[发明专利]一种整体叶轮大扭转变圆角叶型的减振铣削方法

权利要求书

1.一种整体叶轮大扭转变圆角叶型的减振铣削方法，其特征在于，该方法以刀具前倾角变化范围作为铣削平稳性评价指标，沿叶展方向将粗铣区域依次划分为三维型腔往复层铣区域、三维锐角型腔单向层铣区域、三维锐角型腔对接插铣区域，在变叶根圆角区域以切削去除量均匀性作为铣削稳定性评价指标，依据多重变叶根圆角模型分层递进加工，并通过切削力优化及粗精组合加工方法，最终使整体叶轮获得良好的加工精度和表面质量；

该方法包括以下步骤：

步骤1：选定刀具前倾角变化范围；

在叶型粗开槽加工轨迹设计中，依据刀具前倾角对叶型铣削平稳性的影响程度，结合叶型扭转、叶展长度、工件材料及刀具长径比，对刀具前倾角的变化范围进行选定区分，将刀具前倾角的允许可用范围设为-30°～10°；

步骤2：划分粗开槽加工区域；

大扭转变圆角整体叶轮的叶片与流道构成三维型腔，三维型腔在中下部有进气侧三维锐角区和排气侧三维锐角区；依据刀具前倾角变化范围，从叶尖到叶根方向将三维型腔依次划分为三维型腔往复层铣区域、三维锐角型腔单向层铣区域以及三维锐角型腔对接插铣区域；

步骤3：计算粗开槽刀具轨迹；

步骤3.1：选定三维型腔往复层铣区域，计算往复层铣轨迹，在三维型腔往复层铣区域刀具前倾角在理想范围内变化，将往复层铣轨迹按层数标记为R₁，R₂，…R_i，每层轨迹具有偶数条刀轨，每层轨迹的进刀和退刀保证在叶型同侧，往复层铣不加工前后缘圆弧；

步骤3.2：选定三维锐角型腔单向层铣区域，将三维锐角型腔单向层铣区域沿整体叶轮周向细分为进气侧三维锐角型腔区域A_2L和排气侧三维锐角型腔区域A_2T两部分；

步骤3.3：针对进气侧三维锐角区，在进气侧三维锐角型腔区域A_2L选择从进气侧向排气侧单向加工策略，最大程度降低刀轴摆动幅度，计算进气侧单向层铣刀具轨迹，按层数标记为RL_i+1，RL_i+2，…RL_j，在区域A_2L刀具前倾角在允许可用范围内变化；

步骤3.4：针对排气侧三维锐角区，在排气侧三维锐角型腔区域A_2T选择从排气侧向进气侧单向加工策略，最大程度降低刀轴摆动幅度，计算排气侧单向层铣刀具轨迹，按层数标记为RT_i+1，RT_i+2，…RT_j，在区域A_2T刀具前倾角在允许可用范围内变化；

步骤3.5：将进气侧单向层铣刀具轨迹和排气侧单向层铣刀具轨迹进行逐层组合，形成单向层铣组合刀具轨迹，按层数标记为R_i+1，R_i+2，…R_j，组合后每层轨迹具有偶数条刀轨，每层轨迹的进刀和退刀保证在叶型同侧，单向层铣不加工前后缘圆弧；

步骤3.6：对三维型腔往复层铣区域、三维锐角型腔单向层铣区域内的粗铣刀具轨迹R₁，R₂，…R_j进行切削力分析与优化，降低切削力峰值，均衡材料切削去除量；

步骤3.7：选定三维锐角型腔对接插铣区域，将切削区域沿整体叶轮轴向细分成进气侧插铣区域与排气侧插铣区域；

步骤3.8：在进气侧插铣区域从进气侧进刀，刀具倾斜角度相对刀具路径保持恒定，计算进气侧插铣刀具轨迹，插铣刀具半径应不小于变叶根圆角的最大值，从进气侧插铣时加工前缘圆弧；

步骤3.9：在排气侧插铣区域从排气侧进刀，刀具倾斜角度相对刀具路径保持恒定，计算排气侧插铣刀具轨迹，插铣刀具半径应不小于变叶根圆角的最大值，从排气侧插铣时加工后缘圆弧；

步骤4：组合叶型粗精刀具轨迹；

计算整个叶身型面精铣刀具轨迹，将叶型精铣轨迹沿叶尖到叶根方向进行细分，按段数标记为F₁，F₂，...F_j，将粗铣刀轨与精铣刀轨组合为R₁，F₁，...R_j，F_j；

步骤5：选择变叶根圆角加工刀具和切削厚度；

变叶根圆角在叶片与流道的不同转接区域采用不同的叶根圆角值，最大叶根圆角值R_max位于弦长中部区域，最小叶根圆角值R_min位于前后缘区域；综合考虑刀具加工刚性与变叶根圆角大小，选择叶根圆角铣削刀具直径D_tool≤(2R_min～0.5)，粗铣圆角每层去除材料最大厚度T_max在0.05D_tool～0.1D_tool之间，粗铣圆角为精铣圆角留0.1～0.3mm余量；

步骤6：构建变叶根圆角多重工艺模型；

依据不同区域的叶根圆角数据，在保持粗清根每层最大切削厚度T_max恒定的条件下，计算多重工艺模型构造数据，构建多重变叶根圆角工艺模型；

步骤7：计算变叶根圆角分层递进加工轨迹；

基于多重变叶根圆角工艺模型，分别从叶身、流道交替向叶根方向走刀，计算变叶根圆角分层递进加工轨迹；

步骤8：叶型减振铣削验证；

使用叶型粗精组合刀具轨迹与变叶根圆角分层递进加工轨迹，进行叶身型面与变叶根圆角加工，验证加工过程是否平稳；若叶型铣削过程存在明显振动，可按步骤3～步骤7重新调整加工区域和刀具轨迹，再次进行铣削验证。