CN104227103A - 薄壁件阶梯对称铣削加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种薄壁件阶梯对称铣削加工方法,本发明不仅可以最大限度的使应力分布均匀,而且可以充分的利用薄壁件的刚性,达到减小变形的目的。以加工路径b为例进行分析,其轴向切深为αp,一次加工完成,提高了加工效率。当加工其靠近上端0.5αp的部分时,由于对称一侧的工件材料仍未去除,刚性较好;而当刀具加工其靠近下端0.5αp的部分时,由于对称一侧的工件材料已在前一走刀中去除,故其刚性相对较差,这就要求采用合适的αp值保证其加工精度,使得产生的加工变形较小。阶梯对称铣削加工薄壁件时,选择较大的进给速度与径向切深不会增大加工变形,同时可以提高加工效率。该工艺方法对船舶、航空领域中易变形薄壁结构件的加工具有重要指导意义。
Description
技术领域
本发明涉及一种薄壁件的精密切削加工工艺方法,属于精密、超精密切削加工技术领域,主要解决航空发动机薄壁叶片的精加工变形控制问题。
背景技术
薄壁叶片广泛应用于船舶、航空等领域,具有型面结构复杂、薄壁以及材料难加工等工艺特点,容易产生加工变形。如图1所示,传统的分面铣削工艺在半精加工和精加工工序中,加工完叶片一侧之后,再加工另一侧型面。产生结果:分面铣削加工在两侧型面产生的表面残余应力非平衡,零件呈现明显的弯扭变形,型面的局部区域精加工余量不足,工件的轮廓度精度达不到要求;而且会将前面铣削工序的变形累积到后续加工工序中,一般适应于刚性强、壁厚的叶片,不能满足薄壁类叶片的加工精度。针对现有的薄壁叶片加工的工艺缺点,提出了一种全新的加工工艺方法,实现对薄壁叶片加工变形的有效控制,提高加工精度和效率,以满足国家安全及相关科技工程领域对改进和完善薄壁、超薄叶片精密切削加工技术的迫切需求。
发明内容
为解决上述问题,本发明提供了一种薄壁件阶梯对称铣削加工方法,该方法的刀位轨迹规划为回绕叶片的形式,对薄壁件进行半精加工和精加工,从而达到抑制薄壁叶片精加工弯扭变形的目的。
为实现上述目的,本发明采取的技术方案为:
薄壁件阶梯对称铣削加工方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1、在普通三坐标数控铣床上粗铣叶片的叶背和叶盆型面,余量1mm,应用现有的CAM软件(如UG、CATIA等)生成粗加工的刀具轨迹;
S2、对叶片按照步骤S1所得的粗加工轨迹进行粗加工;
S3、粗加工完成后,将叶片的轮廓边界分别投影到两个辅助平面上,得出两个线段长度;
S4、根据线段长度计算叶盆、叶背型面刀位轨迹数;
S5、通过步骤S4所得的轨迹数目,确定切深αp;
S6、先以轴向切深0.5αp按路径a加工工件一侧,再以轴向切深αp按路径b加工另一侧,再按轴向切深αp按路径c加工一侧,以此类推,直到加工完成。
其中,所述除第一刀和最后一刀采用轴向切深0.5αp外,其余路径下的切深均为αp。
本发明不仅可以最大限度的使应力分布均匀,而且可以充分的利用薄壁件的刚性,达到减小变形的目的。以加工路径b为例进行分析,其轴向切深为αp,一次加工完成,提高了加工效率。当加工其靠近上端0.5αp的部分时,由于对称一侧的工件材料仍未去除,刚性较好;而当刀具加工其靠近下端0.5αp的部分时,由于对称一侧的工件材料已在前一走刀中去除,故其刚性相对较差,这就要求采用合适的αp值保证其加工精度,使得产生的加工变形较小。
本发明具有以下有益效果:
(1)保证截面加工质量。阶梯对称铣的走刀轨迹非常接近叶片截面形状,易保证截面加工质量,尤其是缘头形状;
(2)良好工艺性。阶梯对称铣走刀轨迹是回绕叶片的加工方法,该方式有利于控制叶片的变形。薄壁叶片,分上、下面加工往往会造成叶片的翘曲变形(内应力释放变形),回绕式加工是对称加工,可大大减小翘曲变形;
(3)轨迹形状好。阶梯对称铣走刀轨迹无横向进刀,走刀方向变化平缓,适合高速切削;
(4)阶梯对称铣削加工方法是一种有效的加工薄壁件侧壁的工艺方法,与单纯对称加工法相比,这种方法能显著减小加工过程中的“让刀”现象;
(5)阶梯对称铣削加工薄壁件时,选择较大的进给速度与径向切深不会增大加工变形,同时可以提高加工效率。该工艺方法对船舶、航空领域中易变形薄壁结构件的加工具有重要指导意义。
附图说明
图1为现有技术中传统的对称铣削轨迹示意图。
图2为本发明实施例薄壁件阶梯对称铣削加工方法的轨迹示意图。
图3为本发明实施例1中采用的常见叶片的结构示意图。
图中:1-榫根,2-橼板,3-叶背型面,4-进气边,5-叶盆型面,6-排气边;
图4为本发明实施例1中采用的薄壁叶片叶盆粗加工刀位轨迹示意图。
图5为本发明实施例1中采用的薄壁叶片阶梯对称铣削刀位轨迹示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的及优点更加清楚明白,以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
本发明实施例提供了一种薄壁件阶梯对称铣削加工方法,包括如下步骤:
S1、在普通三坐标数控铣床上粗铣叶片的叶背和叶盆型面,余量1mm,应用现有的CAM软件(如UG、CATIA等)生成粗加工的刀具轨迹;
S2、对叶片按照步骤S1所得的粗加工轨迹进行粗加工;
S3、粗加工完成后,将叶片的轮廓边界分别投影到两个辅助平面上,得出两个线段长度;
S4、根据线段长度计算叶盆、叶背型面刀位轨迹数;
S5、通过步骤S4所得的轨迹数目,确定切深αp;
S6、如图2所示,先以轴向切深0.5αp按路径a加工工件一侧,再以轴向切深αp按路径b加工另一侧,再按轴向切深αp按路径c加工一侧,以此类推,直到加工完成。
其中,所述除第一刀和最后一刀采用轴向切深0.5αp外,其余路径下的切深均为αp。
实施例1
如图3所示,本实施例所采用的航空发动机叶片由前橼1、后橼2、叶背型面3、叶盆型面4组成,该薄壁叶片锻造毛坯的尺寸为208mm×82mm×46mm,叶片材料为航空钛合金TC4。
本实施例的薄壁件阶梯对称铣削加工方法,包括如下步骤:
(1)在普通三坐标数控铣床上粗铣叶背、叶盆型面,余量1mm,既满足加工要求又节约了加工成本。采用传统的单面加工工艺方法,即先加工叶背型面3,后加工叶盆型面5。应用现有的CAM软件如UG、CATIA等可以方便地生成粗加工的刀具轨迹。图4给出的是粗加工叶背型面粗加工时的刀位轨迹。
(2)规划薄壁叶片型面的半精、精加工刀具轨迹时,将叶片的轮廓边界分别投影到两个辅助平面上。粗加工完成后,叶片的两个弦线在平面上投影的两个线段长度分别为156mm和142mm,因此,取L=max{156,142}=156mm,根据该型号薄壁叶片数控侧铣加工经验,确定切深αp大小为5mm-10mm,则刀位轨迹数n应满足:156/10≤n≤156/5,即15.6≤n≤30.12。所以,可以取n为20。则叶盆、叶背型面刀位轨迹数为20。
(3)由以上规划的刀位轨迹数目,得19αp+0.5αp=156mm,确定薄壁叶片铣削加工时切深αp=8mm。因此规划后的叶背和叶盆型面刀位轨迹如图5所示,叶背、叶盆型面刀位轨迹按照对称方式进行铣削加工,如图5所示,首先以数控侧铣轴向切削深度4mm加工叶盆型面,如图5所示的01,然后以数控侧铣轴向切深8mm加工叶背型面,如图5所示的02,以此类推,图5所示的03,图5所示的04,直至加工完成,除叶盆型面加工的第一刀和叶背型面加工最后一刀切深为4mm之外,其余刀位轨迹的轴向切深都为8mm。
(4)三坐标数控测量机的测量结果表明,加工精度完全符合设计要求。最后,对可调叶片进行抛光处理和荧光检测。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以作出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (2)
1.薄壁件阶梯对称铣削加工方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1、在普通三坐标数控铣床上粗铣叶片的叶背和叶盆型面,余量1mm,应用现有的CAM软件生成粗加工的刀具轨迹;
S2、对叶片按照步骤S1所得的粗加工轨迹进行粗加工;
S3、粗加工完成后,将叶片的轮廓边界分别投影到两个辅助平面上,得出两个线段长度;
S4、根据线段长度计算叶盆、叶背型面刀位轨迹数;
S5、通过步骤S4所得的轨迹数目,确定切深αp;
S6、先以轴向切深0.5αp按路径a加工工件一侧,再以轴向切深αp按路径b加工另一侧,再按轴向切深αp按路径c加工一侧,以此类推,直到加工完成。
2.根据权利要求1所述的薄壁件阶梯对称铣削加工方法,其特征在于,所述除第一刀和最后一刀采用轴向切深0.5αp外,其余路径下的切深均为αp。
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