CN108296533A - 配重叶片双工位铣削加工找正方法及夹具 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种配重叶片双工位铣削加工找正方法，包括以下步骤：步骤S1，在加工中心的A轴过渡盘上安装夹具，夹具体的装夹基准面朝Z轴正向，并测量夹具体上装夹基准面的跳动，同时不断调整A轴角度，直至该基准面跳动在设定阈值以内；步骤S2，在夹具体的第一工位上安装好叶片第一毛坯；步骤S3，完成第一工位上叶根特征加工；步骤S4，将步骤S3完成加工后的叶片第二毛坯拆卸后装夹在夹具体的第二工位上；步骤S5，使用线测量探头，进行第二工位自动找正；步骤S6，完成找正后，用变换加工坐标系后的程序完成叶片型面及叶型与叶根转接面的加工。该方法具有找正精度高，效率高和成本低的特点。
Description
技术领域
本发明涉及航空发动机配重叶片加工技术，尤其涉及一种航空发动机配重叶片双工位铣削加工找正方法及夹具。
背景技术
航空发动机中的配重叶片在发动机运行过程中平衡整个转动部件的重量分布，使发动机达到一个静、动态均平衡的状态。其须在高温、高压、高转速的工况下稳定工作，这对叶片材料、加工精度及表面质量提出较高要求，加大了铣削加工的难度。
目前，铣削加工该类型叶片方案的主要步骤为：夹持叶冠部分，加工叶根部分；采用叶根榫槽仿形夹具，夹持叶根，加工叶片型面；线切割去除叶冠余块。其缺点是：第一、因为叶根与叶身分两次装夹来完成加工，加工基准不统一，一致性差，加工精度难以保证；第二、加工中用到两套工装，且第二个工序中榫槽仿形夹具精度要求高，导致工装成本较高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种配重叶片双工位铣削加工找正方法，以及配套的夹具，该方法具有找正精度高，效率高和成本低的特点，以解决现有技术中航空发动机高温合金配重叶片加工过程中存在的上述问题，同时，提供的双工位夹具能够解决该种叶片不能在摆头转台式五轴加工中心上加工的问题。本发明采用的技术方案是：
一种夹具，该夹具包括二个工位；
所述夹具包括夹具体，在夹具体的上表面和端面分别设置第一工位和第二工位；夹具体的上表面为装夹基准面；
第一工位上设有第一工位定位基准底座和第一工位压紧块，用于装夹毛坯背离叶根的一端；
第二工位上设有第二工位定位基准底座和第二工位压紧块，用于装夹毛坯背离叶根的一端；
第一工位定位基准底座和第一工位压紧块，以及第二工位定位基准底座和第二工位压紧块分别通过紧固件连接；
在夹具体的端面，设有固定孔。
进一步地，第一工位定位基准底座上设有以平行四边形两边相接的两个定位面，第一工位压紧块上设有以平行四边形另两边相接的另两个定位面；
第二工位定位基准底座上设有以平行四边形两边相接的两个定位面，第二工位压紧块上设有以平行四边形另两边相接的另两个定位面。
进一步地，在夹具体的端面还设有定位销孔。
一种配重叶片双工位铣削加工找正方法，使用上述的夹具，包括以下步骤：
步骤S1，在加工中心的A轴过渡盘上安装夹具，夹具体的装夹基准面朝Z轴正向，并测量夹具体上装夹基准面的跳动，同时不断调整A轴角度，直至该基准面跳动在设定阈值以内，设此时A轴的值为A＝0°；
步骤S2，在夹具体的第一工位上安装好叶片第一毛坯，叶片第一毛坯的内定位面与第一工位定位基准底座上的定位面贴合，压紧第一工位压紧块完成装夹；装夹位置为叶片第一毛坯背离叶根的一端；
步骤S3，完成第一工位上叶根特征加工；
步骤S4，将步骤S3完成加工后的叶片第二毛坯拆卸后装夹在夹具体的第二工位上；叶片第二毛坯的内定位面与第二工位定位基准底座的定位面贴合，压紧第二工位压紧块完成装夹；装夹位置为叶片第二毛坯背离叶根的一端；
步骤S5，使用线测量探头，进行第二工位自动找正；
步骤S6，完成找正后，用变换加工坐标系后的程序完成叶片型面及叶型与叶根转接面的加工。
进一步地，步骤S5具体包括：
步骤S5.1，设置测量点，编写各测量点的测量程序；测量点包括：
设置于叶根端面的两个叶根端面测量点，分别位于叶片回转中心两侧；
设置于内弧径向面的两个叶根内弧径向面测量点，分别位于叶片回转中心两侧；
设置于背弧径向面的两个叶根背弧径向面测量点，分别位于叶片回转中心两侧；
两个叶根内弧径向面测量点之间的距离与两个叶根背弧径向面测量点之间的距离相等，都是L；
设置于进气侧面的进气侧测量点，设置于出气侧面的出气侧测量点；
步骤S5.2，测量两个叶根端面测量点，获得X方向偏差△X＝(△X51+△X52)/2,其中△X51为一个叶根端面测量点在X方向的偏差，△X52为另一个叶根端面测量点在X方向的偏差；
步骤S5.3，将两个叶根内弧径向面测量点，两个叶根背弧径向面测量点的测量坐标系沿X轴移动△X后进行测量，得到对应各点的Z向偏差△X53、△X54、△X55、△X56，计算旋转角度△RotX；△RotX＝arctan(((△X54-△X53)+(△X55-△X56))/2/L)；
步骤S5.4，将两个叶根内弧径向面测量点，两个叶根背弧径向面测量点的测量坐标系沿X轴移动△X、绕X轴旋转角度△RotX后进行测量，得到对应各点的Z向偏差△X’53、△X’54、△X’55、△X’56，计算Z轴偏移量△Z：
△Z＝((△X’53+△X’54)-(△X’55+△X’56))/4
步骤S5.5，将进气侧测量点、出气侧测量点的测量坐标系沿X轴移动△X、绕X轴旋转角度△RotX、沿Z轴移动△Z后进行测量，得到对应各点的Y向偏差△X57、△X58，计算Y轴偏移量△Y：
△Y＝(△X58-△X57)/2*sinβ
其中β为叶根与叶身相接部横截面平行四边形锐角值；
步骤S5.6，存储各偏移量△X、△RotX、△Z及△Y，将第二工位上使用到的数控加工程序加工坐标系沿X轴移动△X，绕X轴旋转△RotX，沿Z轴移动△Z，最后沿Y轴移动△Y，找正完成。
进一步地，步骤S3中，具体采用端铣刀加工叶根端面、进气侧面、内弧径向面、出气侧面、背弧径向面；采用仿形铣刀加工内弧面榫槽和背弧面榫槽；
加工时按照分为粗加工、半精加工及精加工三个步骤进行。
进一步地，步骤S6包括：先采用硬质合金整体立铣刀粗加工叶片型面9，余量为0.08mm，每刀切深0.25mm，转速为1200r/min，进给为450mm/min；然后采用锥度球刀精加工叶型与叶根转接面8，转速为3000r/min，进给为360mm/min；最后锥度球刀加工叶片型面9，转速为3000r/min，进给为500mm/min。
本发明的有益效果为，与现有技术相比，本方法具有如下优点：
1)、对第二工位的装夹要求不高，降低了操作人员要求；
2)、第二工位的找正过程可结合数控***功能，实现自动测量找正及数控加工程序加工坐标系调整，过程简单，精度高，效率高；
3)、能针对每一片叶片的上一工位的加工情况来自适应地调整第二工位的加工坐标系，保证加工精度，提升产品合格率；
4)、降低工装夹具精度要求，减少了工装成本；
5)、本双工位夹具使得第一工位中榫槽加工能够采用仿形铣刀来进行，提高了加工精度及加工效率。
附图说明
图1为本发明需要加工的航空发动机配重叶片示意图。
图2a为本发明的夹具及装夹主视图。
图2b为图2a的俯视图。
图2c为图2a的左视图。
图3为本发明的第一工位上的叶片第一毛坯示意图。
图4为本发明的第二工位上的叶片第二毛坯示意图。
图5为本发明的实施例中测量点分布示意图。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1所示为需要加工成型的航空发动机配重叶片，该配重叶片包括叶身和叶根；
在叶身上需要加工叶片型面9(简称叶型)，叶身背离叶根的一端为叶冠；
叶根包括：叶根端面1、背弧面榫槽2、内弧面榫槽3、进气侧面4、出气侧面6、内弧径向面5、背弧径向面7、叶型与叶根转接面8；
其中内弧面榫槽3和背弧面榫槽2分别位于叶根的上下侧，进气侧面4、内弧径向面5、出气侧面6、背弧径向面7位于叶根与叶身相接部的四个侧面；
该配重叶片的毛坯为线切割后的块状毛坯，如图3所示；
为了配重叶片双工位铣削加工，本发明提出一种夹具，该夹具包括二个工位；如图2a、图2b、图2c所示，
所述夹具包括夹具体23，在夹具体23的上表面和端面分别设置第一工位和第二工位；夹具体23的上表面为装夹基准面32；
第一工位上设有第一工位定位基准底座25和第一工位压紧块26，用于装夹毛坯背离叶根的一端；由于毛坯背离叶根一端的截面为平行四边形，因此，第一工位定位基准底座25上设有以平行四边形两边相接的两个定位面，第一工位压紧块26上设有以平行四边形另两边相接的另两个定位面；
第二工位上设有第二工位定位基准底座28和第二工位压紧块29，用于装夹毛坯背离叶根的一端；由于毛坯背离叶根一端的截面为平行四边形，因此，第二工位定位基准底座28上设有以平行四边形两边相接的两个定位面，第二工位压紧块29上设有以平行四边形另两边相接的另两个定位面；
第一工位定位基准底座25和第一工位压紧块26，以及第二工位定位基准底座28和第二工位压紧块29可通过螺栓27连接；在夹具体23的端面，设有固定孔30，用于通过螺栓将夹具体23安装至加工中心的A轴过渡盘24；在夹具体23的端面，还可以进一步设置定位销孔31；以保证夹具体23每次与机床的A轴过渡盘安装位置的定位；
本发明提出的配重叶片双工位铣削加工找正方法，具体包括以下步骤：
步骤S1，在摆头转台式五轴加工中心A轴过渡盘24上安装夹具，夹具体23的装夹基准面32朝Z轴正向，并用丝表测量夹具体上装夹基准面32的跳动，同时不断调整A轴角度，直至该基准面跳动在0.01mm以内，设此时A轴的值为A＝0°；
步骤S2，在夹具体23的第一工位上安装好叶片第一毛坯21，叶片第一毛坯21的内定位面与第一工位定位基准底座25上的定位面贴合，压紧第一工位压紧块26完成装夹；装夹位置为叶片第一毛坯21背离叶根的一端；
步骤S3，完成第一工位上叶根特征加工；具体采用端铣刀加工叶根端面、进气侧面、内弧径向面、出气侧面、背弧径向面；采用仿形铣刀加工内弧面榫槽和背弧面榫槽，为保证加工精度及表面粗糙度，具体分为粗加工、半精加工及精加工；
步骤S4，将步骤S3完成加工后的叶片第二毛坯22拆卸后装夹在夹具体23的第二工位上；叶片第二毛坯22的内定位面与第二工位定位基准底座28的定位面贴合，压紧第二工位压紧块29完成装夹；装夹位置为叶片第二毛坯22离叶根的一端；
步骤S5，使用线测量探头，进行第二工位自动找正；具体如下：
步骤S5.1，设置测量点，编写各测量点的测量程序；测量点包括：
设置于叶根端面的两个叶根端面测量点51、52，分别位于叶片回转中心59两侧；
设置于内弧径向面的两个叶根内弧径向面测量点53、54，分别位于叶片回转中心59两侧；
设置于背弧径向面的两个叶根背弧径向面测量点55、56，分别位于叶片回转中心59两侧；
两个叶根内弧径向面测量点53、54之间的距离与两个叶根背弧径向面测量点55、56之间的距离相等，都是L；
设置于进气侧面的进气侧测量点57，设置于出气侧面的出气侧测量点58；
步骤S5.2，测量两个叶根端面测量点51、52，获得X方向偏差△X＝(△X51+△X52)/2,其中△X51为一个叶根端面测量点51在X方向的偏差，△X52为另一个叶根端面测量点52在X方向的偏差；
步骤S5.3，将两个叶根内弧径向面测量点53、54，两个叶根背弧径向面测量点55、56的测量坐标系沿X轴移动△X后进行测量，得到对应各点的Z向偏差△X53、△X54、△X55、△X56，计算旋转角度△RotX；△RotX＝arctan(((△X54-△X53)+(△X55-△X56))/2/L)；
步骤S5.4，将两个叶根内弧径向面测量点53、54，两个叶根背弧径向面测量点55、56的测量坐标系沿X轴移动△X、绕X轴旋转角度△RotX后进行测量，得到对应各点的Z向偏差△X’53、△X’54、△X’55、△X’56，计算Z轴偏移量△Z：
△Z＝((△X’53+△X’54)-(△X’55+△X’56))/4
步骤S5.5，将进气侧测量点57、出气侧测量点58的测量坐标系沿X轴移动△X、绕X轴旋转角度△RotX、沿Z轴移动△Z后进行测量，得到对应各点的Y向偏差△X57、△X58，计算Y轴偏移量△Y：
△Y＝(△X58-△X57)/2*sinβ
其中β为叶根与叶身相接部(进气侧面4、内弧径向面5、出气侧面6、背弧径向面7所围合的部位)横截面平行四边形锐角值，见图5；
步骤S5.6，存储各偏移量△X、△RotX、△Z及△Y，将第二工位上使用到的数控加工程序加工坐标系沿X轴移动△X，绕X轴旋转△RotX，沿Z轴移动△Z，最后沿Y轴移动△Y，找正完成。
步骤S6，完成找正后，用变换加工坐标系后的程序完成叶片型面9及叶型与叶根转接面8的加工；
先采用硬质合金整体立铣刀粗加工叶片型面9，余量为0.08mm，每刀切深0.25mm，转速为1200r/min，进给为450mm/min；然后采用锥度球刀精加工叶型与叶根转接面8，转速为3000r/min，进给为360mm/min；最后锥度球刀加工叶片型面9，转速为3000r/min，进给为500mm/min。
步骤S7，线切割叶冠：在完成叶根及叶片型面的加工后，叶冠处仍有夹具夹持部分的材料，采用线切割去除该残余材料，完成所有加工工序。
上述航空发动机配重叶片双工位铣削加工找正方法及夹具，通过合理设计双工位夹具，采用创新性的结合在线测量进行的自动找正方法，针对上一工位不同加工情况来自适应地调整第二工位的加工坐标系，保证加工精度，提升叶片合格率，提高加工效率同时还降低了工装成本，同时也扩大了摆头转台式五轴机床的加工范围。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (7)
1.一种夹具，其特征在于，该夹具包括二个工位；
所述夹具包括夹具体(23)，在夹具体(23)的上表面和端面分别设置第一工位和第二工位；夹具体(23)的上表面为装夹基准面(32)；
第一工位上设有第一工位定位基准底座(25)和第一工位压紧块(26)，用于装夹毛坯背离叶根的一端；
第二工位上设有第二工位定位基准底座(28)和第二工位压紧块(29)，用于装夹毛坯背离叶根的一端；
第一工位定位基准底座(25)和第一工位压紧块(26)，以及第二工位定位基准底座(28)和第二工位压紧块(29)分别通过紧固件连接；
在夹具体(23)的端面，设有固定孔(30)。
2.如权利要求1所述的夹具，其特征在于，
第一工位定位基准底座(25)上设有以平行四边形两边相接的两个定位面，第一工位压紧块(26)上设有以平行四边形另两边相接的另两个定位面；
第二工位定位基准底座(28)上设有以平行四边形两边相接的两个定位面，第二工位压紧块(29)上设有以平行四边形另两边相接的另两个定位面。
3.如权利要求1所述的夹具，其特征在于，
在夹具体(23)的端面还设有定位销孔(31)。
4.一种配重叶片双工位铣削加工找正方法，使用如权利要求1～3中任一项所述的夹具，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1，在加工中心的A轴过渡盘(24)上安装夹具，夹具体(23)的装夹基准面(32)朝Z轴正向，并测量夹具体上装夹基准面(32)的跳动，同时不断调整A轴角度，直至该基准面跳动在设定阈值以内，设此时A轴的值为A＝0°；
步骤S2，在夹具体(23)的第一工位上安装好叶片第一毛坯(21)，叶片第一毛坯(21)的内定位面与第一工位定位基准底座(25)上的定位面贴合，压紧第一工位压紧块(26)完成装夹；装夹位置为叶片第一毛坯(21)背离叶根的一端；
步骤S3，完成第一工位上叶根特征加工；
步骤S4，将步骤S3完成加工后的叶片第二毛坯(22)拆卸后装夹在夹具体(23)的第二工位上；叶片第二毛坯(22)的内定位面与第二工位定位基准底座(28)的定位面贴合，压紧第二工位压紧块(29)完成装夹；装夹位置为叶片第二毛坯(22)背离叶根的一端；
步骤S5，使用线测量探头，进行第二工位自动找正；
步骤S6，完成找正后，用变换加工坐标系后的程序完成叶片型面(9)及叶型与叶根转接面(8)的加工。
5.如权利要求4所述的配重叶片双工位铣削加工找正方法，其特征在于，
步骤S5具体包括：
步骤S5.1，设置测量点，编写各测量点的测量程序；测量点包括：
设置于叶根端面的两个叶根端面测量点(51、52)，分别位于叶片回转中心(59)两侧；
设置于内弧径向面的两个叶根内弧径向面测量点(53、54)，分别位于叶片回转中心(59)两侧；
设置于背弧径向面的两个叶根背弧径向面测量点(55、56)，分别位于叶片回转中心(59)两侧；
两个叶根内弧径向面测量点(53、54)之间的距离与两个叶根背弧径向面测量点(55、56)之间的距离相等，都是L；
设置于进气侧面的进气侧测量点(57)，设置于出气侧面的出气侧测量点(58)；
步骤S5.2，测量两个叶根端面测量点(51、52)，获得X方向偏差△X＝(△X51+△X52)/2,其中△X51为一个叶根端面测量点(51)在X方向的偏差，△X52为另一个叶根端面测量点(52)在X方向的偏差；
步骤S5.3，将两个叶根内弧径向面测量点(53、54)，两个叶根背弧径向面测量点(55、56)的测量坐标系沿X轴移动△X后进行测量，得到对应各点的Z向偏差△X53、△X54、△X55、△X56，计算旋转角度△RotX；△RotX＝arctan(((△X54-△X53)+(△X55-△X56))/2/L)；
步骤S5.4，将两个叶根内弧径向面测量点(53、54)，两个叶根背弧径向面测量点(55、56)的测量坐标系沿X轴移动△X、绕X轴旋转角度△RotX后进行测量，得到对应各点的Z向偏差△X’53、△X’54、△X’55、△X’56，计算Z轴偏移量△Z：
△Z＝((△X’53+△X’54)-(△X’55+△X’56))/4
步骤S5.5，将进气侧测量点(57)、出气侧测量点(58)的测量坐标系沿X轴移动△X、绕X轴旋转角度△RotX、沿Z轴移动△Z后进行测量，得到对应各点的Y向偏差△X57、△X58，计算Y轴偏移量△Y：
△Y＝(△X58-△X57)/2*sinβ
其中β为叶根与叶身相接部横截面平行四边形锐角值；
步骤S5.6，存储各偏移量△X、△RotX、△Z及△Y，将第二工位上使用到的数控加工程序加工坐标系沿X轴移动△X，绕X轴旋转△RotX，沿Z轴移动△Z，最后沿Y轴移动△Y，找正完成。
6.如权利要求4所述的配重叶片双工位铣削加工找正方法，其特征在于，
步骤S3中，具体采用端铣刀加工叶根端面、进气侧面、内弧径向面、出气侧面、背弧径向面；采用仿形铣刀加工内弧面榫槽和背弧面榫槽；
加工时按照分为粗加工、半精加工及精加工三个步骤进行。
7.如权利要求4所述的配重叶片双工位铣削加工找正方法，其特征在于，
步骤S6包括：先采用硬质合金整体立铣刀粗加工叶片型面(9)，余量为0.08mm，每刀切深0.25mm，转速为1200r/min，进给为450mm/min；然后采用锥度球刀精加工叶型与叶根转接面(8)，转速为3000r/min，进给为360mm/min；最后锥度球刀加工叶片型面(9)，转速为3000r/min，进给为500mm/min。
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Application publication date: 20180720 Assignee: Jiangsu Pihe Advanced Manufacturing Technology Co.,Ltd. Assignor: Jiangsu Jihui Huake Intelligent Equipment Technology Co.,Ltd. Contract record no.: X2021980000719 Denomination of invention: Alignment method and fixture for double position milling of counterweight blade Granted publication date: 20190618 License type: Common License Record date: 20210125 |