高压压气机转子叶片燕尾榫头定位装置设计

高压压气机转子叶片燕尾榫头定位装置设计摘要：设计了主要面向航空发动机高压压气机转子叶片燕尾榫头的数控加工定位装置。该新型装置由定位装置、定向装置、调整装置、夹紧装置组成。其通过对燕尾榫头的多面接触夹紧，保证定位的稳定性和精确性。操作便捷，定位准确，实现了压气机转子叶片的高效、高精度加工，提高了产品的市场竞争力，对航空发动机的生产制造有显著的工程意义。

关键词：叶片燕尾榫头；定位装置；数控加工；高精度

中图分类号：文献标识码：

Design of High Pressure Compressor Rotor Blade Dovetail Tenon Positioning Device Abstract:A computerized numerical control positioning device for rotor blade dovetail tenon of aeroengine high pressure compressor was designed. The new device consists of a positioning device, a directional device, an adjusting device and a clamping device. Through the multi face contact clamping of the dovetail tenon, the stability and accuracy of the positioning are ensured. It has the advantages of convenient operation, accurate positioning, high efficiency and high precision machining of compressor rotor blades, improved the market competitiveness of products, and has significant engineering significance for aeroengine production and manufacturing.

Key words:Blade dovetail tenon；Positioning device；NC machining；High precision 0 引言

高压压气机转子叶片俗称动叶，是压气机的核心零件之一，在工作状态下受气动力和离心力的综合作用而容易产生变形[1]。动叶由叶身、缘板和榫头组成（如图1所示），叶身为窄长薄壁型且具有复杂的空间曲面，榫头有轴向燕尾型、环形燕尾型、圆弧形燕尾型等多种结构。轴向燕尾榫头通常用于高压压气机前几级转子中，它承受载荷的榫头面积大，能承受交大的离心载荷。整体式叶片的榫头与叶身型面有一定的相对扭转和偏移，与轮盘通过榫槽相连接，主要使发动机流入的空气增加动能，进而提高航空发动机的热力循环效率和有效推力。所以他们都是在高转速下工作，惯性负荷很大，叶片根部承受的交变负荷极大，应力变

化复杂，平衡性要求高。

在转子叶片的加工中，需要分别加工叶身、缘板、榫头三部分。在现有实际应用中，多见针对叶身的定位装置，夹紧榫头来加工叶身的装置并不常见。目前，高压压气机叶片的高品质制造主要以多轴机床的数控加工为主，用夹紧装置夹持榫头，再用数控刀具加工叶身，辅以表面处理技术来完成。部分企业自己制作液

压类、精密浇注类榫头夹持装置，制造成本高、定位时间长、定位精度有限，导致叶片产品加工周期长、废品率高、生产成本较大，市场上还没有开发出解决这一工艺难题的有效技术。高压压气机转子叶片燕尾榫头定位装置克服了上述定位夹具的诸多缺点，操作便捷，定位准确，实现了压气机转子叶身的高效、高精度加工，已经在小范围内成功实践。

图1.燕尾形榫头结构的压气机转子叶片1 设计原理

轴向燕尾榫头难于稳定装夹，叶片加工过程技术含量高。以前由于技术条件的限制，比较少的采用燕尾圆弧榫头。现在，数控加工技术突飞猛进，加工转子叶片时对榫头夹具的要求就特别高。加工叶身的关键是对叶片榫头进行精准定位，榫头的作用是将工作叶片连接到盘缘上，并将叶身所受的离心力均匀向盘缘传递。故榫头的材质为不锈钢或钛合金，本身有足够的硬度和强度，外轮廓结构较复杂，一般的定位装置很难凑效，需要实施多面接触夹紧。且加工叶片通常在五轴加工中心上进行，设计定位装置时，既要考虑装置与榫头的精准定位，又要兼顾装置与工作台的精确固定。

叶身的数控加工，顺序在叶片的精密锻造之后，加工余量小，精度要求高。定位装置与燕尾型榫头的刚性夹紧，既要严丝合缝，又要避免接触受损。设计定位装置时，为保证夹紧装置的高性能、高可靠性要求，尽量选用合适的材质，采用自动定位找正，避免榫头在装置夹紧时产生过大的装夹应力。加工过程中，为保证叶片不会过早出现疲劳裂纹，叶身表面振动应力最大区域的抛光和喷丸效果要好[2]。

2技术参数及总体结构

2.1主要技术参数

高压压气机转子一般为精密锻造件，再采用数控铣削去除余量。以航空发动机转子某叶片为例，成品叶片的尺寸约为80 mm×30 mm×40 mm，其中，高压转子1～3级的叶片榫头为典型的燕尾型榫齿结构。零件材料为钛合金TA11，硬度为HB（d)=3.2～3.7，叶身最大高度

约50 mm，宽度约为40 mm，榫头最大长度约为30 mm，宽度约15 mm。叶身前后圆半径约0.3 mm，内轮廓度0.08 mm，其余型面轮廓度0.12 mm。燕尾型榫齿工作面轮廓公差0.007 mm，要求精度高，加工难度大。通过对叶片及燕尾型榫头的尺寸进行测算，结合五轴加工中心工作台的空间位置，确定该高压压气机转子叶片燕尾榫头定位装置的主要技术参数如表1所示。

表1 技术参数及性能指标

材料

42CrMOV（42铬钼钒）或合金钢

装置最大高度/mm 120

装置最大夹持直径/mm 40

定位精度/（"） 4

重复定位精度/（"） 1

2.2总体结构及组成

本定位装置采用箱式结构，一共设计了6

种10个元件，如图2所示，包括法兰盘、固定

型芯、定位块、压紧块、紧定螺钉（5个）和

圆垫片。

a.装配爆炸图

b.法兰盘底座