CN107052420A - 减小叶轮叶片侧铣加工变形误差的工艺方法 - Google Patents

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郑刚
赵涛涛
吕博鑫
吴雁
张而耕
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    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23C—MILLING
    • B23C3/00—Milling particular work; Special milling operations; Machines therefor
    • B23C3/16—Working surfaces curved in two directions
    • B23C3/18—Working surfaces curved in two directions for shaping screw-propellers, turbine blades, or impellers

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Abstract

本发明公开了一种减小叶轮叶片侧铣加工变形误差的工艺方法；首先，预留粗加工余量，之后，分别沿着预留过余量的叶轮根部曲线和叶轮根部相对的另一条曲线分别取相等的足够多的点，连接两条曲线上取到的对应的点，利用NX二次开发进行编程形成刀位并进行粗加工；最后，用圆锥铣刀侧铣进行半精加工和精加工成所要求的尺寸。按照本方法进行侧铣加工能有效控制叶轮叶片机加工变形，减小加工误差，提高叶轮叶片刚度，提高叶片型面质量，提高加工效率。相较于传统的方法，有效的降低了侧铣加工变形的误差。

Description

减小叶轮叶片侧铣加工变形误差的工艺方法
技术领域
本发明涉及一种航空发动机叶片制造与精密切削加工工艺，尤其是一种能减小叶轮叶片侧铣加工变形误差的工艺方法。
背景技术
叶轮叶片是一种典型的薄壁类零件，不仅是航空发动机的核心零件，也在高精尖工业装备中得到应用，其制造的精度会直接影响到叶轮叶片的气动性能。随着高速切削技术、机械结构技术、刀具与材料技术等学科的不断发展，曲面加工的精度越来越高。然而，目前存在的主要问题是加工过程中受到铣削力等力的影响产生的变形误差，加工方式导致的效率低下，成本较高。严重阻碍了航天以及高精尖工业装备的发展。
加工如此大的高厚比(h/a)的叶轮叶片，在加工过程中受到铣削力影响产生的振动会导致叶片变形，误差增大，很大程度上影响了叶轮叶片加工的质量、效率、精度以及表面质量。
发明内容
本发明主要针对现有超薄叶轮叶片加工工艺进行改进，提出了一种减小叶轮叶片侧铣加工变形误差的工艺方法。
本发明的技术方案是：一种减小叶轮叶片侧铣加工变形误差的工艺方法，其特征在于，其步骤为：首先，预留粗加工余量，之后，分别沿着预留过余量的叶轮根部曲线和叶轮根部相对的另一条曲线分别取相等的若干点，连接两条曲线上取到的对应的点，利用NX二次开发进行编程形成刀位并进行粗加工和半精加工；最后，用圆锥铣刀侧铣精加工成所要求的尺寸。
所述预留粗加工余量：根据各叶轮叶片上各点在加工过程中的变形量与切削力和切削深度之间大体呈现线性关系，确定叶轮叶片预留粗加工余量叶根处最厚，叶冠处最薄；并根据S对叶片进行粗加工余量预留Δ；
S(h/a) 叶冠余量预留Δ1 叶根余量预留Δ2
15≤S<20 0.05mm 0.15～0.40mm
20≤S<25 0.05mm 0.35～0.90mm
25≤S<30 0.05mm 0.84～1.25mm
30≤S<35 0.05mm 0.67～1.78mm
其中h为叶片高度，a为叶片叶冠与叶根最厚处的平均厚度，S为叶片高度与平均厚度之比。
所述粗加工和半精加工：(1)粗加工：按照输出的刀位使用圆锥铣刀侧刃进行叶轮叶片的粗加工，加工过程采用侧铣一次走刀即可成形；叶片除两端外其他位置的余量由Δ1，Δ2、此时刻铣刀与叶片切触线、以及切触线在目标面此时刻的投影所围成的面积决定；(2)半精加工：半精加工过后的余量控制在叶冠0.02～0.03mm，叶根0.2mm之内。
所述精加工：使用圆锥铣刀对半精加工之后的叶轮叶片进行五轴联动侧铣精加工，并加工至要求尺寸。
本发明的有益效果是：
本发明的减小叶轮叶片侧铣加工变形误差的工艺方法；该方法根据各叶轮叶片上各点在加工过程中的变形量与切削力和切削深度之间大体呈现线性关系，确定叶轮叶片预留粗加工余量为叶根处最厚，叶冠处最薄。之后，分别沿着预留过余量的叶轮根部曲线和叶轮根部相对的另一条曲线分别取相等的若干点，连接两条曲线上取到的对应的点，利用NX二次开发进行编程形成刀位并进行粗加工；最后，用圆锥铣刀侧铣精加工成所要求的尺寸在精加工成所要求的尺寸。按照本方法进行侧铣加工能有效控制叶轮叶片机加工变形，减小加工误差，提高叶轮叶片刚度，提高叶片型面质量，提高加工效率。相较于传统的方法，有效的降低了侧铣加工变形的误差。
附图说明
图1是叶轮叶片抽线取点连线前视图；
图2是叶轮俯视图；
图3是叶轮叶片按照图1中某一连线与叶片法向构成的面所截得的截面；
图中：h表示叶轮中叶片的高度，Δ1表示叶冠处的粗加工的余量，Δ2表示叶根处粗加工的余量。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。
一种减小叶轮叶片侧铣加工变形误差的工艺方法，具体步骤是：
步骤1：预留粗加工余量
根据各叶轮叶片上各点在加工过程中的变形量与切削力和切削深度之间大体呈现线性关系，确定叶轮叶片预留粗加工余量叶根处最厚，叶冠处最薄。并根据S对叶片进行粗加工余量预留Δ；
S(h/a) 叶冠余量预留Δ1 叶根余量预留Δ2
15≤S<20 0.05mm 0.15～0.40mm
20≤S<25 0.05mm 0.35～0.90mm
25≤S<30 0.05mm 0.84～1.25mm
30≤S<35 0.05mm 0.67～1.78mm
其中h为叶片高度，a为叶片叶冠与叶根最厚处的平均厚度，S为叶片高度与平均厚度之比；
步骤2：取点连线输出刀位
取预留好余量的叶轮叶片的叶根曲线和与叶根相对的另一条线，分别在两条曲线上取相等的若干点，将其一一对应，连接成直线，作为侧铣粗加工的刀轴矢量。利用NX二次开发编程实现刀位文件的输出，并按照输出的刀位使用圆锥铣刀侧刃进行叶轮叶片的粗加工。加工过程采用侧铣一次走刀即可成形，叶片除两端外其他位置的余量由Δ1，Δ2、此时刻铣刀与叶片切触线、以及切触线在目标面此时刻的投影所围成的面积决定。
步骤3：半精加工及精加工
半精加工过后的余量控制在叶冠0.02～0.03mm，叶根0.2mm之内。，最后使用圆锥铣刀对半精加工之后的叶轮叶片进行五轴联动侧铣精加工。加工至要求尺寸。
本实例是加工如图1，2所示的超薄叶片整体叶轮零件，该叶轮直径D＝120mm，叶轮高度H＝56mm，叶片高度h＝39mm，叶片最小厚度0.87mm，叶片顶部最厚处1.6mm，叶根最厚处3.15mm，S＝17.25叶片根部过度圆角R＝3mm，相邻两叶片叶顶最小距离是41.88mm相邻两叶片叶根最短距离为17.62mm，叶轮圆周均布大小叶片数均为6个。
步骤1：确定粗加工余量
由S＝17.25，可得，叶冠处余量预留为0.05mm，叶根处余量预留为0.15～0.40mm步骤2：取点连线输出刀位
如图1，2，3所示，本实例进行粗加工余量预留后取曲线，然后取点连线，并利用NX二次开发编程输出刀轴矢量及刀具中心点，进行粗加工。
步骤3：半精加工及精加工
半精加工过后的余量控制在叶冠0.02～0.03mm，叶根0.2mm之内。使用圆锥铣刀，对半精加工过后的工件进行五轴联动精加工。加工至要求尺寸。

Claims (4)

1.一种减小叶轮叶片侧铣加工变形误差的工艺方法，其特征在于，其步骤为：首先，预留粗加工余量，之后，分别沿着预留过余量的叶轮根部曲线和叶轮根部相对的另一条曲线分别取相等的若干点，连接两条曲线上取到的对应的点，利用NX二次开发进行编程形成刀位并进行粗加工和半精加工；最后，用圆锥铣刀侧铣精加工成所要求的尺寸。
2.根据权利要求1所述的减小叶轮叶片侧铣加工变形误差的工艺方法，其特征在于：所述预留粗加工余量：根据各叶轮叶片上各点在加工过程中的变形量与切削力和切削深度之间大体呈现线性关系，确定叶轮叶片预留粗加工余量叶根处最厚，叶冠处最薄；并根据S对叶片进行粗加工余量预留Δ；
S(h/a) 叶冠余量预留Δ1 叶根余量预留Δ2 15≤S<20 0.05mm 0.15～0.40mm 20≤S<25 0.05mm 0.35～0.90mm 25≤S<30 0.05mm 0.84～1.25mm 30≤S<35 0.05mm 0.67～1.78mm
其中h为叶片高度，a为叶片叶冠与叶根最厚处的平均厚度，S为叶片高度与平均厚度之比。
3.根据权利要求1所述的减小叶轮叶片侧铣加工变形误差的工艺方法，其特征在于：所述粗加工和半精加工：(1)粗加工：按照输出的刀位使用圆锥铣刀侧刃进行叶轮叶片的粗加工，加工过程采用侧铣一次走刀即可成形；叶片除两端外其他位置的余量由Δ1，Δ2、此时刻铣刀与叶片切触线、以及切触线在目标面此时刻的投影所围成的面积决定；(2)半精加工：半精加工过后的余量控制在叶冠0.02～0.03mm，叶根0.2mm之内。
4.根据权利要求1所述的减小叶轮叶片侧铣加工变形误差的工艺方法，其特征在于：所述精加工：使用圆锥铣刀对半精加工之后的叶轮叶片进行五轴联动侧铣精加工，并加工至要求尺寸。
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