[发明专利]一种用于大型复杂曲面类叶片铣削的柔性夹具及方法

说明书

本发明公开了一种用于大型复杂曲面类叶片铣削的柔性夹具及方法，它解决了复杂曲面薄壁件加工过程中的加工振动问题，可以减小大型叶片等薄壁结构的加工变形，降低加工中的颤振，其技术方案为：包括设置于工作台的下部夹持部，下部夹持部上方配合设置柔性夹持部，所述柔性夹持部两端均与水平移动机构连接，水平移动机构端部与上下移动机构连接；所述柔性夹持部包括与叶片侧壁柔性贴合的弹性夹持体，弹性夹持体柔性夹持住叶片上部侧壁，下部夹持部夹持住叶片底部；加工过程中水平移动机构和上下移动机构带动弹性夹持体调整夹持叶片的位置，以预留出待加工区域。

技术领域

本发明涉及机械加工技术领域，特别是涉及一种用于大型复杂曲面类叶片铣削的柔性夹具及方法。

背景技术

目前，在航天工业中，对薄壁件的切削任务是至关重要的，而薄壁件的变厚度减薄加工一直是加工制造难题。航天结构中的复杂曲面薄壁叶片的悬伸量大、刚性差，且主要以五轴铣削为主要加工方式。难加工结构和复杂加工工艺使得薄壁结构在加工中易于产生变形、回弹等现象，存在让刀、振动等问题，导致工件变形，影响工件尺寸精度、切削表面质量和加工效率。

针对复杂曲面薄壁件加工过程中的加工振动问题，国内外很多学者进行了相关的研究。

在优选切削参数方面，Kersting提出利用仿真，预测五轴铣削过程中的可再生切削颤振；Biemann提出了一套可以计算五轴铣削加工振动的仿真方法以及加工表面建模方法；Zhou提出了一种五轴铣削中优选切削参数抑制切削振动的方法；Arnaud给出了保证精度和表面质量的最优切削参数；Campa提出了一种估计工件切削稳定域的方法以避免颤振。这些研究工作主要是通过一定程度上调整切削参数，从而控制薄壁挠性元件的振动。通过改变切削参数虽然加工振动能够得到有效的控制，但是并不能从根源上抑制振动，因此在铣削薄壁挠性工件中起到的减振效果并不理想。并且，针对成型面比较复杂的叶轮叶片的加工，所涉及的切削参数的调整过于复杂，无法完全掌控。

在夹具的优化布局方面，Selvakumar等人提出了利用实验设计算法，构建最佳的夹具布局，减少加工工件的最大弹性变形，从而抑制加工振动。但是，现有夹具与工件全部是刚性接触，在五轴铣削过程中，会导致工件变形和夹具变形，诱发振动。并且，在夹具优化研究中并未考虑夹子和定位器的数量和位置，以及夹具元素的布局等问题。

现有的薄壁件铣削夹具存在明显的不足和局限性，有些专为薄壁工件设计的夹具中没有考虑对叶片根部榫头的夹持与定位，因此往往由于榫头的影响而直接影响带榫头的整体叶片的装夹与定位。如申请号201610042625.3的发明专利公开的一种叶片加工辅助夹具包括基座和设置于基座端面的两个用于叶片夹持的夹持块，两夹持块通过调节机构可联动调节装配于基座上，基座的两夹持块之间还设置有用于叶片径向顶紧的顶紧机构。但是此发明的加工辅助夹具未考虑大型叶底部的榫头，因此此发明无法装夹带榫头的叶片。