CN102267077A - 一种数控抛光成型圆弧叶片进/排气边的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种数控抛光成型圆弧叶片进/排气边的方法，首先将成型圆弧叶片和砂带抛光机构安装固定在数控机床上，其中成型圆弧叶片可受控绕发动机积叠轴摆动，其次移动砂带抛光机构使砂带与成型圆弧叶片待抛光的进气边或排气边轮廓线的一端接触，叶片受控绕发动机积叠轴匀速单方向摆动，摆动角度为β＝α-90°-cos^-1[(R+r)/L₁]+sin^-1(L₃/L₁)+cos^-1[(R₁+r)/L₂]-sin^-1(L₄/L₂)，然后将砂带抛光机构沿轮廓线移动砂带宽度的距离，叶片匀速回摆β角度，如此重复直至完成对成型圆弧叶片进气边或排气边的抛光。本发明通过在抛光过程中控制叶片摆动，且砂带抛光机构同步运动，使进/排气边的整个圆弧边都能被抛光加工到，解决了现有技术中数控抛光容易出现过抛和欠抛的问题。

Description

一种数控抛光成型圆弧叶片进/排气边的方法

技术领域

本发明涉及发动机叶片的机械加工领域，具体为一种数控抛光成型圆弧叶片进/排气边的方法。

背景技术

叶片的加工质量对燃气涡轮发动机等航空发动机的可靠性有重要的影响，其中叶片进气边和排气边的形状对整个叶片的气动性能具有非常重要的意义，其表面质量直接影响到叶片的气动性能，进而影响到航空发动机的性能。传统的叶片进/排气边抛光方法主要为人工抛光，通过把砂纸或者砂带弯折，使弯折处贴合到叶片的进排气边，用人工夹持沿叶片的进排气边进行往复运动实现抛光，这种方法去除量不均匀，进/排气边的形状精度难以控制，加工的一致性差，对工人的技术和经验要求高，效率低，经常影响整个叶片的制造周期。随着数控技术在发动机叶片加工领域的广泛使用，对叶片进/排气边进行数控抛光也成为了机械加工领域的研究重点，但是由于叶片进/排气边具有薄、圆弧圆心角大等特点，现有的砂带抛光方法难以控制抛光精度，经常会出现过抛和欠抛的情况，也容易造成叶片进/排气边的损伤，影响叶片或者整体叶盘叶片的气动性。

发明内容

要解决的技术问题

为解决现有技术中的问题，本发明提出一种数控抛光成型圆弧叶片进/排气边的方法，通过控制叶片摆动和砂带轮的移动，实现采用砂带抛光装置对成型圆弧叶片进行数控抛光。

技术方案

本发明的技术方案为：

所述一种数控抛光成型圆弧叶片进/排气边的方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

步骤1：将成型圆弧叶片固定安装在数控机床上，其中安装轴为成型圆弧叶片的发动机积叠轴，使成型圆弧叶片可受控绕发动机积叠轴摆动；将砂带抛光机构安装在数控机床上，其中砂带抛光机构包括接触轮、导轮和砂带，砂带套在接触轮和导轮上，接触轮与外部驱动电机连接；发动机积叠轴垂直于砂带的运动平面；

步骤2：启动外部驱动电机，接触轮带动砂带运动；移动砂带抛光机构使砂带与成型圆弧叶片待抛光的进气边或排气边轮廓线的一端接触；以砂带的运动平面作为数控机床工件坐标系的YZ平面，在YZ平面中，接触轮的中心初始坐标为(Y₀₀，Z₀₀)，导轮的中心初始坐标为(Y₂₀，Z₂₀)，成型圆弧叶片待抛光的进气边或排气边的圆弧中心初始坐标为(Y₁₀，Z₁₀)；

步骤3：成型圆弧叶片受控绕发动机积叠轴匀速单方向摆动，摆动角度为β：

β＝α-90°-cos^-1[(R+r)/L₁]+sin^-1(L₃/L₁)+cos^-1[(R₁+r)/L₂]-sin^-1(L₄/L₂)

其中，α为成型圆弧叶片进气边或排气边的圆弧对应的圆心角，R为接触轮半径，R₁为导轮半径，r为成型圆弧叶片进气边或排气边的圆弧半径，

L₃＝|Z₁₀-Z₀₀|，L₄＝|Z₂₀-Z₁₀|；且砂带抛光机构中接触轮与导轮也同步运动，运动过程中接触轮的中心坐标(Y′₀₀，Z′₀₀)为Y′₀₀＝Y′₁₀-(Y₁₀-Y₀₀)，Z′₀₀＝Z′₁₀-L₃，其中(Y′₁₀，Z′₁₀)为成型圆弧叶片摆动过程中，实时测得的进气边或排气边圆弧中心坐标；

步骤4：将砂带抛光机构沿进气边或排气边轮廓线向轮廓线的另一端移动砂带宽度的距离，而后成型圆弧叶片绕发动机积叠轴匀速回摆β角度，同时接触轮与导轮也同步运动，运动过程中接触轮的中心坐标(Y′₀₀，Z′₀₀)为Y′₀₀＝Y′₁₀-(Y₁₀-Y₀₀)，Z′₀₀＝Z′₁₀-L₃；再将砂带抛光机构沿进气边或排气边轮廓线移动砂带宽度的距离，重复步骤3和步骤4，直至完成对成型圆弧叶片进气边或排气边的抛光。

所述一种数控抛光成型圆弧叶片进/排气边的方法，其特征在于：成型圆弧叶片受控绕发动机积叠轴的初始摆动方向为：当L₁≥L₂时，向接触轮方向摆动，当L₁＜L₂时，向导轮方向摆动。

有益效果

本发明提出了一种采用砂带抛光机构对成型圆弧叶片进/排气边进行数控抛光的方法，通过在抛光过程中控制成型圆弧叶片绕发动机积叠轴摆动，并且砂带抛光机构也同步的运动，使得成型圆弧叶片进/排气边的整个圆弧边都能被抛光加工到，解决了现有技术中数控抛光容易出现过抛和欠抛的问题。而且采用本发明，不需要制作专门的抛光轮，因此加工成本也较低廉。

附图说明

图1：本发明的原理图；

其中：1、接触轮；2、砂带；3、成型圆弧叶片；4、导轮。

具体实施方式

下面结合具体实施例描述本发明。

本实施例是对某型航空发动机成型圆弧叶片的进气边进行抛光加工。

步骤1：将成型圆弧叶片固定安装在数控机床上，其中安装轴为成型圆弧叶片的发动机积叠轴，使成型圆弧叶片可受控绕发动机积叠轴摆动；将砂带抛光机构安装在数控机床上，其中砂带抛光机构包括接触轮1、导轮4和砂带2，砂带2套在接触轮1和导轮4上，接触轮1与外部驱动电机连接；发动机积叠轴垂直于砂带的运动平面。

步骤2：启动外部驱动电机，驱动接触轮1带动砂带2运动；移动砂带抛光机构使砂带2与成型圆弧叶片3待抛光进气边的轮廓线一端接触。为了进行下一步骤控制叶片的摆动，这里以砂带2的运动平面作为数控机床工件坐标系的YZ平面，如图1所示，在YZ平面中，接触轮中心O点的初始坐标为(Y₀₀，Z₀₀)，导轮中心O₂点的初始坐标为(Y₂₀，Z₂₀)，成型圆弧叶片待抛光进气边圆弧中心O₁点的初始坐标为(Y₁₀，Z₁₀)。

步骤3：成型圆弧叶片3受控绕发动机积叠轴匀速单方向摆动，摆动角度为β：

β＝α-90°-cos^-1[(R+r)/L₁]+sin^-1(L₃/L₁)+cos^-1[(R₁+r)/L₂]-sin^-1(L₄/L₂)

其中，α为成型圆弧叶片3进气边圆弧对应的圆心角，R为接触轮1半径，R₁为导轮4半径，r为成型圆弧叶片3进气边的圆弧半径，

L₃＝|Z₁₀-Z₀₀|，L₄＝|Z₂₀-Z₁₀|；且砂带抛光机构中接触轮与导轮也同步运动，运动过程中接触轮的中心坐标(Y′₀₀，Z′₀₀)为Y′₀₀＝Y′₁₀-(Y₁₀-Y₀₀)，Z′₀₀＝Z′₁₀-L₃，其中(Y′₁₀，Z′₁₀)为成型圆弧叶片摆动过程中，实时测得的进气边圆弧中心坐标，从而保证进气边圆弧中心与接触轮中心距离不变。其中成型圆弧叶片受控绕发动机积叠轴的初始摆动方向为：当L₁≥L₂时，向接触轮方向摆动，当L₁＜L₂时，向导轮方向摆动。如此，成型圆弧叶片3单方向摆动β角度后，完成对砂带宽度距离的一段进气边的抛光。

步骤4：将砂带抛光机构沿进气边轮廓线向轮廓线的另一端移动砂带宽度的距离，而后成型圆弧叶片绕发动机积叠轴匀速回摆β角度，同时接触轮与导轮也同步运动，运动过程中接触轮的中心坐标(Y′₀₀，Z′₀₀)为Y′₀₀＝Y′₁₀-(Y₁₀-Y₀₀)，Z′₀₀＝Z′₁₀-L₃，保证进气边圆弧中心与接触轮中心距离不变，如此完成对下一段砂带宽度距离进气边的抛光。再将砂带抛光机构沿进气边轮廓线移动砂带宽度的距离，重复步骤3和步骤4，如此循环往复，直至完成对成型圆弧叶片进气边的抛光。

Claims (2)

1.一种数控抛光成型圆弧叶片进/排气边的方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

步骤1：将成型圆弧叶片固定安装在数控机床上，其中安装轴为成型圆弧叶片的发动机积叠轴，使成型圆弧叶片可受控绕发动机积叠轴摆动；将砂带抛光机构安装在数控机床上，其中砂带抛光机构包括接触轮、导轮和砂带，砂带套在接触轮和导轮上，接触轮与外部驱动电机连接；发动机积叠轴垂直于砂带的运动平面；

步骤2：启动外部驱动电机，接触轮带动砂带运动；移动砂带抛光机构使砂带与成型圆弧叶片待抛光的进气边或排气边轮廓线的一端接触；以砂带的运动平面作为数控机床工件坐标系的YZ平面，在YZ平面中，接触轮的中心初始坐标为(Y₀₀，Z₀₀)，导轮的中心初始坐标为(Y₂₀，Z₂₀)，成型圆弧叶片待抛光的进气边或排气边的圆弧中心初始坐标为(Y₁₀，Z₁₀)；

步骤3：成型圆弧叶片受控绕发动机积叠轴匀速单方向摆动，摆动角度为β：

β＝α-90°-cos^-1[(R+r)/L₁]+sin^-1(L₃/L₁)+cos^-1[(R₁+r)/L₂]-sin^-1(L₄/L₂)

其中，α为成型圆弧叶片进气边或排气边的圆弧对应的圆心角，R为接触轮半径，R₁为导轮半径，r为成型圆弧叶片进气边或排气边的圆弧半径，

L₃＝|Z₁₀-Z₀₀|，L₄＝|Z₂₀-Z₁₀|；且砂带抛光机构中接触轮与导轮也同步运动，运动过程中接触轮的中心坐标(Y′₀₀，Z′₀₀)为Y′₀₀＝Y′₁₀-(Y₁₀-Y₀₀)，Z′₀₀＝Z′₁₀-L₃，其中(Y′₁₀，Z′₁₀)为成型圆弧叶片摆动过程中，实时测得的进气边或排气边圆弧中心坐标；

步骤4：将砂带抛光机构沿进气边或排气边轮廓线向轮廓线的另一端移动砂带宽度的距离，而后成型圆弧叶片绕发动机积叠轴匀速回摆β角度，同时接触轮与导轮也同步运动，运动过程中接触轮的中心坐标(Y′₀₀，Z′₀₀)为Y′₀₀＝Y′₁₀-(Y₁₀-Y₀₀)，Z′₀₀＝Z′₁₀-L₃；再将砂带抛光机构沿进气边或排气边轮廓线移动砂带宽度的距离，重复步骤3和步骤4，直至完成对成型圆弧叶片进气边或排气边的抛光。

2.根据权利要求1所述的一种数控抛光成型圆弧叶片进/排气边的方法，其特征在于：成型圆弧叶片受控绕发动机积叠轴的初始摆动方向为：当L₁≥L₂时，向接触轮方向摆动，当L₁＜L₂时，向导轮方向摆动。