[发明专利]一种航空叶片数控加工方法

说明书

技术领域

本发明属于航空叶片加工技术领域，尤其涉及一种航空叶片数控加工方法。

背景技术

在航空发动机制造中各类叶片所占整个发动机比重约30％。发动机的性能很大程度上取决于叶片迎面的设计和制造水平，叶片在发动机的功能及其工作特点。现在叶片的型面越来越复杂，叶弦趋宽、叶身趋薄、此种叶片由复杂的三维弯扭曲面组成。叶片尺寸有长度20mm到800mm，航空叶片工作在高温高压环境下，通常需要重量轻而且强度高的钛合金或者高温合金制成。叶片几何精度要求更高，加工困难，老久的加工方法已无法满足航空发动机叶片的加工精度。为了更好地推动我国航空发动机叶片领域发展。飞机在飞行时航空发动机的叶片承受振动，高温，高压等恶劣环境。所以航空发动机叶片的加工工艺和加工进度提出了特殊要求。叶片加工精度直接影响着发动机的推重比性能、工作可靠性及成本。

目前，在我国航空叶片的加工都采用数控加工，老旧的加工方法已经被淘汰。但由于航空叶片是一种典型薄壁零件，具有结构复杂、品种繁多、设计的难度大、加工易变形，对发动机运行性能影响大等特点。叶片在铣削加工容易出现变形问题，通常在精加工阶段采用手工去除的方法，由此导致加工效率降低。叶片的截面精度很难控制，对发动机的气动性能有很大影响。发动机的平稳性也会受到影响，手工抛光叶片，会引起叶片内应力过大，导致叶片表面加工的出现缺陷，制约了发动机的运行时间。因为航空发动机叶片厚度比较薄，在铣削加工时叶片极易发生变形，由于叶片薄和加工时切削热导致叶片刚性降低，叶片在加工时易产生变形，叶片的加工精度和表面粗糙度大大降低，变形严重时将导致叶片报废。航空发动机叶片是发动机的核心部件之一，然而叶片的设计及制造水平一直以来是制约发动机性能瓶颈。叶片作为薄壁自由曲面零件加工时极易变形，它要求强度高、相对重量较轻等优点。叶片的曲面设计形状及铣削加工精度决定了发动机的性能，研究叶片的加工方法可以有效地提高叶片表面的精度及叶片的加工效率。传统的叶片加工方法不仅很难保证精度而且还费时费力。目前航空叶片大多采用多轴数控铣床来加工，因为在叶片加工时切削力导致其变形，所以如何保证叶片的加工精度是这个领域研究的热点。传统的叶片加工方法存在精度低、费时费力、容易变形等问题。

因此，发明一种航空叶片数控加工方法显得非常必要。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种航空叶片数控加工方法，其特征在于：该加工方法工艺流程包括准备机床、准备刀具、选取铣削加工叶片的材料、确定测量仪器、利用数控计算机建立加工模型、采用五轴高速铣削器加工叶片、检测叶片的表面粗糙度、清理后成品；

所述的准备机床是指采用DMG DMU60MONO BLOCK五轴立式数控铣床，主轴转速为1.8万，铣削方式为逆铣；

所述的准备刀具是指铣削加工时选用球头铣刀(4mm,4齿)；

所述的选取铣削加工叶片的材料是指根据叶片的使用条件选用铝合金LY11；

所述的确定测量仪器是指采用光学仪器测量所加工叶片的表面粗糙度；

所述的利用数控计算机建立加工模型是指将加工叶片的各要素数据输入数控计算机进行建模，得到精度高的加工模型；

所述的采用五轴高速铣削器加工叶片是指采用五轴立式数控铣床和数控计算机构成的五轴高速铣削器对铝合金材料按照加工模型的数据指令进行加工；

所述的检测叶片的表面粗糙度是指利用光学仪器测量所加工叶片的表面粗糙度，保证叶片铣削加工后叶片的粗糙度不大于2.2μm；

所述的清理后成品是指将成型后的叶片进行清洗干燥后，成品入库。

所述的准备刀具中具体采用五轴数控加工刀具第一把刀为直径10mm，刃长度50mm的平底立铣刀；T2为直径8mm，切削刃长度35mm的平底立铣刀；T3为直径4mm，切削刃长度30mm的球头铣刀。

所述的采用五轴高速铣削器加工叶片中叶片优化后的切削参数主轴转速为7500r/min，进给量为100mm/min，铣削深度为0.2mm，径向切深为0.3mm，提高了加工的精确度。

所述的利用数控计算机建立加工模型包括设置叶片优化切削参数、建立优化的叶片加工模型、保存模型数据三个步骤。

所述的利用数控计算机建立加工模型中对叶片切削参数进行优化得到合理的切削参数，通过有限元仿真模型证明误差补偿方法的有效性，可以有效地提高叶片的加工精度，减小叶片的加工变形量。