CN102806380A - 开式整体叶盘通道复合粗加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种开式整体叶盘通道复合粗加工方法，用于解决现有开式整体叶盘通道粗加工方法效率低的技术问题。技术方案是首先需对加工区域进行划分，划分出盘铣加工区域、插铣加工区域和侧铣加工区域。按照划分的加工区域，对开式整体叶盘分别从正面、上侧、下侧进行大余量去除。盘铣粗加工为结束后，对盘铣加工后通道余留的加工痕迹和盘铣加工不可达区域进行插铣加工，实现扩槽和曲面成型。最后采用侧铣加工方式，对插铣加工后余留的棱边及叶根无法用插铣加工的部分进行侧铣加工。由于采用盘铣、插铣和侧铣的复合加工方法，提高了开式整体叶盘通道粗加工的效率。以去除量为2428233mm³的开式整体叶盘粗加工为例，用时由背景技术的30.86小时降低为7.28小时。

Description

开式整体叶盘通道复合粗加工方法

技术领域

本发明涉及一种开式整体叶盘通道加工方法，特别是涉及一种开式整体叶盘通道复合粗加工方法。

背景技术

文献“胡创国，张定华，任军学，王增强.开式整体叶盘通道插铣粗加工技术的研究.中国机械工程.2007,18(2)：153-155”针对整体叶盘等复杂结构件，从锻造毛坯到最终零件加工成形，提出了开式整体叶盘通道的五坐标插铣粗加工方法。利用直纹面逼近叶型曲面，进而确定通道粗加工区域的边界轮廓；通过连接刀心轨迹线和刀轴驱动线上的对应点，规划插铣粗加工叶盘通道时的刀具轨迹。开式整体叶盘是现代航空发动机的重要组成部分，已在现代航空发动机的生产和制造中取得较为广泛应用。与传统的叶片和轮毂装配叶盘结构相比，整体叶盘省去了连接的榫头和榫槽，简化了航空发动机结构，具有提高推重比、改善气动性能、延长转子使用寿命和提高可靠性等优点，但由于整体叶盘通道窄且深，开敞性差，必须采用五坐标方法进行加工。

开式整体叶盘锻造毛坯一般为矮圆柱状，材料多为钛合金、高温合金等难加工材料。从毛坯到成品的加工过程，需要去除约90％的余量，其中绝大部分是在粗加工叶盘通道过程中完成的。因此，整体叶盘通道粗加工工艺方法的优劣对缩短加工时间和降低加工成本有着重要的意义。

目前开式整体叶盘主要采用数控高效插铣工艺方法，与传统的侧铣加工方式相比，加工效率提高，且因改变刀具受力方向，使刀具不易折损。但插铣工艺仍存在加工效率偏低、成本较高的问题，无法满足现代航空工业对整体结构件越来越广泛的需求，所以，研究一种应用于开式整体叶盘通道粗加工的新方法，用以大幅提高叶盘通道的加工效率，降低叶盘制造成本，具有非常重要的意义。

加工一个去除量为2428233mm³的开式整体叶盘，利用单侧铣方法加工需要82.02小时，利用插铣加侧铣方法加工需要30.86小时。

发明内容

为了克服现有开式整体叶盘通道粗加工方法效率低的不足，本发明提供一种开式整体叶盘通道复合粗加工方法。该方法采用盘铣、插铣和侧铣的复合加工方法，由于盘铣的加工效率远大于插铣的加工效率，并且能够去除60％-80％的粗加工余量；另外20％-40％的整体叶盘余量通过插铣的方法来完成，工件通过一次装夹即可完成所有的数控铣削加工工艺，可以提高开式整体叶盘通道粗加工的效率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种开式整体叶盘通道复合粗加工方法，其特点是包括以下步骤：

步骤一、首先需对盘铣加工区域进行划分，将盘铣加工可完成最大余量去除。此后，划分插铣加工区域和侧铣加工区域。针对不同整体叶盘类型，采用不同直径的盘铣刀进行切削加工。

步骤二、按照步骤一划分的加工区域，对装夹好的开式整体叶盘分别从正面、上侧、下侧多次对盘铣刀可达通道区域进行大余量去除。每完成一次盘铣切削，盘铣刀退出工件，摆动合适的角度后，进行下一次的切削，直到完成通道的盘铣粗加工为止。

步骤三、步骤二结束后，退出盘铣刀，控制工作台移动至摆角铣头所在的加工区域，对盘铣加工后通道余留的加工痕迹和盘铣加工不可达区域进行高效五坐标插铣加工，实现扩槽和曲面成型。

步骤四、完成步骤三后，采用侧铣加工方式，对插铣加工后余留的棱边及叶根无法用插铣加工的部分进行侧铣加工，保留精加工所需要的余量，为精加工做好准备。

本发明的有益效果是：由于采用盘铣、插铣和侧铣的复合加工方法，由于盘铣的加工效率远大于插铣的加工效率，并且能够去除60％-80％的粗加工余量；另外20％-40％的整体叶盘余量通过插铣的方法来完成，工件通过一次装夹即可完成所有的数控铣削加工工艺，提高了开式整体叶盘通道粗加工的效率。以去除量为2428233mm³的开式整体叶盘粗加工为例，用时由背景技术的30.86小时降低为7.28小时。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。

附图说明

图1是本发明方法用复合铣数控机床示意图。

图2是经过本发明方法盘铣加工后叶盘通道的示意图。

图3是经过本发明方法插铣加工后叶盘通道的示意图。

图4是经过本发明方法侧铣加工后叶盘通道的示意图。

图5是本发明方法盘铣加工过程示意图。

图6是本发明方法插铣加工过程示意图。

图7是本发明方法侧铣加工过程示意图。

图中，1-A轴摆角铣头；2-盘铣加工动力头；3-开式整体叶盘工件；4-工作台；5-通道。

具体实施方式

参照图1－7。本发明开式整体叶盘通道复合粗加工方法，以某型航空发动机开式整体叶盘通道粗加工为例，具体步骤如下：

首先将开式整体叶盘工件3装夹在整体叶盘高效强力复合铣数控机床工作台4上，将工作台4移动至盘铣加工动力头2的加工范围内；根据所加工的整体叶盘类型，选择合适直径的盘铣刀具，所使用的盘铣刀直径范围为120mm-600mm；规划盘铣刀的加工区间，使盘铣刀对叶盘通道进行最大余量的去除，同时避免发生干涉。

之后进行盘铣开槽加工。根据盘铣加工区间的规划，分别从叶盘毛坯的正面、上侧、下侧几面对叶盘通道进行开槽加工；首先根据盘铣加工区间优化结果，对准开槽区域，调整盘铣刀的位置、角度，然后进刀，第一次进刀加工完成后，保持盘铣刀转速，按照进刀轨迹退出盘铣刀；其次，根据盘铣刀具轨迹优化结果，准备进行第二次进刀，调整盘铣刀角度，然后进行下一次的进刀切削，切削完成后，依然按照第二次进刀路径退出盘铣刀。这样依次进刀、退刀，直到完成盘铣余量去除为止。盘铣加工可去除通道余量的65％左右。盘铣动力头依靠伺服电机和蜗轮蜗杆副实现铣刀的摆动，摆动范围为0°-360°；盘铣加工能够保证最小加工余量为1mm。加工完成后，通道形貌如图3所示，通过盘铣完成的整体叶盘叶片，可以看出：盘铣刀加工后的叶盘通道保留了大量的盘铣痕迹，去除了大量的通道余量。由于盘铣的加工效率远大于插铣的加工效率，并且能够去除60％-80％的粗加工余量；所以利用盘铣头结构能够利用更短的时间，在保证不损坏整体叶盘的情况下，完成去除整体叶盘余量的工作。

盘铣加工结束后，将复合加工机床工作台4移动至A轴摆角铣头1所在加工范围内，进行五坐标插铣加工，首先根据整体叶盘的尺寸及型号选择合适的插铣刀具，并换刀，然后，根据机床自带的编程系统计算出经盘铣后的插铣路径以及插铣的位置和方向角。同时，控制系统控制插铣刀的位置和整体叶盘的位置，两者相互完成后，进行插铣。根据系统求出的位置进行第一次插铣，然后插铣后的刀具在完成插铣动作后，要按照该刀的进刀方向退出插铣刀。然后，控制系统将插铣头移动到下次进行插铣的位置后，进行第二刀插铣，同样，退刀方法与第一刀的退刀方法相同。依次进行，最后完成插铣的走刀，完成插铣的整个过程。插铣加工主要完成叶片型面成型的工作，对盘铣加工后的痕迹及盘铣加工不可达区域进行扩槽加工，插铣加工完成后，叶盘通道最大加工余量为2.5mm，其形貌如图4所示。

最后进行侧铣加工，同样在A轴摆角铣头1下完成。采用五坐标侧铣加工方式，通过机床自身的编程系统和软件系统对整体叶盘盘铣插铣加工后余留的加工棱边以及插铣无法很好加工的叶根部位进行计算，并由控制系统控制侧铣刀的位置、方向等方位控制。对准整体叶盘需要进行插铣的位置后，由数控系统控制第一刀的进刀量，保证侧铣区域的正确性，然后进行侧铣。第一刀进刀后，侧铣完成时，要按照进刀的轨迹退出侧铣刀头。然后由数控系统控制侧铣刀的位置，进行第二次侧铣，并且控制侧铣刀的进刀量。依此过程，把各个需要侧铣的整体叶盘部位侧铣完成。侧铣主要完成除棱清根工作。加工完成后，通道形貌如图5所示。

某型航空发动机开式整体叶盘通道粗加工去除量2428233mm³，用时7.28小时。

Claims (1)

1.一种开式整体叶盘通道复合粗加工方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一、首先对盘铣加工区域进行划分，将盘铣加工可完成最大余量去除；此后，划分插铣加工区域和侧铣加工区域；针对不同整体叶盘类型，采用不同直径的盘铣刀进行切削加工；

步骤二、按照步骤一划分的加工区域，对装夹好的开式整体叶盘分别从正面、上侧、下侧多次对盘铣刀可达通道区域进行大余量去除；每完成一次盘铣切削，盘铣刀退出工件，摆动合适的角度后，进行下一次的切削，直到完成通道的盘铣粗加工为止；

步骤三、步骤二结束后，退出盘铣刀，控制工作台移动至摆角铣头所在的加工区域，对盘铣加工后通道余留的加工痕迹和盘铣加工不可达区域进行高效五坐标插铣加工，实现扩槽和曲面成型；

步骤四、完成步骤三后，采用侧铣加工方式，对插铣加工后余留的棱边及叶根无法用插铣加工的部分进行侧铣加工，保留精加工所需要的余量，为精加工做好准备。

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