[发明专利]一种整体叶盘流道复合加工的方法

说明书

技术领域

本发明属于航空发动机技术领域，是一种基于区域特征选择适应性加工策略的数控加工方法，可用于整体叶盘、叶轮类等工业产品加工，特别涉及一种整体叶盘流道复合加工的方法。

背景技术

整体叶盘类零件从锻造毛坯到最终零件的加工成形，需要去除大量的多余材料。整体叶盘流道区域由空间自由曲面构成，且流道区域容刀空间狭窄、叶片刚性差，以往整体叶盘采用了满刀刃槽铣加工的常规方法，刀具磨损严重，加工条件差，铣削深度(Ap)最多不能超过铣刀直径的一半，由于整体叶盘类零件流道区域结构复杂，刀轴变化剧烈，不得不采用多轴联动的加工方式，加工过程不宜控制。

发明内容

针对整体叶盘流道加工现有技术的问题，本发明提供一种整体叶盘流道复合加工的方法。本发明方法基于叶盘流道的区域特征选择适应性的数控加工策略，采用摆线铣削、钻铣和插铣复合的粗开槽数控加工方法，刀具由现有技术的轴向满刃切削改变为切向变厚度切削、端面铣加工改变为侧铣加工(切削抗力仅为满刃切削的一半左右)，利用中弧面逼近叶型曲面，进而确定通道粗加工区域的边界轮廓和最佳刀轴矢量，通过连接刀心轨迹线和刀轴驱动线上的对应点，规划插铣、钻铣和摆线铣削刀具轨迹。

摆线铣削加工方式是一种具有高的材料去除率的加工整体叶盘流道区域封闭型腔的粗加工方法，与传统铣削加工方法相比，铣加工刀具会沿着叶片之间的流道走圆形轨迹。随着流道区域叶片之间的宽度的变化，圆形轨迹的直径也在不断调整，相应的铣削力和铣削量也在随时间调整和变化，该加工方式成为一种带有精加工的封闭型腔粗加工方法。摆线铣削刀具始终为侧刃铣削，充分利用了侧刃铣削切削抗力较小的优点。

中弧面插铣刀具轨迹设计是在刀具矢量控制方向确定的基础上，为消除相邻叶片的干涉现象，尽量保证均匀地去除材料，设计了中弧面驱动的新工艺，通过构造相邻叶片之间的中弧面，保证插铣刀具轨迹在俯视图上看是一条直线，通过该直线驱动生成了一个简洁、优化的三轴、四轴插铣加工程序。

相对槽铣方式，摆线铣削刀具较小，刀具悬伸不宜过长，为提高刀具的刚性，刀具悬伸长度一般不超过刀具直径的5-6倍，摆线铣削深度随之确定，超出摆线铣削深度部分则采用中弧面插铣工艺方法。

本发明基于整体叶盘流道区域的结构特点，结合摆线铣削、钻铣、插铣的特点，全面利用流道区域的几何特征信息，来划分加工区域，选择数控加工策略，制定加工工艺。

具体加工方法包括加工区域划分、基于区域特征选择适应性数控加工策略两个基本步骤：

步骤一：加工区域划分：

叶盘流道区域是指由轮毂面、叶片的叶背与相邻叶片的叶盆组成的半封闭区域。根据流道区域的结构特点，如图1所示，划分为3个区域：左侧三角区域、右侧三角区域和中间流道区域。左、右侧三角区域属于半开敞性区域，受流道型面之间的约束较小，加工刀具的空间运动范围相对较大，左、右侧三角区域确定后剩下的叶盘流道区域自动形成中间流道区域，中间流道区域又划分为内半部流道区域和外半部流道区域，具体确定方法和工艺参数如下：

1.刀具直径D＝叶型间距×系数(1.5～2.5)。

2.叶型安全距离＝加工余量+安全裕度(0.2～0.3mm)。

3.叶型安全间隙：根据加工余量确定，大于或等于加工余量。

4.确定三角区域：如图1所示，利用CAD模型，在垂直投影面上，

(1)确定相邻叶片的叶背和叶盆的最边缘投影轮廓线；

(2)根据粗开流道加工余量，对最边缘轮廓线区域进行偏置1～1.5mm；

(3)建立两相邻叶片间的中分面，在中分面基础上建立中分直纹面，确定中分直纹面的投影线；

(4)以中分直纹面投影线上的一点为圆心，以刀具直径D为直径，在垂直投影面上画圆弧，使圆弧分别与叶片的叶背和相邻叶片的叶盘的投影轮廓线相切，由此形成的圆弧区域即为三角区域在垂直投影面上的投影区域。

5.确定中间流道区域：左、右侧三角区域之外的剩下的叶片流道区域为中间流道区域，中间流道区域又分成内半部区域和外半部区域。

步骤二：基于区域特征选择适应性数控加工策略和加工步骤：

1.三角区域加工：

(1)区域特征分析

加工的主要目的是最大限度地去除材料，因此，本发明开发的基于区域特征选择适应性数控加工策略要在保证叶型形状的同时，提高加工效率。由于粗加工和精加工的目的不同，因此，本发明在不同区域中采取的加工策略也不相同。该区域属半开放空间，与叶型干涉范围小，刀具运动空间较大，宜采用大直径刀具加工去除此处材料。

(2)选取工艺参数