CN102862097B - 一种叶片型面横向数控抛光方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种叶片型面横向数控抛光方法，首先选择软质接触轮，接触轮的接触面上开有斜槽，斜槽与接触轮轴向方向夹角为30°~60°；然后规划数控抛光轨迹，最后对叶片进行抛光，抛光时接触轮沿自身轴线方向移动，接触轮轴线方向沿v方向。本发明所提出的方法采用横向抛光，抛光时接触轮沿自身轴线方向移动，且由于采用软质接触轮，使得对抛光轮施加一定压力后，抛光轮会变形砂带点抛光变为面抛光，从而可明显消除横向振纹，使叶片的表面质量稳定，并且大大提高了抛光的效果和精度，不仅可以用于叶片的抛光，而且可以用于整体叶盘叶片的抛光。

Description

一种叶片型面横向数控抛光方法

技术领域

本发明涉及发动机叶片机械加工技术领域，具体为一种叶片型面横向数控抛光方法。

背景技术

航空发动机叶片在工作中要承受巨大的离心力和复杂的启动力及振动，还要受到热应力的作用，工作环境比较恶劣，其在发动机中的功能及使用工况，决定了叶片是发动机中形状复杂、尺寸跨度大、承载最大的零件。因此叶片需经抛光工艺环节获得较高的表面质量，以提高其使用性能。

但由于叶片结构在向大、薄、曲率复杂、种类多样、质量要求高等方向发展，这给叶片的抛光技术带来了严峻的考验，其主要难题是叶片加工变形与发动机性能要求间的矛盾、生产效率较低与国防单位需求间的矛盾、表面质量难以控制与使用性能要求间的矛盾。因此，为减小加工变形，实现高效率、高质量的薄壁叶片抛光加工，保障航空发动机的使用可靠性，开展薄壁叶片自动化抛光工艺及控制技术的研究是十分必要的。

目前国内针对航空发动机叶片抛光采用的方法主要为手工抛光、数控抛光、磨粒流抛光、气囊抛光，手工抛光去除量不均匀、效率低、劳动强度大，需投入较大的人力、物力、财力，并且耗时较长；磨粒流抛光目前并不成熟，抛光中容易造成叶片进排气边的损伤；气囊抛光尚处于研发阶段，不适宜运用于实际抛光，所以，现在普遍采用数控抛光，但数控抛光一般抛光轨迹采用直纹面拟合，其具有一定的误差，而且其抛光方法为纵向抛光，抛光后纵纹明显，抛光效果不理想。

发明内容

要解决的技术问题

为了解决叶片抛光后纵纹明显，抛光效果不理想，并且抛光效率低的问题，本发明提出了一种叶片型面横向数控抛光方法。

技术方案

本发明的技术方案为：

所述一种叶片型面横向数控抛光方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：选择硬度在35~50HS的接触轮，接触轮的接触面上开有斜槽，斜槽与接触轮轴向方向夹角为30°~60°；

步骤2：规划数控抛光轨迹：

步骤2.1：通过三维CAD建模软件建立叶片的三维模型，以叶片流道线方向为u方向，与流道线垂直方向为v方向，叶片积叠轴方向与工件坐标系中y轴平行，叶身方向与工件坐标系中x轴平行；设定工件坐标系，使工件坐标系与叶片坐标系重合；

步骤2.2：提取叶片三维模型上的叶尖与叶根曲线，分别依次使其绕着与y轴平行且通过工件坐标系原点p的轴线旋转生成两张旋转面，依次记为S₀、S₁；将S₀、S₁分别与工件坐标系x-y平面求交，获得两条交线c1，c2；通过c1，c2两条曲线生成面直纹面Γ，在面Γ上沿u方向提取n条等参线，记为{e₁,e₂,e₃,.....e_n}，）分别使e₁,e₂,e₃,.....e_n绕着与y轴平行且通过点p的轴线依次旋转生成旋转面，依次记为{S₁,S₂,S₃,......S_n}；将S₁,S₂,S₃,......S_n与叶片三维模型上的叶背面分别求交，得到交线序列{l₁,l₂,l_3，·nl，对l₁,l₂，l₃,.....l_n进行放样，生成参数化的叶片型面；

步骤2.3：沿v方向在步骤2.2得到的参数化的叶片型面上插入m条等分线，将参数化后的叶片型面沿u向等分成m-1段，每段宽度为抛光轮直径的1/20；将每条等分线离散为点集，提取等分线上相邻距离3mm的点作为抛光接触点，以接触点在工件坐标系中的坐标作为抛光轮在叶片型面上的加工点坐标，以接触点处的主法线方向作为抛光刀轴的中心轴线矢量方向，得到参数化的叶片型面的数控抛光轨迹；

步骤3：按照步骤2设定的数控抛光轨迹对叶片进行抛光，抛光时接触轮沿自身轴线方向移动，接触轮轴线方向沿v方向。

有益效果

本发明所提出的方法采用横向抛光，抛光时接触轮沿自身轴线方向移动，且由于采用软质接触轮，使得对抛光轮施加一定压力后，抛光轮会变形砂带点抛光变为面抛光，从而可明显消除横向振纹，使叶片的表面质量稳定，并且大大提高了抛光的效果和精度，不仅可以用于叶片的抛光，而且可以用于整体叶盘叶片的抛光。

附图说明

图1：叶片示意图；

图2：抛光轮示意图；

图3：抛光过程示意图；

其中：1、抛光轨迹；2、叶片；3、抛光轮；4、砂带。

具体实施方式

下面结合具体实施例描述本发明：

实施例1：

步骤1：参照附图2，选择硬度在50HS的接触轮，接触轮的接触面上开有斜槽，斜槽与接触轮轴向方向夹角为60°；接触轮直径为60mm，轮宽为30mm，槽宽为5mm，槽间距为5mm。这里采用的是软质接触轮，所谓软质接触轮就是在对抛光轮施加一定压力后，抛光轮会变形，导致砂带点抛光变为面抛光，如图3所示，采用软接触轮横向密行距进行抛光，软接触轮可明显消除横向振纹，横向抛光比纵向抛光重叠度小。

步骤2：规划数控抛光轨迹：

步骤2.1：通过三维CAD建模软件建立叶片的三维模型，以叶片流道线方向为u方向，与流道线垂直方向为v方向，叶片积叠轴方向与工件坐标系中y轴平行，叶身方向与工件坐标系中x轴平行；设定工件坐标系，使工件坐标系与叶片坐标系重合；

步骤2.2：提取叶片三维模型上的叶尖与叶根曲线，分别依次使其绕着与y轴平行且通过工件坐标系原点p的轴线旋转生成两张旋转面，依次记为S₀、S₁；将S₀、S₁分别与工件坐标系x-y平面求交，获得两条交线c1，c2；通过c1，c2两条曲线生成面直纹面Γ，在面Γ上沿u方向提取n条等参线，记为{e₁,e₂,e₃,.....e_n}，）分别使e₁,e₂,e₃,.....e_n绕着与y轴平行且通过点p的轴线依次旋转生成旋转面，依次记为{S₁,S₂,S₃,......S_n}；将S1,S2,S2,......Sn与叶片三维模型上的叶背面分别求交，得到交线序列{l₁,l₂,l₃,.....l_n}，对l₁,l₂,l₃,.....l_n进行放样，生成参数化的叶片型面；

步骤2.3：沿v方向在步骤2.2得到的参数化的叶片型面上插入m条等分线，将参数化后的叶片型面沿u向等分成m-1段，其中，由于抛光轮具有一定的柔性，在抛光过程中会发生变形，所以选择参数化后的叶片型面沿u向等分后的每段宽度为抛光轮直径的1/20，此宽度即为抛光行距；将每条等分线离散为点集，提取等分线上相邻距离3mm的点作为抛光接触点，以接触点在工件坐标系中的坐标作为抛光轮在叶片型面上的加工点坐标，以接触点处的主法线方向作为抛光刀轴的中心轴线矢量方向，得到参数化的叶片型面的数控抛光轨迹；

步骤3：按照步骤2设定的数控抛光轨迹对叶片进行抛光，抛光时接触轮沿自身轴线方向移动，即抛光方式采用横向抛光，接触轮轴线方向沿v方向；砂带在叶片型面上沿叶片叶展方向移动，每次从叶展的左边移动到右边，抛光轮下移到正好与上一次抛光边缘完全拟合后开始下一次抛光。

根据上述抛光方法确定叶片型面数控抛光方法，对航空发动机叶片型面进行抛光加工，加工结果验证了该方法能够保证叶片型面的加工精度，大大提高了叶片的加工效果，实现了自动化抛光。

实施例2：

步骤1：参照附图2，选择硬度在35HS的接触轮，接触轮的接触面上开有斜槽，斜槽与接触轮轴向方向夹角为30°；接触轮直径为50mm，轮宽为20mm，槽宽为4mm，槽间距为4mm。这里采用的是软质接触轮，所谓软质接触轮就是在对抛光轮施加一定压力后，抛光轮会变形，导致砂带点抛光变为面抛光，如图3所示，采用软接触轮横向密行距进行抛光，软接触轮可明显消除横向振纹，横向抛光比纵向抛光重叠度小。

步骤2：规划数控抛光轨迹：

步骤2.1：通过三维CAD建模软件建立叶片的三维模型，以叶片流道线方向为u方向，与流道线垂直方向为v方向，叶片积叠轴方向与工件坐标系中y轴平行，叶身方向与工件坐标系中x轴平行；设定工件坐标系，使工件坐标系与叶片坐标系重合；

步骤2.2：提取叶片三维模型上的叶尖与叶根曲线，分别依次使其绕着与y轴平行且通过工件坐标系原点p的轴线旋转生成两张旋转面，依次记为S₀、S₁；将S₀、S₁分别与工件坐标系x-y平面求交，获得两条交线c1，c2；通过c1，c2两条曲线生成面直纹面Γ，在面Γ上沿u方向提取n条等参线，记为{e₁,e₂,e₃,.....e_n}，）分别使e₁,e₂,e₃,.....e_n绕着与y轴平行且通过点p的轴线依次旋转生成旋转面，依次记为{S₁,S₂,S₃,......S_n}；将S₁,S₂,S₃,......S_n与叶片三维模型上的叶背面分别求交，得到交线序列{l₁,l₂,l_3，·nl，对l₁,l₂，l₃,.....l_n进行放样，生成参数化的叶片型面；

步骤2.3：沿v方向在步骤2.2得到的参数化的叶片型面上插入m条等分线，将参数化后的叶片型面沿u向等分成m-1段，其中，由于抛光轮具有一定的柔性，在抛光过程中会发生变形，所以选择参数化后的叶片型面沿u向等分后的每段宽度为抛光轮直径的1/20，此宽度即为抛光行距；将每条等分线离散为点集，提取等分线上相邻距离3mm的点作为抛光接触点，以接触点在工件坐标系中的坐标作为抛光轮在叶片型面上的加工点坐标，以接触点处的主法线方向作为抛光刀轴的中心轴线矢量方向，得到参数化的叶片型面的数控抛光轨迹；

步骤3：按照步骤2设定的数控抛光轨迹对叶片进行抛光，抛光时接触轮沿自身轴线方向移动，即抛光方式采用横向抛光，接触轮轴线方向沿v方向；砂带在叶片型面上沿叶片叶展方向移动，每次从叶展的左边移动到右边，抛光轮下移到正好与上一次抛光边缘完全拟合后开始下一次抛光。

根据上述抛光方法确定叶片型面数控抛光方法，对航空发动机叶片型面进行抛光加工，加工结果验证了该方法能够保证叶片型面的加工精度，大大提高了叶片的加工效果，实现了自动化抛光。

实施例3：

步骤1：参照附图2，选择硬度在45HS的接触轮，接触轮的接触面上开有斜槽，斜槽与接触轮轴向方向夹角为35°；接触轮直径为50mm，轮宽为20mm，槽宽为4mm，槽间距为4mm。这里采用的是软质接触轮，所谓软质接触轮就是在对抛光轮施加一定压力后，抛光轮会变形，导致砂带点抛光变为面抛光，如图3所示，采用软接触轮横向密行距进行抛光，软接触轮可明显消除横向振纹，横向抛光比纵向抛光重叠度小。

步骤2：规划数控抛光轨迹：

步骤2.1：通过三维CAD建模软件建立叶片的三维模型，以叶片流道线方向为u方向，与流道线垂直方向为v方向，叶片积叠轴方向与工件坐标系中y轴平行，叶身方向与工件坐标系中x轴平行；设定工件坐标系，使工件坐标系与叶片坐标系重合；

步骤2.2：提取叶片三维模型上的叶尖与叶根曲线，分别依次使其绕着与y轴平行且通过工件坐标系原点p的轴线旋转生成两张旋转面，依次记为S₀、S₁；将S₀、S₁分别与工件坐标系x-y平面求交，获得两条交线c1，c2；通过c1，c2两条曲线生成面直纹面Γ，在面Γ上沿u方向提取n条等参线，记为{e₁,e₂,e₃,.....e_n}，）分别使e₁,e₂,e₃,.....e_n绕着与y轴平行且通过点p的轴线依次旋转生成旋转面，依次记为{S₁,S₂,S₃,......S_n}；将S1,S2,S3,......Sn与叶片三维模型上的叶背面分别求交，得到交线序列{l₁,l₂,l_3·nl，对l₁,l₂，l₃,.....l_n进行放样，生成参数化的叶片型面；

步骤2.3：沿v方向在步骤2.2得到的参数化的叶片型面上插入m条等分线，将参数化后的叶片型面沿u向等分成m-1段，其中，由于抛光轮具有一定的柔性，在抛光过程中会发生变形，所以选择参数化后的叶片型面沿u向等分后的每段宽度为抛光轮直径的1/20，此宽度即为抛光行距；将每条等分线离散为点集，提取等分线上相邻距离3mm的点作为抛光接触点，以接触点在工件坐标系中的坐标作为抛光轮在叶片型面上的加工点坐标，以接触点处的主法线方向作为抛光刀轴的中心轴线矢量方向，得到参数化的叶片型面的数控抛光轨迹；

步骤3：按照步骤2设定的数控抛光轨迹对叶片进行抛光，抛光时接触轮沿自身轴线方向移动，即抛光方式采用横向抛光，接触轮轴线方向沿v方向；砂带在叶片型面上沿叶片叶展方向移动，每次从叶展的左边移动到右边，抛光轮下移到正好与上一次抛光边缘完全拟合后开始下一次抛光。

根据上述抛光方法确定叶片型面数控抛光方法，对航空发动机叶片型面进行抛光加工，加工结果验证了该方法能够保证叶片型面的加工精度，大大提高了叶片的加工效果，实现了自动化抛光。

Claims (1)

1.一种叶片型面横向数控抛光方法，其特征在于：包括以下步骤： 

步骤1：选择硬度在35～50HS的接触轮，接触轮的接触面上开有斜槽，斜槽与接触轮轴向方向夹角为30°～60°； 

步骤2：规划数控抛光轨迹： 

步骤2.1：通过三维CAD建模软件建立叶片的三维模型，以叶片流道线方向为u方向，与流道线垂直方向为v方向，叶片积叠轴方向与工件坐标系中y轴平行，叶身方向与工件坐标系中x轴平行；设定工件坐标系，使工件坐标系与叶片坐标系重合； 

步骤2.2：提取叶片三维模型上的叶尖与叶根曲线，分别依次使其绕着与y轴平行且通过工件坐标系原点p的轴线旋转生成两张旋转面，依次记为S₀、S₁；将S₀、S₁分别与工件坐标系x-y平面求交，获得两条交线c1，c2；通过c1，c2两条交线生成面直纹面Γ，在直纹面Γ上沿u方向提取n条等参线，记为{e₁,e₂,e₃,.....e_n}，分别使e₁,e₂,e₃,.....e_n绕着与y轴平行且通过点p的轴线依次旋转生成旋转面，依次记为{S₁,S₂,S₃,......S_n}；将S₁,S₂,S₃,......S_n与叶片三维模型上的叶背面分别求交，得到交线序列{l₁,l₂,l₃,.....l_n}，对l₁,l₂,l₃,.....l_n进行放样，生成参数化的叶片型面； 

步骤2.3：沿v方向在步骤2.2得到的参数化的叶片型面上插入m条等分线，将参数化后的叶片型面沿u向等分成m-1段，每段宽度为抛光轮直径的1/20；将每条等分线离散为点集，提取等分线上相邻距离3mm的点作为抛光接触点，以抛光接触点在工件坐标系中的坐标作为抛光轮在叶片型面上的加工点坐标，以抛光接触点处的主法线方向作为抛光刀轴的中心轴线矢量方向，得到参数化的叶片型面的数控抛光轨迹； 

步骤3：按照步骤2设定的数控抛光轨迹对叶片进行抛光，抛光时接触轮沿自身轴线方向移动，接触轮轴线方向沿v方向。