[发明专利]一种航空发动机火焰筒冷却气膜孔的加工定位方法

说明书

本发明公开了种航空发动机火焰筒冷却气膜孔的加工定位方法，其特点是采用激光预打点技术，在增强显影剂薄层上预先打出表征气膜孔的“黑色氧化点”，通过对“黑色氧化点”点云处理得到其中心点的坐标，将该点坐标同理论模型中对应的气膜孔设计坐标进行拟合，利用空间姿态变换算法进行校正，完成空间误差校正后将预打点气膜孔的坐标输入工控机，实时追踪气膜孔预打点的中心位置，实现气膜孔精确的加工定位。本发明与现有技术相比具有火焰筒气膜孔的定位精度，有效解决了火焰筒气膜孔加工过程中存在的积累形变带来的几何精度偏低、质量不稳的难题，具有在航空发动机火焰筒异型气膜孔的加工中推广应用的价值。

技术领域

本发明涉及航空发动机火焰筒激光加工技术领域，尤其是一种火焰筒冷却气膜孔的精确加工定位方法。

背景技术：

航空发动机的火焰筒主要起到空气分配器的作用，可将进入燃烧室的空气分成若干股并且将空气分配到合适的位置来组织燃烧或冷却火焰筒壁面。气膜孔起到了主要的换热目的，大量复杂的气膜孔可以将冷却气流引导为均匀的冷却气膜，提高火焰筒的壁面耐受温度以使得发动机能获得更高的燃烧温度与推重比。不同型号的航空发动机火焰筒上气膜孔数量有1～3万个，空间角度覆盖±135°。气膜冷却效率是材料、几何等参数及其耦合作用在高温高压三维非定常流场下的响应，与气膜孔的形状和位置参数息息相关。因此，确保火焰筒气膜孔形位精度对于提高冷却效率与发动机能效至关重要。

目前，我国航空发动机火焰筒的气膜孔加工定位技术方法十分不成熟，尚处于摸索阶段。在进行气膜孔加工时基本采用开环加工的方式，即不考虑待加工火焰筒在铸造过程中积累的形变误差，在默认火焰筒完全符合设计轮廓的前提下按照设计坐标点对火焰筒进行气膜孔加工。火焰筒是典型的薄壁件，壁厚只有2mm，直径可达1000mm。气膜孔数量也很多，有1～3万个。因此火焰筒在装夹与气膜孔加工过程中，会出现形变，积累定位误差。这些误差如果得不到校正必然会严重影响气膜孔的精度、孔型、孔壁质量等。在发动机工作时由于气膜孔冷却效率降低，致使火焰筒得不到有效的保护，从而使火焰筒本身的气冷效率和使用寿命达不到设计要求。

现有技术的火焰筒气膜孔的加工定位多依赖于经验丰富的工程师进行人工校正，通过人工试错与数据修正相结合的办法，以校正气膜孔在加工开始及加工过程的形位变化。这种方法耗时费力，误差极大且成品率低。

发明内容:

本发明的目的是针对现有技术不足而提供的一种航空发动机火焰筒冷却气膜孔的加工定位方法，采用预标记打点与机器视觉位置追踪的方法，实现数据闭环的火焰筒气膜孔绝对定位与加工定位，通过集成非接触式手持三维激光扫描仪，得到待加工火焰筒气膜孔的精确点云模型，建立火焰筒气膜孔精确定位软件平台，综合火焰筒预标记打点下火焰筒气膜孔点云模型坐标与设计模型坐标之间的误差分析，得到修正后的气膜孔参数，在加工过程中机器视觉追踪系统能实时追踪气膜孔预打点的中心位置，较好的避免前序加工带来的形变引起后序的气膜孔孔位加工误差，保证了火焰筒气膜孔的定位精度，在航空发动机火焰筒气膜冷却孔的加工定位中，避免了加工过程中薄壁件形变带来的误差，取得了很好的加工效果，有效解决了火焰筒气膜孔加工过程中存在的积累形变带来的几何精度偏低、质量不稳的难题，具有在航空发动机火焰筒异型气膜孔的加工中推广应用的价值。问题，实用性强，为激光加工高性能、高质量的气膜孔提供了必要的技术。

本发明的目的是这样实现的：一种航空发动机火焰筒冷却气膜孔的加工定位方法，其特点是采用激光预打点技术，在增强显影剂薄层上预先打出表征气膜孔的“黑色氧化点”，通过对“黑色氧化点”点云处理得到其中心点的坐标，将该点坐标同理论模型中对应的气膜孔设计坐标进行拟合，算出坐标误差，进行校正，完成空间误差校正后将预打点气膜孔的坐标输入工控机中，在加工过程中机器视觉追踪系统能实时追踪气膜孔预打点的中心位置，避免前序加工带来的形变引起后序的气膜孔孔位加工误差，其火焰筒冷却气膜孔的精确加工定位具体包括下述步骤：

1)火焰筒夹装

将待加工的火焰筒通过特制夹具固定到加工系统中，夹装误差可以通过后序方法补偿。