一種長懸臂大型整體葉盤葉片一次性銑削方法
【專利摘要】本發明提供一種長懸臂大型整體葉盤葉片一次性銑削方法，屬航空發動機【技術領域】。按照以下步驟進行：步驟一、刀具的選擇；步驟二、五軸加工防干涉計算；步驟三、五軸加工刀具軌跡設計：(1)整體螺旋刀軌設計(2)葉根、流道刀軌設計；步驟四：進行銑削；本發明采用整體螺旋銑削刀軌模式，一次裝夾完成葉片的精密銑削，消除二次裝夾誤差，避免對接銑削接刀痕，有效控制加工變形；采用梯度刀柄讓刀柄伸進腔槽中切削，使同樣尺寸規格刀具懸伸最大縮短4倍，有效控制加工振動，消除葉片表面振紋，提高零件表面質量一個等級；使刀具由原非標改為標準刀具，實現全部銑削刀具的標準化，切削效率大幅提升，提高加工效率33％。
【專利說明】一種長懸臂大型整體葉盤葉片一次性銑削方法

【技術領域】
[0001]本發明屬航空發動機【技術領域】，特別涉及一種長懸臂大型整體葉盤葉片一次性銑削方法。

【背景技術】
[0002]整體結構葉盤是國際航空發動機上采用的關鍵零件，在發動機低壓壓氣機和高壓壓氣機各級均采用整體葉盤結構，國際上廣泛采用五坐標數控銑削的加工方法，但對于長懸臂大型整體葉盤加工，目前國內一直沿用傳統對接銑削工藝，存在二次裝夾誤差，且加工振動大表面質量差，對接銑削后接刀痕大，后續手工拋修消除接刀痕，振紋等表面缺陷造成葉片前、后緣及臨近部位過切致使葉片輪廓度嚴重超差且兩次銑削加工效率低等技術瓶頸冋題。


【發明內容】

[0003]針對上述問題，本發明的目的是提供抑制長懸臂整體葉盤葉片加工振顫，提高加工精度及效率的解決方法。
[0004]本發明一種長懸臂大型整體葉盤葉片一次性銑削方法，按照以下步驟進行:
[0005]步驟一、刀具的選擇
[0006]采用熱漲刀柄，跳動量在0.005以下，夾持刀具后整體跳動量在0.0lmm的刀具，根據槽的可達性分段在長度上逐步遞增刀柄懸深，尺寸規格隨葉片在不同位置最小間距合理配置，使刀具保證在最短懸深；選擇三種梯度刀柄，根據葉片從最外緣輪蓋到輪轂，刀柄的可達性計算定制一種規格2種不同長度刀具，分層漸進銑削，刀具懸伸相當于傳統最大縮短4倍能夠進入葉片根部銑削；
[0007]步驟二、五軸加工防干涉計算
[0008]編制葉盤銑加工程序時，在MAX-PAC軟件中利用.sha文件對刀柄進行全尺寸構建，將刀柄所有尺寸均在編程模擬中進行驗證區別于簡單的通過刀具錐角逼近“刀具一刀柄”狀態，
[0009]刀具最小懸深精確計算:刀柄與刀具相比尺寸大，干涉計算困難在計算避讓時與刀柄與葉片避讓距離小，通過計算避讓距離在Imm左右，且刀柄尺寸在不同長度變化大，為避免干涉結合VERI⑶T軟件計算刀具最短精確懸伸；
[0010]步驟三、五軸加工刀具軌跡設計
[0011](I)整體螺旋刀軌設計
[0012]在刀具軌跡設計上，采用對稱螺旋銑削方式完成葉盤半精和精加工，對稱螺旋銑削精加工采用螺旋線刀具軌跡在葉片兩側在一個螺旋周期內被“對稱”地加工，且葉片兩側被切除的加工余量是對稱的；
[0013](2)葉根、流道刀軌設計
[0014]葉片根部、流道及葉身最后一段葉身，采用一個程序，同一把刀具一次加工工步來完成；。步驟四:進行銑削
[0015]將葉盤葉片分為葉身(葉尖到葉根全長范圍內型面)和流道(包括葉片根部圓角R和流道面)兩個區域，葉身區域采用整體螺旋銑削，通過特殊的熱脹刀柄一次裝夾完成葉片的半精銑和精銑；流道區域作為一個整體加工區域一次加工工步來完成。
[0016]本發明的特點如下:
[0017](I)銑削方案:將葉盤葉片分為葉身(葉尖到葉根全長范圍內型面)和流道(包括葉片根部圓角R和流道面)兩個區域，葉身區域采用整體螺旋銑削，通過特殊的熱脹刀柄一次裝夾完成葉片的半精銑和精銑；流道區域作為一個整體加工區域一次加工工步來完成，這種加工方法消除清根和葉身、流道的接刀痕跡，有效提高零件表面質量。
[0018](2)增強銑削刀具剛性方案:選用定制的熱脹刀柄，加工過程中在保證刀柄及刀具可達性的前提下，采取圓柱直柄+錐度的形式保證刀柄及刀具的整體剛性。同時，為解決刀具懸深長問題，采用熱漲梯度刀柄改變傳統采用一種刀柄結構尺寸，根據槽的可達性分段在長度上逐步遞增刀柄懸深，尺寸規格隨葉片在不同位置最小間距合理配置，這樣可以增加刀柄的懸深及剛性讓刀柄伸進腔槽中進行切削，使刀具保證在最短懸深，相當于傳統刀具懸伸最大縮短4倍能夠進入葉片根部銑削，解決刀具懸深長振顫難題。
[0019](3)刀柄參數確定方法
[0020]在多約束，多干涉、狹窄槽、封閉腔的加工環境下，刀具進入葉片根部，葉片腔深存在五軸數控加工防干涉、碰撞難題，采取以下方法:
[0021]I)確定刀柄最大實體范圍:采取錐度刀具編程模擬加工過程，確定刀柄的最大實體范圍。
[0022]2)根據確定的刀柄最大實體范圍進行刀柄設計，同時參考刀具懸伸，初步確定刀柄結構及尺寸及刀具。
[0023]3)最終確定刀柄尺寸及刀具:將確定的刀柄及刀具進行編程，并模擬加工過程，檢查是否干涉、碰撞，并優化結構，最終確定刀柄尺寸及刀具。
[0024]4)采用分級調整切削步距策略和調整輪蓋數據、流道延伸方向和長度及改變刀軌方向，優化刀軸矢量以獲得最優刀軌方法。
[0025]5)采用VERI⑶T編程模擬獲取刀具最短精確懸伸計算。
[0026]本發明的有益效果:
[0027]I)采用整體螺旋銑削刀軌模式，一次裝夾完成葉片的精密銑削，消除二次裝夾誤差，避免對接銑削接刀痕，有效控制加工變形，使輪廓精度相比對接銑工藝方法由原來輪廓度0.2mm提高到0.1mm0
[0028]2)采用梯度刀柄讓刀柄伸進腔槽中切削，使同樣尺寸規格刀具懸伸最大縮短4倍，有效控制加工振動，消除葉片表面振紋，提高零件表面質量一個等級；使刀具由原非標改為標準刀具，實現全部銑削刀具的標準化，僅此I項降低刀具成本12萬余元；
[0029]3)切削效率大幅提升，將銑加工由原有的720小時減少到480小時，提高加工效率33%。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]圖1為編制葉盤銑加工程序時，在MAX-PAC軟件中利用.sha文件；
[0031]圖2三種梯度刀柄；
[0032]圖3刀具懸深計算；
[0033]圖4螺旋銑刀軌；
[0034]圖5葉型、葉根和流道組合刀軌。

【具體實施方式】
[0035]實施例1
[0036]下面結合圖說明一切動作過程。
[0037]本發明技術用于銑削直徑1200mm，葉片懸深長246mm的整體葉盤、葉片間距最小38mm，具體操作步驟如下:
[0038]步驟一、刀具的選擇
[0039]采用熱漲刀柄，跳動量在0.005以下，夾持刀具后整體跳動量在0.0lmm刀具，根據槽的可達性分段在長度上逐步遞增刀柄懸深，尺寸規格隨葉片在不同位置最小間距合理配置，使刀具保證在最短懸深，選擇三種梯度刀柄，根據葉片從最外緣輪蓋到輪轂，刀柄的可達性計算定制一種規格2種不同長度刀具，為0 16 90mm，0 16 120mm分層漸進銑削，刀具懸伸相當于傳統最大縮短4倍能夠進入葉片根部銑削。
[0040]步驟二、五軸加工防干涉計算
[0041]制葉盤銑加工程序時，在MAX-PAC軟件中利用.sha文件如圖1所示；對刀柄進行全尺寸構建，將刀柄所有尺寸均在編程模擬中進行驗證區別于簡單的通過刀具錐角逼近“刀具一刀柄”狀態，這樣真實程度上更接近實際，為刀具運算上留有更大空間，獲得更優的刀具軌跡。
[0042]刀具最小懸深精確計算:刀柄與刀具相比尺寸大，干涉計算困難在計算避讓時與刀柄與葉片避讓距離小，通過計算避讓距離在Imm左右，且刀柄尺寸在不同長度變化大，為避免干涉結合VERI⑶T軟件計算刀具最短精確懸伸。如圖3算刀具懸深過程。
[0043]步驟三、五軸加工刀具軌跡設計
[0044](I)整體螺旋刀軌設計
[0045]在刀具軌跡設計上，采用對稱螺旋銑削方式完成葉盤半精和精加工，對稱螺旋銑削精加工采用螺旋線刀具軌跡葉片兩側在一個螺旋周期內被“對稱”地加工，且葉片兩側被切除的加工余量是對稱的，有效的控制粗加工、半精加工后葉片內應力非對稱釋放和加工殘余應力引起加工變形，軌跡如圖4所示。
[0046](2)葉根、流道刀軌設計
[0047]葉片根部、流道及葉身最后一段葉身，若繼續采用分段加工方式進行，刀具的長徑比非常大，控制系統的剛性差，流道、葉根和葉身三者的接刀痕大，不利于葉片表面質量的控制。因此此區域采用一個程序，同一把刀具一次加工工步來完成，這種加工方法消除了清根和葉身、流道的接刀痕跡，有效提高零件表面質量，為后續手工拋光刀痕節省了時間和避免拋光接刀痕跡造成的偏差，提高拋光質量，完成刀具軌跡的設計，如圖5所示。
[0048]步驟四:進行銑削
[0049]將葉盤葉片分為葉身(葉尖到葉根全長范圍內型面)和流道(包括葉片根部圓角R和流道面)兩個區域，葉身區域采用整體螺旋銑削，通過特殊的熱脹刀柄一次裝夾完成葉片的半精銑和精銑；流道區域作為一個整體加工區域一次加工工步來完成。
[0050]經上述步驟進行的銑削，避免二次裝夾找正誤差，提高零件加工精度。避免對接銑削接刀痕，提高零件型面整體一致性；增強零件剛性，減少零件表面振紋，提高零件表面質量。刀具由原非標改為標準刀具，降低刀具成本。切削效率大幅提升，提高加工效率33%。
【權利要求】
1.一種長懸臂大型整體葉盤葉片一次性銑削方法，其特征在于按照以下步驟進行: 步驟一、刀具的選擇 采用熱漲刀柄，跳動量在0.005以下，夾持刀具后整體跳動量在0.0lmm的刀具，根據槽的可達性分段在長度上逐步遞增刀柄懸深，尺寸規格隨葉片在不同位置最小間距合理配置，使刀具保證在最短懸深；選擇三種梯度刀柄，根據葉片從最外緣輪蓋到輪轂，刀柄的可達性計算定制一種規格2種不同長度刀具，分層漸進銑削，刀具懸伸相當于傳統最大縮短4倍能夠進入葉片根部銑削； 步驟二、五軸加工防干涉計算 編制葉盤銑加工程序時，在MAX-PAC軟件中利用.sha文件對刀柄進行全尺寸構建，將刀柄所有尺寸均在編程模擬中進行驗證區別于簡單的通過刀具錐角逼近“刀具一刀柄”狀態， 刀具最小懸深精確計算:刀柄與刀具相比尺寸大，干涉計算困難在計算避讓時與刀柄與葉片避讓距離小，通過計算避讓距離在Imm左右，且刀柄尺寸在不同長度變化大，為避免干涉結合VERI⑶T軟件計算刀具最短精確懸伸； 步驟三、五軸加工刀具軌跡設計 (1)整體螺旋刀軌設計 在刀具軌跡設計上，采用對稱螺旋銑削方式完成葉盤半精和精加工，對稱螺旋銑削精加工采用螺旋線刀具軌跡在葉片兩側在一個螺旋周期內被“對稱”地加工，且葉片兩側被切除的加工余量是對稱的； (2)葉根、流道刀軌設計 葉片根部、流道及葉身最后一段葉身，采用一個程序，同一把刀具一次加工工步來完成； 步驟四:進行銑削。
2.根據權利要求1所述的一種長懸臂大型整體葉盤葉片一次性銑削方法，其特征在于步驟四:進行銑削具體為:將葉盤葉片分為葉身(葉尖到葉根全長范圍內型面)和流道(包括葉片根部圓角R和流道面)兩個區域，葉身區域采用整體螺旋銑削，通過特殊的熱脹刀柄一次裝夾完成葉片的半精銑和精銑；流道區域作為一個整體加工區域一次加工工步來完成。
【文檔編號】B23C3/18GK104475841SQ201410589315
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年10月28日 優先權日:2014年10月28日
【發明者】張瑩, 韓德印, 楊楠, 趙明, 王辛牧 申請人:沈陽黎明航空發動機(集團)有限責任公司