[发明专利]一种难加工材料薄壁叶片行间变余量精密铣削加工方法

说明书

技术领域

本发明属于精密、超精密铣削加工技术领域，具体为一种难加工材料薄壁叶片行间变余量精密铣削加工方法，主要解决航空发动机薄壁叶片的数控铣削精加工变形控制问题。

背景技术

叶片是航空发动机的核心零件，也是一种典型的薄壁类零件，其制造水平直接影响着航空发动机的气动性能。随着气动设计技术、结构技术和材料技术的不断发展，航空发动机叶片出现了弯、扭、薄、掠、轻等新的结构特点，同时也给其制造精度提出了更高的要求。航空发动机叶片高质量精密加工技术是发动机叶片制造面临的挑战性课题，也是当前国内航空发动机制造的关键技术之一。

目前，在国内航空发动机叶片数控加工方面，常采用的铣削方法有单面铣削方法和螺旋铣削方法。单面铣削方法分别在半精加工和精加工工序中，或先加工整个叶背型面，或先加工整个叶盆型面。其中，在这两个工序中整个叶片型面留有相同的加工余量。这种铣削工艺简单易行，对设备要求相对较低。而螺旋铣削方法需要采用四坐标以上的设备。在叶片加工时，螺旋加工方法往往从叶根朝叶尖方向螺旋加工，加工过程中叶片不断旋转，叶背、叶盆同时均匀去除多余材料，相对单面铣削方法而言有利于其加工质量的控制和加工效率的提升。但是随着发动机性能的不断提高，叶片趋向于薄壁、轻量化方向发展。对于这类叶片的加工，若采用传统的单面铣削方法和螺旋铣削方法，则会因为加工中的切削力和加工后表面残余应力的影响而导致叶片产生较大的弯曲和扭转变形，严重影响叶片截面位置度和轮廓度，导致加工出现大量不合格品。

针对现有的薄壁叶片加工工艺存在的不足，很有必要对现有的加工工艺方法进行优化和改进。从而寻找一种新的叶片加工工艺方法，实现对薄壁叶片加工变形的有效控制，大幅提高加工精度和效率，以满足相关科技工程领域对改进和完善薄壁、超薄叶片精密铣削加工技术的迫切需求。

发明内容

要解决的技术问题

本发明主要是针对叶片加工时的弯曲和扭转变形，从加工工艺方面抑制弯曲和扭转变形对叶片加工精度的影响。为了解决现有技术中薄壁叶片加工时加工变形大，精度难保证的问题，本发明提出一种难加工材料薄壁叶片行间变余量精密铣削加工方法。针对叶片加工变形的特点采用行间变余量纵向铣削精加工方法，从而提高叶片加工精度和效率，实现薄壁叶片的高效精密切削。

螺旋铣切削方向是沿着叶片截面线方向一圈一圈的进行加工，而纵向铣削的切削方向改为沿叶片轴向方向加工，也就是与叶片截面线方向近似垂直的方向。螺旋铣加工时连续不断朝一个方向前进的切削力很容易造成薄壁叶片的加工扭转变形和叶片截面线位置度的偏移。纵向铣与螺旋铣方式相比，改变了切削力的方向，纵向切削非常有利于减小螺旋加工时横向切削力造成的扭转变形问题，同时有利于提高各个叶片截面的位置度。但是，从实际测量结果来看，采用传统的固定加工余量纵向铣刀位轨迹加工出的叶片扭转和弯曲变形的确较小，但存在的主要问题是表面轮廓度不够好，从叶片进、排气边到叶片中轴线，残留余量逐渐增加。这种情况在加工高温合金等难加工材料的叶片时，问题较为突出，几乎难以加工出合格产品。

技术方案

本发明的技术方案为：

所述一种难加工材料薄壁叶片行间变余量精密铣削加工方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：根据叶片设计数据，在三维建模软件中构建叶片的三维模型；并且根据叶背、叶盆截面线数据，采用截面线放样法构造叶背曲面和叶盆曲面作为辅助面；

步骤2：在叶片三维模型中将叶片两端面均向叶身方向偏置，偏置距离保证加工时刀具不与叶片端面发生干涉，得到的两个偏置面分别为叶尖边界面和叶根边界面；

步骤3：利用叶根边界面和叶尖边界面裁剪叶背曲面，得到叶背曲面在叶根边界面和叶尖边界面之间的曲面S_yb，提取曲面S_yb的等u参数线，曲面S_yb的等u参数线数量为2N，分别利用曲面S_yb等u参数线中沿u向的前N条参数线和后N条参数线通过截面线放样法构造驱动曲面Ⅰ和Ⅱ；利用叶根边界面和叶尖边界面裁剪叶盆曲面，得到叶盆曲面在叶根边界面和叶尖边界面之间的曲面S_yp，提取曲面S_yp的等u参数线，曲面S_yp的等u参数线数量为2N，分别利用曲面S_yp等u参数线中沿u向的前N条参数线和后N条参数线通过截面线放样法构造驱动曲面Ⅲ和Ⅳ，驱动曲面Ⅰ和驱动曲面Ⅳ在叶身中轴线沿v向同一侧；