一種開式整體葉盤盤銑開槽加工方法
【專利摘要】一種開式整體葉盤盤銑開槽加工方法，本發明涉及一種葉盤盤銑通道開槽加工方法。以解決在開式整體葉盤通道的粗加工開槽工序中存在材料去除量大，加工效率低，且由于開槽通道狹窄且深，刀具易與自由曲面葉片發生干涉，刀具易磨損問題。方法是：對開式整體葉盤通道開槽區域進行規劃；求取葉片干涉控制線；通道開槽臨界線求解；獲取通道開槽可達加工域；刀位軌跡的規劃；盤銑刀幾何參數選取；實現通道開槽盤銑。本發明用于對開式整體葉盤盤銑開槽加工。
【專利說明】一種開式整體葉盤盤銑開槽加工方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種葉盤盤銑通道開槽加工方法。
【背景技術】
[0002]開式整體葉盤是現代高推重比航空發動機的重要零件，數控銑削加工是其主要的制造方法，但現有技術主要存在以下問題:1)開式整體葉盤葉片型面為復雜的空間自由曲面，葉片扭曲度大，通道狹窄且較深，導致在數控加工過程極易發生干涉問題；2)現有的開槽方法有端銑分層開槽、側銑和插銑方法，端銑和側銑方法效率較低，而且不適于較深的通道，插銑雖然效率有所提升仍難以滿足高效率的開槽需求；3)現有開槽用刀具主要有圓柱平底刀，錐形球刀和專用插銑刀，由于材料去除量較大，這些刀具在開槽過程中容易產生“讓刀”現象，剛性較差且排屑困難，同時開式整體葉盤材料多為鈦合金、高溫合金和新型復合材料等難加工材料，導致刀具磨損極其嚴重；4)由于開式整體葉盤的難加工性，現有通道開槽方法中刀具軌跡較為復雜，加之有時需要不斷變換刀軸方向，致使加工過程不穩定；5)在實際加工中，刀具尺寸的選擇是極其關鍵的，目前刀具結構尺寸都是憑借研究人員的經驗或是初步的選擇，而非嚴格按照加工方法和通道的幾何關系去參考選擇較合適的刀具幾何參數。
[0003]開式整體葉盤開槽加工是粗加工的第一道工序也是整個通道材料去除量最大的一道工序。因此，對通道開槽加工區域進行規劃和計算，選用合適的刀具，采用新的加工方法并應用于實際加工中去改善或解決以上問題，對提高開式整體葉盤開槽加工的效率和整體加工質量，降低加工成本，具有十分重要的意義。

【發明內容】

[0004]本發明的目的是提供一種開式整體葉盤盤銑開槽加工方法，以解決在開式整體葉盤通道的粗加工開槽工序中存在材料去除量大，加工效率低，且由于開槽通道狹窄且深，刀具易與自由曲面葉片發生干涉，刀具易磨損問題。
[0005]本發明方法的主要思路是，在開槽盤銑刀具軌跡盡量簡易，且保證不干涉開式整體葉盤通道、輪轂和葉片自由曲面的約束條件下，通過規劃合理的通道區域和選取合適的刀具幾何參數，大幅度的提升加工效率，同時基于通用工程軟件UG使該加工方法更容易實現和推廣。
[0006]為實現上述目的，本發明所采取的技術方案是:
[0007]一種開式整體葉盤盤銑開槽加工方法，所述開式整體葉盤盤銑開槽加工方法包括以下步驟:
[0008]步驟一:對開式整體葉盤通道開槽區域進行規劃；
[0009]先定義垂直于葉盤軸線做一組截平面，然后截取得到與所述葉盤通道環形輪轂曲面相交的一組環曲線，并在這組環曲線中找到距離葉盤軸線距離最大的點；過此點和葉盤軸線的平面，再在這個平面內過所述此點做一直線，使該直線與葉盤軸線平行；再以此直線為母線繞葉盤軸線旋轉得到葉盤的開槽內環面；沿著葉片進氣邊和排氣邊的邊界線將葉片分為凸形的葉背曲面和凹形的葉盆曲面，一個通道內相鄰葉片的葉背曲面、葉盆曲面和開槽內環面構成了一個通道的開槽區域；
[0010]步驟二:求取葉片干涉控制線；
[0011]根據幾何原理求曲面間最小距離方法，利用三維設計軟件直接求出，求取相鄰葉背曲面和葉盆曲面距離最近的兩個點P1和P2,由于通道內相鄰葉背曲面和葉盆曲面呈兩側展開結構，可知所求取的該兩個點靠近輪轂曲面；連接該兩個點即為葉片干涉控制線，所求取的葉片干涉控制線的長度即為通道相鄰葉片的最小間距；
[0012]步驟三:通道開槽臨界線求解；
[0013]將步驟一中的開槽內環面以葉盤軸線為中心進行偏置，使得到的偏置面過步驟二中所求兩個點中的葉背曲面上點，得到偏置面一 F1，同理過葉盆曲面上點得到偏置面二 F2;
[0014]求得所述偏置面一F1與葉背曲面的一條凸狀相交曲線S1,同理求得偏置面二F2與葉盆曲面的凹狀相交曲線S2;過步驟二中所求葉背曲面上點求取所述凸狀相交曲線S1的單側包絡直線I1，求解過程應用最小二乘原理公式如下:
[0015]
【權利要求】
1.一種開式整體葉盤盤銑開槽加工方法，其特征在于:所述開式整體葉盤盤銑開槽加工方法包括以下步驟: 步驟一:對開式整體葉盤通道開槽區域進行規劃； 先定義垂直于葉盤軸線做一組截平面，然后截取得到與所述葉盤通道環形輪轂曲面相交的一組環曲線，并在這組環曲線中找到距離葉盤軸線距離最大的點；過此點和葉盤軸線的平面，再在這個平面內過所述此點做一直線，使該直線與葉盤軸線平行；再以此直線為母線繞葉盤軸線旋轉得到葉盤的開槽內環面；沿著葉片進氣邊和排氣邊的邊界線將葉片分為凸形的葉背曲面(2)和凹形的葉盆曲面(3)，一個通道內相鄰葉片的葉背曲面(2)、葉盆曲面(3)和開槽內環面構成了一個通道(4)的開槽區域； 步驟二:求取葉片干涉控制線； 根據幾何原理求曲面間最小距離方法，利用三維設計軟件直接求出，求取相鄰葉背曲面(2)和葉盆曲面(3)距離最近的兩個點P1和p2，由于通道(4)內相鄰葉背曲面(2)和葉盆曲面(3)呈兩側展開結構，可知所求取的該兩個點靠近輪轂曲面(I);連接該兩個點即為葉片干涉控制線(5)，所求取的葉片干涉控制線(5)的長度即為通道(4)相鄰葉片的最小間距； 步驟三:通道開槽臨界線求解； 將步驟一中的開槽內環面以葉盤軸線為中心進行偏置，使得到的偏置面過步驟二中所求兩個點中的葉背曲面(2)上點，得到偏置面一匕，同理過葉盆曲面(3)上點得到偏置面二F2 ;求得所述偏置面一 F1與葉背曲面(2)的一條凸狀相交曲線S1,同理求得偏置面二 F2與葉盆曲面(3)的凹狀相交曲線S2 ;過步驟二中所求葉背曲面2上點求取所述凸狀相交曲線S1的單側包絡直線I1，求解 過程應用最小二乘原理公式如下:

η _y = min ,( I )

?=1 其中X為S1上各點到I1的距離，y為X方差最小值；同理求得葉盆曲面(3)的凹狀相交曲線S2的單側包絡直線I2，所求解的凸狀相交曲線S1的單側包絡直線I1和凹狀相交曲線S2的單側包絡直線I2即為通道開槽臨界線； 步驟四:獲取通道開槽可達加工域； 定義一個平面一 F3使其與葉盤軸線垂直相交；過步驟二的葉片干涉控制線(5)定義另一個平面二 F4,并使所述平面二 F4與所述平面一 F3垂直相交；將步驟三中求得的兩條通道開槽臨界線投影到平面二 F4分別得到兩條直線，定義該兩條直線分別是直線一 13和直線二14，定義兩個臨界平面分別是臨界平面一 L1和臨界平面二 L2,并使得臨界平面一 L1過直線一I3,臨界平面二 L2過直線二 14，使所述兩個臨界平面與平面二 F4垂直，將平面二 F4沿法矢量通道方向進行偏置，偏置距離為開槽工序最小加工余量，再使偏置后的平面二 F4與開槽內環面相切，得到開槽內環面偏置面，將臨界平面一 L1進行偏置得到偏置面一 L11,將臨界平面二 L2進行偏置得到偏置面二 L22,分別使偏置面一 L11距離P1點之間的部分為開槽工序最小加工余量，偏置面二 L22距離ρ2點之間的部分為開槽工序最小加工余量；求得的三個偏置面所劃分出的步驟一的開槽區域即為通道(4)的開槽區域可達加工域； 步驟五:刀位軌跡的規劃； 在步驟四通道的開槽區域可達加工域中，利用開槽內環面偏置面截取偏置面一 L11與偏置面二 L22分別得到兩條直線和兩條可達加工域臨界直線，所述兩條直線分別為第一條直線I11與第二條直線I22，對比兩條可達加工域臨界直線，定義長的那條加工域臨界直線為·10 ;平移第一條直線I11與第二條直線I22，使該兩條直線交點處在所述長的那條加工域臨界直線Itl上，得到兩條平移后的直線一 Itll與直線二 Itl2，分別過平移后的直線一 Itll與直線二102做平行于偏置面一 L11與偏置面二 L22的兩個平行平面，兩個平行平面分別是平行平面一L01和平行平面二 Ltl2,由此得出偏置面一 L11與平行平面一 Ltll，偏置面二 L22與平行平面二Ltl2所組成的兩個固定軸盤銑槽；刀位點即為盤銑刀盤底面中心，刀軸為兩個再偏置的第二偏置面法矢量，切削模式為單向切削，根據切削參數要求即可得到步驟四中通道的開槽加工域內的所有刀位路徑； 步驟六:盤銑刀幾何參數選取； 由步驟四獲取的可達加工域利用三維設計軟件直接算出開槽深度，開槽深度的二倍加上刀具內徑d的和即為刀盤總體直徑D選取最小值；刀體配套刀片刀刃寬度E由葉盤材料和步驟五中偏置面一 L11與平行平面一 Ltll,偏置面二 L22與平行平面二 Ltl2的幾何間距參考選取； 使E< Δ d+n ε ,其中Δ d為固定槽間距,η為加工軌跡行數，ε為加工行距；刀片刃形由步驟四中可達加工域槽型選取，刀片為方形刀片；選取刀片的小角度正前角Y小于5°，后角α為6°~8° ； 步驟七:實現通道開槽盤銑； 根據步驟五的刀位路徑和步驟六的刀具幾何參數在計算機上應用通用工程軟件UG中的CAM功能，把生成的加工程序根據第一條直線I11與所述長的那條加工域臨界直線Itl之間夾角進行刀軸角度盤銑槽平移變換，同理根據第二條直線I22與所述長的那條加工域臨界直線Itl之間夾角生成另一個固定軸盤銑槽加工程序；并在所述工程軟件UG上進行仿真驗證，最后把這個通道的加工程序根據葉盤通道數量按照每個開槽通道的夾角進行旋轉變換即可得到整個葉盤的所有通道開槽加工程序；然后根據加工程序控制數控機床實現開式整體葉盤盤銑開槽加工。
2.如權利要求1所述一種開式整體葉盤盤銑開槽加工方法，其特征在于:步驟二中，所述葉片干涉控制線(5)長度計算由曲面幾何原理求曲面間最小距離方法計算得出或依據UG計算機輔助設計軟件得出，所求取的葉片干涉控制線(5)的長度為19.73_。
3.如權利要求1或2所述一種開式整體葉盤盤銑開槽加工方法，其特征在于:步驟六中，所述刀體配套刀片刀刃寬度E由葉盤材料和步驟五中偏置面一 L11與平行平面一 Ltll，選取偏置面二 L22與平行平面二 Ltl2的幾何間距為10mm，使E < 10+η ε。
【文檔編號】B23C3/18GK103586518SQ201310631732
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年12月2日 優先權日:2013年12月2日
【發明者】程耀楠, 安碩, 張悅, 劉獻禮 申請人:哈爾濱理工大學