航空发动机的原材料价格非常昂贵,加工过程中不容许产品报废,因此该公司需要定时或不定时地对M60直线轴的直线度和平行度进行测量与调校,确保产品精度符合要求。


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图1 WFL M60车铣复合加工中心 


    M60具有直线轴X/Y/Z1/Z4和摆轴B等,其中Z1和Z4的直线度以及它们之间的平行度对保证产品加工精度至关重要。但是这两根轴的行程超过4000mm,随着机床使用时间的累积,Z1轴和Z4轴的直线度及平行度有可能受到影响。


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图2 机床轴系示意图 


    此次测量的难点和要点在于,直线轴的行程达到了4000mm,而客户要求的测量位置为非等间隔,在常用加工位置上的测量间隔甚至达到0.2mm的间隔,其余加工位置的间隔有200mm。另外,由于M60的X轴与水平面呈60°夹角,在测量其直线度时,需要分解为与XZ4平面相垂直和平行这两个方向。这对于激光干涉仪、准直仪和电子水平仪等传统仪器来说可能是一个测量难题,而且测量效率低会导致机床的停机时间过长从而严重影响生产进度,但是激光平直度测量仪可以快速有效地解决上述难点。


    由于激光平直度测量仪基于激光-PSD原理,只有单光束发射到接收器上而没有返回光,因此对激光束的滚动角没有要求。所以,接收器用磁性座吸在XZ1平面的导轨上,并确保接收器内部的倾角传感器角度显示为60°±0.1°。激光发射器可以固定在任何可能的位置而无需考虑滚动角的问题,只需要在测量前调整光路大致与被测轴平行即可。


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图3  激光平直度测量仪的安装与测量


    M60的Z1和Z4两轴跨距较小,因此激光器可以安装在Z1和Z4两轴的大致中间位置,并确保接收器在这两根轴上都能通过支撑杆偏置到激光束所在的位置。由于依靠数控系统进行驱动,每个测量点位置的定位误差很小,所以只需要将激光调整至首尾两点差值0.1mm以内即可(无需严格调零)。 


    Z1和Z4轴上分别由51个和39个非等间隔的测量点,每根轴的调光和测量过程用时约20分钟左右,测量两根轴的直线度及平行度总耗时缩短至1个小时左右,测量完成以后可以直接在主机上打开PDF测量报告。


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图5  双向平行度测量结果(具有整体和多点分析)


    用激光平直度测量仪对M60车铣复合加工中心的Z1和Z4轴的直线度和平行度进行测量,有效解决了具有斜床身结构机床的测量难题。客户可以根据测量数据对机床精度状态进行快速有效地诊断并确定是否需要进行调整,这对于航空发动机制造过程中的产品质量控制尤为关键。



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