薄壁葉片分區域對稱精密切削加工方法及其專用夾具技術

本發明專利技術提出了一種薄壁葉片分區域對稱精密切削加工方法及其專用夾具，首先對葉片型面進行粗加工，其次對葉片型面進行區域劃分，最后將葉片裝夾到專用夾具，按兩兩對稱的方式，由靠近葉片前后櫞的部分至葉背和葉盆的中間部分依次加工所有子區域。本發明專利技術一次裝夾同時完成葉背和葉盆型面的切削加工，可提高定位精度和加工效率；交替對稱完成葉片型面各個子區域的半精加工和精加工，可有效抑制加工過程中的扭曲變形，提高加工精度；葉片前后櫞部分的加工余量首先被切除，利用葉片中部加工余量的支承作用，可有效避免加工過程中前后櫞部分的讓刀變形現象。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及精密、超精密切削加工
，具體為ー種薄壁葉片分區域對稱精密切削加工方法及其專用夾具，主要解決航空發動機薄壁葉片的精加工變形控制問題。
技術介紹
薄壁葉片等復雜薄壁結構零件得到越來越廣泛的應用，實現此類零件的高效精密數控加工技術已經成為先進制造企業核心競爭カ的重要表現形式之一。隨著設計方法的改進，利用先進的主軸技術及無間隙的線性滾柱導軌技術等，現代數控加工中心本體具有很高的剛度和精確的運動控制，能夠滿足大部分加工任務的需求。以Mikron UCP 1350為例，該機床的定位精度分別為(允差mm) :X軸是O. 010，Y軸是0.008，Z軸是O. 008，C軸是8"，A軸是6"。但是，在切削加工過程中，由于切削力、殘余應カ等導致的加工變形誤差卻不是僅僅通過改進機床結構設計就可以完全避免的，從而在 很大程度上限制了高精度數控機床的應用。這些矛盾在切削加工薄壁零件的過程中尤為顯著。傳統的葉片單面銑削エ藝，分別在半精加工和精加工エ序中，或先加工葉背型面，或先加工葉盆型面。可以發現，采取這種走刀方式，由于葉背、葉盆型面銑削表層殘余應カ的非平衡狀態，薄壁葉片呈現了明顯的彎扭變形現象。往往直接導致葉尖和前后櫞等局部區域精加工余量的不足，即所謂的“缺肉”現象，同時還將嚴重影響葉片的輪廓精度。針對現有的薄壁葉片加工エ藝的缺點，很有必要提出一種全新的加工エ藝方法，實現對薄壁葉片加工變形的有效控制，大幅提高加工精度和效率，以滿足相關科技工程領域對改進和完善薄壁、超薄葉片精密切削加工技術的迫切需求。
技術實現思路
要解決的技術問題為解決現有技術存在的問題，本專利技術提出了ー種薄壁葉片分區域對稱精密切削加エ方法及其專用夾具，該方法以兩兩対稱的方式，交替完成葉背、葉盆型面上各個子區域的半精加工和精加工，從而達到抑制薄壁葉片精加工扭曲變形的目的。技術方案本專利技術沿葉片的弦線方向將葉背型面、葉盆型面劃分成若干個對稱的子區域，并交替完成各個子區域的半精加工和精加工エ序。所有子區域的加工順序按兩兩對稱的方式由靠近前后櫞的部分至葉背和葉盆的中間部分。對于葉背、葉盆型面上處于對稱位置的某兩個子區域而言，首先半精加工葉背型面上的子區域；然后，工作臺旋轉180°，半精加工葉盆型面上相對應的子區域；緊接著，精加工葉盆型面上的子區域；最后，工作臺旋轉180°，完成葉背型面上的子區域的精加工。本專利技術的技術方案為所述ー種薄壁葉片分區域對稱精密切削加工方法，其特征在于包括以下步驟步驟I :對葉片型面進行粗加工，并將粗加工后的葉片置于溫度條件為45°C ±5°C的環境下10-12h ；步驟2 :對葉片型面進行區域劃分步驟2. I :將葉片的輪廓邊界分別垂直投影到平面Q1和平面Q2上，所述平面Q1和平面Q2分別位于葉背外側和葉盆外側，且平面Q1和平面Q2均平行于由葉片兩端弦線形成的平面；步驟2. 2 :將葉片兩端弦線在平面Q1和平面Q2上的投影線段均等分為η段，其中L/10彡η彡L/5，η為大于I的正整數，L=max{Ll, L2}，LI為葉片一端弦線在平面Q1的投影線段的長度，L2為葉片另一端弦線在平面Q1的投影線段的長度；將平面Q1上兩條投影線段的等分點對應連接，從而將葉片在平面Q1上的投影輪廓區域劃分為η個子區域，從前櫞到后櫞依次編號為gi到gi+n ;將平面Q2上兩條投影線段的等分點對應連接，從而將葉片在平面Q2上的投影輪廓區域劃分為η個子區域，從前櫞到后櫞依次編號為Iii到hi+n ；步驟3 :將葉片裝夾到專用夾具，旋轉葉片使得葉片葉盆側的后櫞貼專用夾具中的定位柱的柱面；按兩兩対稱的方式，由靠近葉片前后櫞的部分至葉背和葉盆的中間部分依次加工所有子區域。所述ー種薄壁葉片分區域對稱精密切削加工方法，其特征在于葉背型面和葉盆 型面上兩兩對稱的兩個子區域為ー組子區域；對于每組子區域，先半精加工葉背型面上的子區域，然后半精加工葉盆型面上相對應的子區域，接著精加工葉盆型面上的子區域，最后完成葉背型面上的子區域的精加工。所述ー種薄壁葉片分區域對稱精密切削加工的專用夾具，其特征在干包括底座、定位柱和立柱，底座固定在機床工作臺上，定位柱豎直插入底座的銷孔中，用于調整葉片的空間方位，兩個立柱固定在底座上，其中一個立柱固定可調葉片的細長軸部分，另ー個立柱固定可調葉片的鼓形部分。有益效果采用本專利技術所提出的薄壁葉片分區域對稱精密切削加工エ藝新方法，具有以下三個方面的突出優點I) 一次裝夾同時完成葉背和葉盆型面的切削加工，可提高定位精度和加工效率。2)交替對稱完成葉片型面各個子區域的半精加工和精加工，可有效抑制加工過程中的扭曲變形，提高加工精度。3)葉片前后櫞部分的加工余量首先被切除，利用葉片中部加工余量的支承作用，可有效避免加工過程中前后櫞部分的讓刀變形現象。附圖說明圖I :航空發動機可調葉片示意圖；圖2 :可調葉片分區域對稱精密切削加工エ藝流程；圖3 :可調葉片毛坯的粗銑外形；圖4 :粗加工葉背型面的刀具軌跡；圖5:葉片專用夾具；圖6 :葉片型面的加工區域劃分示意圖7 :精加工葉背型面的子區域。其中1-前櫞、2-后櫞、3-葉背型面、4-葉盆型面、5-葉片一端的細長軸部分、6_葉片另一端的鼓形部分、7-細長軸端夾緊塊、8-細長軸端立柱、9-鼓形部分夾緊塊、10-鼓形部分立柱、11-底座、12-工作臺、13-夾緊塊緊固螺釘、14-底座緊固螺釘、15-定位柱;圖6中Q1' Q2為投影平面，19、20、21……30為Q1平面內的子區域編號，31、32、33……42為Q2平面內的子區域編號。具體實施例方式下面結合具體實施例描述本專利技術本實施例以圖I所示的航空發動機薄壁可調葉片為例，該航空發動機可調葉片由前櫞I、后櫞2、葉背型面3、葉盆型面4組成，葉片兩端的細長軸部分5和鼓形部分6分別與發動機的機匣和內環相連接。可調葉片在航空發動機中的主要作用是調整進氣角度和氣體流量。該薄壁可調葉片分區域對稱精密切削加工エ藝的流程如圖2中所示。根據所需加工的航空發動機薄壁可調葉片的大小選取適當尺寸的方形毛坯，便于前期加工裝夾定位、使材料去除量較小和提高加工效率。而后用線切割機床割出葉片的大致形狀，去除毛坯上大量的余量。一般線切割的加工余量為lmnT2mm。再采用粗銑的加工方法，用大尺寸的球頭銑刀加工葉片型面，去除葉片外形上大部分的余量，粗銑加工余量一般為ImnTl. 5mm。最后將粗加工后的葉片置于溫度條件為45°C ±5°C的環境下10_12h，釋放前期加工過程中產生的內應力。本實施例中，可調葉片鍛造毛坯的尺寸為328mmX92mmX56mm，粗銑葉片兩側的四個缺ロ部分，并在兩端數控鉆頂尖孔。經過粗銑后的毛坯外形如圖3中所示。在普通三坐標數控銑床上粗銑葉背、葉盆型面，余量1mm，既滿足加工要求又節約了加工成本。采用傳統的單面加工エ藝，即先加工葉背型面，后加工葉盆型面。應用現有的CAM軟件如UG、Cimatron等可以方便地生成粗加工的刀具軌跡。圖4給出的是粗加工葉背型面3時的刀具軌跡。以頂尖孔及平臺端頭為基準粗車細長軸部分5和鼓形部分6。按材料要求對粗加工后的可調葉片進行人エ時效處理。按圖紙尺寸精車葉片兩端的細長軸部分5和鼓形部分6。接下來對葉片進行分區域對稱半精加工和精加工，其本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種薄壁葉片分區域對稱精密切削加工方法，其特征在于：包括以下步驟：步驟1：對葉片型面進行粗加工，并將粗加工后的葉片置于溫度條件為45℃±5℃的環境下10？12h；步驟2：對葉片型面進行區域劃分：步驟2.1：將葉片的輪廓邊界分別垂直投影到平面Q1和平面Q2上，所述平面Q1和平面Q2分別位于葉背外側和葉盆外側，且平面Q1和平面Q2均平行于由葉片兩端弦線形成的平面；步驟2.2：將葉片兩端弦線在平面Q1和平面Q2上的投影線段均等分為n段，其中L/10≤n≤L/5，n為大于1的正整數，L=max{L1，L2}，L1為葉片一端弦線在平面Q1的投影線段的長度，L2為葉片另一端弦線在平面Q1的投影線段的長度；將平面Q1上兩條投影線段的等分點對應連接，從而將葉片在平面Q1上的投影輪廓區域劃分為n個子區域，從前櫞到后櫞依次編號為gi到gi+n；將平面Q2上兩條投影線段的等分點對應連接，從而將葉片在平面Q2上的投影輪廓區域劃分為n個子區域，從前櫞到后櫞依次編號為hi到hi+n；步驟3：將葉片裝夾到專用夾具，旋轉葉片使得葉片葉盆側的后櫞貼專用夾具中的定位柱的柱面；按兩兩對稱的方式，由靠近葉片前后櫞的部分至葉背和葉盆的中間部分依次加工所有子區域。...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：姚倡鋒，任軍學，劉維偉，單晨偉，田榮鑫，李祥宇，黃新春，張定華，史耀耀，
申請(專利權)人：西北工業大學，
類型：發明
國別省市：