[发明专利]基于电弧放电和铣削组合的叶盘类零件加工系统和方法

说明书

本发明公开了基于电弧放电和铣削组合的叶盘类零件加工系统和方法，用负极性的电弧加工完成叶盘类零件的粗加工，去除绝大部分待去除的材料；再用正极性的电弧加工完成叶盘类零件的半精加工；最后用铣削加工完成叶盘类零件的精加工。分步加工在同一台机床上完成。本发明使难加工材料叶盘的加工效率显著提高，加工时间显著缩短，在粗、半精加工阶段使用廉价的石墨电极替代昂贵的刀具，减少了加工成本，加工过程在一台专用机床上高质量完成，实现了电弧放电加工与铣削加工集成化、一体化，加工步骤少。

技术领域

本发明涉及叶盘类零部件加工技术，尤其涉及一种基于电弧放电和铣削组合的叶盘类零件加工系统和方法。

背景技术

现有的叶盘类零件加工工艺大多为使用难加工材料专用切削刀具进行粗、精加工。然而，由于钛合金、镍基高温合金在加工时的不良特性，刀具不可避免地损耗严重，使用时间极其有限，而此类刀具往往价格高昂，频繁的更换刀具导致加工费用水涨船高，极大地提高了其应用成本；与此同时钛合金、镍基高温合金也存在加工时间冗长，持续加工时的加工精度得不到有效保障等问题，传统切削加工对此无法有效解决。

根据专利检索得知，吴高强等在专利CN103056627A中阐述了高精度闭式叶盘成型方法，该专利提出了一种高精度闭式叶盘类零件的加工工艺方法，该方法将闭式叶盘零件拆分成盖板和带有叶片的底盘两个部分，对盖板进行先车削加工后磨两平面，对底盘进行粗、精加工叶片，磨底盘两面，最后通过真空钎焊的方式将两部分连接。该工艺的目的是为了解决叶盘的叶片部分无法进行机械加工问题，可以使叶片形状及流道达到较高的精度，整体质量能满足涡喷发动机的使用要求。虽然此工艺可达到所要求的加工精度，过程易控制，但是其本身加工步骤繁琐，用刀具对高温合金加工所需时间本身较长，若在完成两个部件机加工的基础上还要将两部件钎焊到一起,会使得加工效率进一步地降低，长时间加工硬度高的合金材料也会使造价昂贵的刀具损耗加剧，导致时间成本、加工成本都较高，加工精度得不到保障。

根据检索知，上海交通大学毕庆贞等在专利CN201210237109.8中阐述了类直纹面整体叶轮曲面的侧铣加工方法，涉及到了侧铣加工叶盘类零件的方式，该发明解决了当前侧铣加工方法只适用于直纹面叶片的问题，此专利根据类直纹面整体叶轮曲面，基于最小二乘原则获取近似的直纹面，根据获取的近似直纹面和给定的刀具参数，通过偏置方法获取离散刀具位置和姿态，并通过样条曲线插值得到初始刀具路径；计算类直纹面到刀具包络面的距离，建立刀具路径整体优化模型，得到优化后的最大几何偏差；通过对比偏差与预定加工精度以完成路径的规划。大连理工大学的魏兆成等人在专利CN201410246583.6中阐述了一种基于钻铣组合的整体叶轮插铣加工方法，该方案使用连续切削的钻削刀具和有中心刃的插铣刀具，应用插值方法在叶轮通道内均匀规划钻削和插铣加工的刀具轨迹；先执行钻削程序在通道内加工出密集的整孔序列；再针对钻削后蜂窝状的叶轮通道，应用插铣加工清除残余工件材料。魏兆成等人在专利CN201710073711.5中阐述了一种整体叶轮双列开槽插铣加工方法，该方案通过获取叶轮前期的CAD模型数据，选择插铣排刀方向，将叶轮流道沿进出口方向分成若干段，根据各分段的流道横截面底部宽度选择刀具尺寸，沿流道两侧叶片规划双列插铣刀具轨迹，编排好的刀具轨迹后处理成数控加工程序，驱动机床完成叶轮流道粗加工。上海交通大学陈明等人在专利CN201110436308.7中阐述了一种半开离心式具有长短叶片的整体叶轮高效加工方法，该方案按照整叶轮的流道、大叶缘、小叶缘、叶片顺序进行粗、半精以及精加工，即每一个部位加工全部完成后再进行下一个部位的加工。

上述技术存在的一个共同问题是都没有提到降低刀具损耗在加工难加工材料时的重要性。只是分别强调了路径规划、切削稳定性以及叶盘整体加工中的难加工材料对叶盘加工的重要性。现有技术中也尚未出现解决这些问题的一体化方案。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于电弧放电和铣削组合的叶盘类零件加工系统和方法。通过使用放电加工电极和放电电源对叶盘毛坯表面进行放电材料高效蚀除，再在同一台机床上通过铣削加工达到所要求的精度。