[发明专利]一种双端带冠涡轮叶片全型面数控抛光加工工艺方法

说明书

本发明公开一种双端带冠涡轮叶片全型面数控抛光加工工艺方法，根据叶片铸造完后的上下缘板设计定位点确定设计坐标系PCS1，叶片固定于3R快换夹具托盘上；三坐标测量机对涡轮叶片叶身进行测量，获取叶身轮廓数据，然后在PCS1坐标系下，对叶身定位几何要素和相对应测量点数据进行配准定位，优化出叶身轮廓余量最佳状态下的叶片基准或坐标系的最佳位置，记为PCS2；根据PCS2和PCS1之间的空间转换关系，对叶片上下缘板定位点修正，得到精修定位点；以精修定位点为作为定位基准，对涡轮叶片进行叶身轮廓抛光修正和全型面数控抛光，并基于该精修基准同时完成叶片后续工艺的叶冠和榫头的数控磨削加工。本发明提高铸造叶片数控抛光效率，替代了人工打磨。

技术领域

本发明涉及叶片加工技术领域，特别涉及一种双端带冠涡轮叶片全型面数控抛光加工工艺方法。

背景技术

航空发动机涡轮叶片主要依靠精密铸造成型，由于铸造工艺过程复杂，导致其叶型会有不同的变形且叶身余量不一致。目前，涡轮叶片(除榫头外)的解决方法是精密铸造+手工打磨。但人工打磨工序的任务量大，占用了大量的人力资源，人工抛光时产生大量粉尘，严重影响到了操作人员的健康，况且叶片的抛光质量由操作人员的熟练程度和操作技巧所决定，从而导致服役涡轮叶片的型面精度、表面质量等关键指标产生了人为的误差波动，影响了叶片的使用效果和服役性能。

目前涡轮叶片工艺流程：涡轮叶片在铸造完后，依靠铸造完后的粗基准定位，并采用测具对涡轮叶片叶身进行测量，测量完后出现叶身轮廓超差的地方通过手工打磨修正，然后利用手工打磨完后的叶身定位，磨削加工叶片榫头和叶冠(或者对于双端带冠涡轮叶片，则继续采用测量粗基准定位，完成榫头和叶冠的磨削加工)。

目前这种加工工艺存在以下几个缺点：

1)铸造完后，用于测量叶身轮廓的定位基准属于毛坯基准，精度低，不能精准的测量出叶身的真实轮廓，对于叶片的合格与否，容易出现错判；

2)在磨削榫头和叶冠的过程中，采用叶身定位的定位基准的准确性取决于热铸造和手工打磨两个过程，误差波动大；

3)阵列磨抛铸造叶片没有可用的统一基准。

发明内容

为解决上述技术问题，提出了一种双端带冠涡轮叶片全型面数控抛光加工工艺方法，具体技术方案如下：

一种双端带冠涡轮叶片全型面数控抛光加工工艺方法，步骤如下：

步骤一：根据叶片铸造完后的上下缘板设计定位点确定设计坐标系PCS1，并将叶片固定于3R快换夹具托盘上，该快换托盘夹具用于在叶片测量和加工时候对叶片进行准确定位。

步骤二：利用三坐标测量机对固定于3R快换夹具托盘上的涡轮叶片叶身进行测量，获取叶身轮廓数据，然后在PCS1坐标系下，对叶身定位几何要素和相对应测量点数据进行配准定位，优化出叶身轮廓余量最佳状态下的叶片基准或坐标系的最佳位置，记为PCS2；

步骤三：根据PCS2和PCS1之间的空间转换关系，对步骤一中的叶片上下缘板定位点进行数控加工修正，得到精修完后的定位点；

步骤四：以步骤三的精修定位点为作为定位基准，对涡轮叶片进行叶身轮廓抛光修正和全型面数控抛光，并基于该精修基准同时完成叶片后续工艺的叶冠和榫头的数控磨削加工。

所述的一种双端带冠涡轮叶片全型面数控抛光加工工艺方法，其优选方案为，步骤一中，设计坐标系PCS1是通过采用六点位于叶片上下缘板上，根据定位理论计算确定的。

所述的一种双端带冠涡轮叶片全型面数控抛光加工工艺方法，其优选方案为，步骤二中，对于叶片的测量采用三坐标接触式测量方法，所述的配准定位过程主要为：以毛坯叶片叶身超差区域面积最小前提下所有测量点和相对应的叶身理论点平方和最小为目标函数，以叶片下轮廓公差为约束条件，建立配准定位优化数学模型，并采用遗传算法对配准定位数学模型进行求解，得到PCS1到PSC2的空间转换关系。