[发明专利]涡轮空心叶片榫头加工定位夹紧方法和夹具

权利要求书

1.一种涡轮空心叶片榫头加工定位夹紧方法，其特征在于，包括叶片型面定位点的选择和根据所选定位点进行叶片型面定位夹紧及叶片榫头顶端和叶片安装板的辅助夹紧；其中，叶片型面定位点的选择：首先在叶片安装板叶片上面一侧选择一个第五定位点作为基准点，然后利用给定的叶片型面设计数据，建立叶片定位点的精度约束数学模型；得到选取定位点的点集空间，然后确定基于位置精度最好的定位点选择优化准则；再根据定位点的形封闭要求确定优化约束条件；最后优化选取并确定叶片型面的五个定位点：上面的第一至第四定位点和下面的第六定位点；根据所确定的第一到第六定位点来相应安排夹具主体上的第一到第六定位销，使得六个定位销圆头分别位于叶片第一到第六定位点的法线方向，确保叶片放入并与定位销相接触后，定位销垂直于叶片定位点切平面；夹具主体上设置的夹紧销位于远离叶片榫头的叶片顶端，并在叶片榫头端面采用与夹具主体分离的榫头端面辅助夹具将叶片左右夹紧；在叶片安装板上下两侧采用与夹具主体连为一体的安装板辅助夹具实现叶片上下方向夹紧。

2.如权利要求1所述的涡轮空心叶片榫头加工定位夹紧方法，其特征在于，所述叶片型面定位点的选择采用如下具体步骤：

第一步，建立定位点的精度约束数学模型：根据工件位置误差与定位点误差关系，定位点与工件接触点的法向量为n_l，接触点坐标为R_l，则由工件任意点的位置扰动δq＝{δb，δθ}带来的定位点的位置误差为其中为定位点位置向量；因此，具有l个定位点的夹具的精度约束，即定位点的位置误差可以表述为：δy＝G^Tδq，其中：δy＝{δy₁，δy₂，...，δy_l}，G＝[h₁，h₂，...，h_l]为定位点位置矩阵，每一个定位点位置矩阵G对应一个夹具定位点分布；

第二步，得到选取定位点的点集合空间：叶片模型中提供了叶片表面特征点的位置坐标，利用双三次B样条对特征点的位置坐标进行拟合，得到B样条表述的叶片型面控制节点；根据得到的B样条曲面控制节点，计算叶片表面特征点的法向量，从而得到选取定位点的点集空间g_i＝[R_i n_i](1≤i≤N)；

第三步，确定基于位置精度最好的优化准则：假设每个定位点的误差服从正态分布：δy≈N(0，V_y)，其中V_y＝diag{δ₁，δ₂...δ_l｝，定位点的位置方差矩阵为令A＝V^-1，则使工件的位置精度最好的条件为max(detA)；由于各定位元件的材料特性相同，因此不同定位点的δy_i服从相同的分布δy_i≈N(0，V_y)，则有

A＝V^-1＝GδG^T＝δGG^T，

因此工件位置精度最好的优化准则为：max(detA)＝max(det(GG^T))；

第四步，确定基于形封闭的优化约束条件：对于给定的夹具定位点位置矩阵G＝[h₁，h₂，...，h_l]，当工件上作用任意外力时，夹具定位点位置不改变，而且在每一个定位点上作用有法向正力，则这种状态下的定位点位置矩阵G＝[h₁，h₂，...，h_l]就满足形封闭，如果夹具定位点满足形封闭条件，则在定位点位置矩阵G中任意选一个位置向量h_c，沿其法向施加任意外力，对于所有h_i，a_i＝-h_i^TA^-1h_c应满足α_i＞0；

第五步，优化叶片型面上的五个定位点：在叶片型面特征点的点集空间g_i＝[R_i n_i](1≤i≤N)中，以max(det A)为优化准则，在约束条件a_i＞0下优化选取具有最高精度的五个定位点。