CN104227103A - 薄壁件阶梯对称铣削加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种薄壁件阶梯对称铣削加工方法，本发明不仅可以最大限度的使应力分布均匀，而且可以充分的利用薄壁件的刚性，达到减小变形的目的。以加工路径b为例进行分析，其轴向切深为α_p，一次加工完成，提高了加工效率。当加工其靠近上端0.5α_p的部分时，由于对称一侧的工件材料仍未去除，刚性较好；而当刀具加工其靠近下端0.5α_p的部分时，由于对称一侧的工件材料已在前一走刀中去除，故其刚性相对较差，这就要求采用合适的α_p值保证其加工精度，使得产生的加工变形较小。阶梯对称铣削加工薄壁件时，选择较大的进给速度与径向切深不会增大加工变形，同时可以提高加工效率。该工艺方法对船舶、航空领域中易变形薄壁结构件的加工具有重要指导意义。

Description

薄壁件阶梯对称铣削加工方法

技术领域

本发明涉及一种薄壁件的精密切削加工工艺方法，属于精密、超精密切削加工技术领域，主要解决航空发动机薄壁叶片的精加工变形控制问题。

背景技术

薄壁叶片广泛应用于船舶、航空等领域，具有型面结构复杂、薄壁以及材料难加工等工艺特点，容易产生加工变形。如图1所示，传统的分面铣削工艺在半精加工和精加工工序中，加工完叶片一侧之后，再加工另一侧型面。产生结果：分面铣削加工在两侧型面产生的表面残余应力非平衡，零件呈现明显的弯扭变形，型面的局部区域精加工余量不足，工件的轮廓度精度达不到要求；而且会将前面铣削工序的变形累积到后续加工工序中，一般适应于刚性强、壁厚的叶片，不能满足薄壁类叶片的加工精度。针对现有的薄壁叶片加工的工艺缺点，提出了一种全新的加工工艺方法，实现对薄壁叶片加工变形的有效控制，提高加工精度和效率，以满足国家安全及相关科技工程领域对改进和完善薄壁、超薄叶片精密切削加工技术的迫切需求。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种薄壁件阶梯对称铣削加工方法，该方法的刀位轨迹规划为回绕叶片的形式，对薄壁件进行半精加工和精加工，从而达到抑制薄壁叶片精加工弯扭变形的目的。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

薄壁件阶梯对称铣削加工方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、在普通三坐标数控铣床上粗铣叶片的叶背和叶盆型面，余量1mm，应用现有的CAM软件(如UG、CATIA等)生成粗加工的刀具轨迹；

S2、对叶片按照步骤S1所得的粗加工轨迹进行粗加工；

S3、粗加工完成后，将叶片的轮廓边界分别投影到两个辅助平面上，得出两个线段长度；

S4、根据线段长度计算叶盆、叶背型面刀位轨迹数；

S5、通过步骤S4所得的轨迹数目，确定切深α_p；

S6、先以轴向切深0.5α_p按路径a加工工件一侧，再以轴向切深α_p按路径b加工另一侧，再按轴向切深α_p按路径c加工一侧，以此类推，直到加工完成。

其中，所述除第一刀和最后一刀采用轴向切深0.5α_p外，其余路径下的切深均为α_p。

本发明不仅可以最大限度的使应力分布均匀，而且可以充分的利用薄壁件的刚性，达到减小变形的目的。以加工路径b为例进行分析，其轴向切深为α_p，一次加工完成，提高了加工效率。当加工其靠近上端0.5α_p的部分时，由于对称一侧的工件材料仍未去除，刚性较好；而当刀具加工其靠近下端0.5α_p的部分时，由于对称一侧的工件材料已在前一走刀中去除，故其刚性相对较差，这就要求采用合适的α_p值保证其加工精度，使得产生的加工变形较小。

本发明具有以下有益效果：

(1)保证截面加工质量。阶梯对称铣的走刀轨迹非常接近叶片截面形状，易保证截面加工质量，尤其是缘头形状；

(2)良好工艺性。阶梯对称铣走刀轨迹是回绕叶片的加工方法，该方式有利于控制叶片的变形。薄壁叶片，分上、下面加工往往会造成叶片的翘曲变形(内应力释放变形)，回绕式加工是对称加工，可大大减小翘曲变形；

(3)轨迹形状好。阶梯对称铣走刀轨迹无横向进刀，走刀方向变化平缓，适合高速切削；

(4)阶梯对称铣削加工方法是一种有效的加工薄壁件侧壁的工艺方法，与单纯对称加工法相比，这种方法能显著减小加工过程中的“让刀”现象；

(5)阶梯对称铣削加工薄壁件时，选择较大的进给速度与径向切深不会增大加工变形，同时可以提高加工效率。该工艺方法对船舶、航空领域中易变形薄壁结构件的加工具有重要指导意义。

附图说明

图1为现有技术中传统的对称铣削轨迹示意图。

图2为本发明实施例薄壁件阶梯对称铣削加工方法的轨迹示意图。

图3为本发明实施例1中采用的常见叶片的结构示意图。

图中：1-榫根，2-橼板，3-叶背型面，4-进气边，5-叶盆型面，6-排气边；

图4为本发明实施例1中采用的薄壁叶片叶盆粗加工刀位轨迹示意图。

图5为本发明实施例1中采用的薄壁叶片阶梯对称铣削刀位轨迹示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供了一种薄壁件阶梯对称铣削加工方法，包括如下步骤：

S1、在普通三坐标数控铣床上粗铣叶片的叶背和叶盆型面，余量1mm，应用现有的CAM软件(如UG、CATIA等)生成粗加工的刀具轨迹；

S2、对叶片按照步骤S1所得的粗加工轨迹进行粗加工；

S3、粗加工完成后，将叶片的轮廓边界分别投影到两个辅助平面上，得出两个线段长度；

S4、根据线段长度计算叶盆、叶背型面刀位轨迹数；

S5、通过步骤S4所得的轨迹数目，确定切深α_p；

S6、如图2所示，先以轴向切深0.5α_p按路径a加工工件一侧，再以轴向切深α_p按路径b加工另一侧，再按轴向切深α_p按路径c加工一侧，以此类推，直到加工完成。

其中，所述除第一刀和最后一刀采用轴向切深0.5α_p外，其余路径下的切深均为α_p。

实施例1

如图3所示，本实施例所采用的航空发动机叶片由前橼1、后橼2、叶背型面3、叶盆型面4组成，该薄壁叶片锻造毛坯的尺寸为208mm×82mm×46mm，叶片材料为航空钛合金TC4。

本实施例的薄壁件阶梯对称铣削加工方法，包括如下步骤：

(1)在普通三坐标数控铣床上粗铣叶背、叶盆型面，余量1mm，既满足加工要求又节约了加工成本。采用传统的单面加工工艺方法，即先加工叶背型面3，后加工叶盆型面5。应用现有的CAM软件如UG、CATIA等可以方便地生成粗加工的刀具轨迹。图4给出的是粗加工叶背型面粗加工时的刀位轨迹。

(2)规划薄壁叶片型面的半精、精加工刀具轨迹时，将叶片的轮廓边界分别投影到两个辅助平面上。粗加工完成后，叶片的两个弦线在平面上投影的两个线段长度分别为156mm和142mm，因此，取L＝max{156，142}＝156mm，根据该型号薄壁叶片数控侧铣加工经验，确定切深α_p大小为5mm-10mm，则刀位轨迹数n应满足：156/10≤n≤156/5，即15.6≤n≤30.12。所以，可以取n为20。则叶盆、叶背型面刀位轨迹数为20。

(3)由以上规划的刀位轨迹数目，得19α_p+0.5α_p＝156mm，确定薄壁叶片铣削加工时切深α_p＝8mm。因此规划后的叶背和叶盆型面刀位轨迹如图5所示，叶背、叶盆型面刀位轨迹按照对称方式进行铣削加工，如图5所示，首先以数控侧铣轴向切削深度4mm加工叶盆型面，如图5所示的01，然后以数控侧铣轴向切深8mm加工叶背型面，如图5所示的02，以此类推，图5所示的03，图5所示的04，直至加工完成，除叶盆型面加工的第一刀和叶背型面加工最后一刀切深为4mm之外，其余刀位轨迹的轴向切深都为8mm。

(4)三坐标数控测量机的测量结果表明，加工精度完全符合设计要求。最后，对可调叶片进行抛光处理和荧光检测。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.薄壁件阶梯对称铣削加工方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、在普通三坐标数控铣床上粗铣叶片的叶背和叶盆型面，余量1mm，应用现有的CAM软件生成粗加工的刀具轨迹；

S2、对叶片按照步骤S1所得的粗加工轨迹进行粗加工；

S3、粗加工完成后，将叶片的轮廓边界分别投影到两个辅助平面上，得出两个线段长度；

S4、根据线段长度计算叶盆、叶背型面刀位轨迹数；

S5、通过步骤S4所得的轨迹数目，确定切深α_p；

S6、先以轴向切深0.5α_p按路径a加工工件一侧，再以轴向切深α_p按路径b加工另一侧，再按轴向切深α_p按路径c加工一侧，以此类推，直到加工完成。

2.根据权利要求1所述的薄壁件阶梯对称铣削加工方法，其特征在于，所述除第一刀和最后一刀采用轴向切深0.5α_p外，其余路径下的切深均为α_p。