CN101774039A - 大型铝合金螺旋桨叶片五轴高速加工方法 - Google Patents

大型铝合金螺旋桨叶片五轴高速加工方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于数控高速加工技术，涉及对大型铝合金螺旋桨叶片数控加工方法的改进。所述大型铝合金螺旋桨叶片五轴高速加工方法包括建立光顺实体模型、编制五轴联动高速数控程序、装夹叶片、建立加工坐标系、加工桨叶等步骤，其特征在于，加工桨叶采取分段加工的方式，其步骤为五轴联动高速粗加工桨叶，去除型面余量；五轴联动高速加工桨叶4-13截面；对加工后的桨叶4-13各截面进行校形；五轴联动高速加工桨叶1-4截面；三轴联动加工桨根部分；三轴联动加工桨尖部分。该方法通过分段高速五轴加工叶片，中间增加校形程序，有效解决了大型铝合金螺旋桨叶片数控加工变形问题，提高了生产效率。

Description

大型铝合金螺旋桨叶片五轴高速加工方法
技术领域
本发明属于数控五轴联动高速加工技术，涉及对大型铝合金螺旋桨叶片数控加工方法的改进。
背景技术
传统的大型铝合金螺旋桨叶片加工方法为仿型加工，存在效率低下、加工精度低、加工余量大等问题，仿型加工后叶片1-4截面单边有2-3mm的余量，4-13截面单边有1-2mm的余量，造成后续打磨工作量大，加工时间长。
现有的叶片数控五轴加工对象均为小型叶片，总长度在一米以下，加工后引起的变形不大，无需太多的控制就可以满足设计要求。而大型铝合金螺旋桨叶片总长达2250mm，最大截面弦长390mm，叶片前四个截面设计不允许校形，对加工成型的叶片各截面的弦长、截面最大厚度、各截面扭角互差、截面高度等技术参数都有严格要求，如果采用五轴联动整体加工，由于叶片1-4截面不允许校形，加工完成时桨叶变形量大，变形量远远超出设计公差，无法加工出合格叶片。
发明内容
本发明的目的是：提出一套用于大型铝合金螺旋桨叶片的五轴高速加工方法，消除大型铝合金叶片的加工变形，稳定叶片数控加工技术，提高加工效率。
本发明的技术方案是：一种大型铝合金螺旋桨叶片五轴高速加工方法，所述大型铝合金螺旋桨叶片分为桨根、1-4截面、4-13截面、桨尖四部分，加工步骤为建立光顺实体模型、编制五轴联动高速数控程序、装夹叶片、建立加工坐标系、加工桨叶，其特征在于，加工桨叶采取分段加工的方式，其步骤为：
(1)五轴联动高速粗加工桨叶，去除型面余量；
(2)五轴联动高速加工桨叶4-13截面；
(3)对加工后的桨叶4-13各截面进行校形；
(4)五轴联动高速加工桨叶1-4截面；
(5)三轴联动加工桨根部分；
(6)三轴联动加工桨尖部分。
本发明的工作原理是：大型铝合金螺旋桨叶片1-4截面为桨叶内侧，受力大，要求疲劳强度高、刚性好，不允许进行校形，这就要求加工完1-4截面后叶片变形量小，大型铝合金螺旋桨叶片4-13截面为桨叶外侧，受力较小，对疲劳强度要求低，可以通过校形工序调整已经变形的桨叶参数值到正常范围内，使桨叶的变形不会累积到后续的1-4截面加工过程中，所以采用分段加工。桨叶1-13截面加工面积大而且曲面光顺，适合采用五轴联动高速加工；桨根部分曲面不光顺、桨尖部分厚度太薄(最薄部位才3mm)、切削面积小，可以采用三轴加工。
本发明的优点是：通过分段高速五轴加工，有效解决了大型铝合金螺旋桨叶片数控加工的变形问题，提高了生产效率。试验表明，分段加工得到的桨叶1-4截面的中心线高度的变形范围不超过1mm，桨叶最大中心线高度的变形范围不超过5mm。
附图说明
图1是大型铝合金螺旋桨叶片五轴高速加工流程图；
图2是大型铝合金螺旋桨叶片结构示意图。
具体实施方式
下面对本发明做进一步详细说明。
参见图1、图2，其中1是机床，2是夹具，3是桨根部分，4是第1截面，5是1-4截面叶形面，6是第4截面，7是4-13截面叶形面，8是第13截面，9是桨尖部分。
大型铝合金螺旋桨叶片的五轴高速加工步骤为：
1、选取叶片零件毛坯。毛坯为大型锻件，材料为锻铝(LY11)，长度2250mm、厚度400mm、加工余量单边10mm；桨根[3]为叶片308mm-430mm部分；1-4截面[5]为叶片430mm-850mm部分；4-13截面[7]为叶片850mm-2200mm部分；桨尖[9]为叶片2200mm-2250mm部分。
2、根据设计图纸做出实体模型，通过机床自带的软件(TS30)进行光顺处理，得到光顺曲面。步骤是：根据设计图做出实体模型，在模型的第一截面选取20-30个点，曲率大的地方多选样条点，曲率小的地方少选样条点，连接这些点形成一条光滑连接的非线性曲线，曲线可在每个点周围0.1mm半径范围内浮动，依次类推完成13个截面的光顺处理；用机床自带的TS30软件将13个光顺好的截面生成光顺的叶形曲面；
3、确立加工方法为分段加工；
4、根据光顺的实体模型用机床自带的软件(TS80)编制出加工程序；
5、装夹零件。用机床[1]夹持桨根[3]和桨尖[9]部位；
6、建立坐标系。根据桨叶在飞机上转动的回转中心建立坐标系；
7、选用刀具。刀具为直径32mm、底刃半径1.6mm、镶硬质合金刀片的鼻头立铣刀；
8、粗加工叶型面。分2层加工。第一层加工根据理论型面留10mm余量、主轴转速12000转/分钟、走刀速度8000mm/min、切削步距15mm，松开尾坐加紧释放扭角。第二层加工根据理论型面留8mm余量、主轴转速12000转/分钟、走刀速度8000mm/min，切削步距15mm，松开尾坐加紧释放扭角；
9、加工4-13截面。五轴联动高速加工(五轴是X、Y、Z、X旋转、Y旋转)，分3层加工。第一层加工根据理论型面留5mm余量、主轴转速12000转/分钟、走刀速度8000mm/min、切削步距15mm，松开尾坐加紧释放扭角。第二层加工根据理论型面留2mm余量、主轴转速12000转/分钟、走刀速度8000mm/min、切削步距10mm，松开尾坐加紧释放扭角。第三层加工根据理论型面留0.5mm余量、主轴转速15000转/分钟、走刀速度10000mm/min、切削步距5mm；
10、校形。对加工后的桨叶4-13截面进行校形。步骤是：测量4-13截面得出和理论尺寸的差值；通过让不合格截面受力，引起变形使其进入公差范围；测量各截面参数，如果合格转后续工作；
11、加工1-4截面。采用五轴联动高速加工(五轴是X、Y、Z、X旋转、Y旋转)，分3层加工。第一层加工根据理论型面留5mm余量、主轴转速12000转/分钟、走刀速度8000mm/min、切削步距15mm，松开尾坐加紧释放扭角。第二层加工根据理论型面留2mm主轴转速12000转/分钟、走刀速度8000mm/min、切削步距10mm，松开尾坐加紧释放扭角。第三层加工根据理论型面留1mm余量、主轴转速15000转/分钟、走刀速度10000mm/min、切削步距5mm；
12、加工桨根部分。采用三轴分层加工(三轴是X、Y、Z)，第一层加工根据理论型面留8mm余量、主轴转速4000转/分钟、走刀速度2000mm/min、切削步距10mm，松开尾坐加紧释放扭角。第二层加工根据理论型面留5mm主轴转速4000转/分钟、走刀速度2000mm/min、切削步距10mm，松开尾坐加紧释放扭角。第三层加工根据理论型面留3mm余量、主轴转速4000转/分钟、走刀速度2000mm/min、切削步距10mm。第四层加工根据理论型面留1mm余量、主轴转速4000转/分钟、走刀速度2000mm/min、切削步距5mm。
13、加工桨尖部分。采用三轴分层加工(三轴是X、Y、Z、)，第一层加工根据理论型面留8mm余量、主轴转速4000转/分钟、走刀速度2000mm/min、切削步距10mm，松开尾坐加紧释放扭角。第二层加工根据理论型面留5mm主轴转速4000转/分钟、走刀速度2000mm/min、切削步距10mm，松开尾坐加紧释放扭角。第三层加工根据理论型面留2mm余量、主轴转速4000转/分钟、走刀速度2000mm/min、切削步距10mm。第四层加工根据理论型面留0.5mm余量、主轴转速4000转/分钟、走刀速度2000mm/min、切削步距5mm。
至此对桨叶的加工完成，转后续打磨工序。

Claims (2)

1.一种大型铝合金螺旋桨叶片五轴高速加工方法，所述大型铝合金螺旋桨叶片分为桨根[3]、1-4截面[5]、4-13截面[7]、桨尖[9]四部分，加工步骤为建立光顺实体模型、编制五轴联动高速数控程序、装夹叶片、建立加工坐标系、加工桨叶，其特征在于，加工桨叶采取分段加工的方式，其步骤为：
(1)五轴联动高速粗加工桨叶，去除型面余量；
(2)五轴联动高速加工桨叶4-13截面[7]；
(3)对加工后的桨叶4-13各截面[7]进行校形；
(4)五轴联动高速加工桨叶1-4截面[5]；
(5)三轴联动加工桨根部分[3]；
(6)三轴联动加工桨尖部分[9]。
2.按照权利要求1所述的大型铝合金螺旋桨叶片五轴高速加工方法，其特征在于，所述建立光顺实体模型的步骤是：在每个叶片截面选取20-30个点，曲率大的地方多选样条点，曲率小的地方少选样条点，连接这些点形成一条光滑连接的非线性曲线，曲线可在每个点周围0.1mm半径范围内浮动；连接这些光顺好的曲线生成光顺的曲面。
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