[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

说明书

本发明公开一种整体叶轮大扭转变圆角叶型的减振铣削方法，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；该方法的目的是降低叶片三维锐角型腔区域以及变叶根圆角区域的刀轴变化幅度，均衡材料切削去除量，减小叶型切削振动，提高叶型铣削过程平稳性，使整体叶轮大扭转变圆角叶型获得良好的加工精度与表面质量。

技术领域

本发明涉及航空发动机整体叶轮加工技术领域，特别涉及一种整体叶轮大扭转变圆角叶型的减振铣削方法。

背景技术

整体叶轮结构在国际航空发动机设计上得到广泛应用，采用带有弯掠组合特征的复杂叶片构型来增大压缩比和提升气动效率，叶型具有长悬伸、大扭转、窄间距、高曲率变化特点，在叶身与流道形成的三维锐角型腔区域，加工过程稳定性差，刀轴摆动幅度大，切削力变化剧烈，导致叶片局部区域存在振纹、过切、前后缘形状欠佳等问题。现有的加工方法一般采用往复层铣、层铣与半精铣结合方式加工三维锐角型腔区域，通过加密刀轨、减小进给速度来降低切削振动带来的影响，粗铣效率低，刀具磨损快，表面质量难以保证。为适应强度与气动需求，部分整体叶轮叶身与流道的转接部位逐步采用变叶根圆角代替常用的恒定叶根圆角，使刀轴矢量变化进一步加大，叶根圆角切削去除量不均匀，转接区域容易产生振纹、接刀，并且国内外对变叶根圆角构建方法及加工策略方面鲜有论述。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出了一种整体叶轮大扭转变圆角叶型的减振铣削方法，具体技术方案如下：

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，一般将刀具前倾角的理想范围设为-10°～0°，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；