CN104475835A - 一种叶片榫头倒圆机械加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种叶片榫头倒圆机械加工方法，包括以下步骤：利用叶片榫头设计图纸的数据点建立叶片榫头的三维模型，利用此三模型编制加工程序；在零件上对叶片榫头倒圆特征进行坐标测量得到特征点测量数据；对特征点测量数据进行分析，确定补偿方向；通过坐标计算叶片榫头需补偿方向的坐标补偿值；根据上述坐标补偿值编制数控程序进行数控加工补偿。应用本发明方法与现有的手工倒圆相比，具有倒圆尺寸一致，倒圆形状完整，与榫头接刀效果好，无横向加工痕迹的优点，避免了由于手工抛修产生的疲劳源，有益于提高转子叶片的疲劳寿命。

Description

一种叶片榫头倒圆机械加工方法
技术领域
本发明涉及一种机械加工方法，具体的说是一种叶片榫头倒圆机械加工方法。
背景技术
转子叶片是航空发动机的重要转动部件之一，叶片榫头的作用是将工作叶片连接到轮盘上，并将叶身所受的负荷传到轮盘上。故榫头应有足够的强度，尽量避免应力集中。
在航空发动机压气机叶片的设计上，越来越多的采用难加工材料，并且榫头棱边圆角的变半径范围越来越大，精度要求越来越高。航空发动机叶片榫头特征结构复杂，且材料多为钛合金、高温合金等难加工材料，榫头棱边圆角多为变半径特征，轮廓度要求高。常规手动砂轮打磨很难达到设计要求。
传统榫头倒圆的加工方式是依靠手工砂轮抛光的方法，通过手工砂轮抛光去除余量形成圆角并达到粗糙度的要求。由于手工砂轮抛光的不可控性，容易留下砂轮痕迹，由此产生了榫头棱边圆角尺寸无法完全满足设计图纸、倒圆一致性差等问题，而且容易产生疲劳源，造成叶片疲劳断裂。
目前，能够解决上述问题的叶片榫头倒圆机械加工方法尚未见报道。
发明内容
针对现有技术中榫头倒圆采用手工砂轮抛光，加工质量难以达到设计要求等不足，本发明要解决的技术问题是提供一种无横向加工痕迹的叶片榫头倒圆机械加工方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
本发明一种叶片榫头倒圆机械加工方法，包括以下步骤：
利用叶片榫头设计图纸的数据点建立叶片榫头的三维模型，利用此三模型编制加工程序；
在零件上对叶片榫头倒圆特征进行坐标测量得到特征点测量数据；
对特征点测量数据进行分析，确定补偿方向；
通过坐标计算叶片榫头需补偿方向的坐标补偿值；
根据上述坐标补偿值编制数控程序进行数控加工补偿。
所述方向包括垂直于压力面方向及叶片榫头长度方向，分别测量在两个方向上的特征点，根据特征点与理论值的差值大小，判断是否需要补偿，如果大于规定值则需进行加工补偿。
压力面方向的接刀痕迹即压力面与榫头倒圆部位的接刀痕的高度差；叶片榫头长度方向的接刀痕迹即榫头长度方向端面与倒圆部位的接刀痕的 高度差。
三坐标测量为：对在榫头端面的平整范围内任意选取至少三个点进行在线或线下测量。
计算榫头需补偿方向的坐标补偿值为：算出榫头需补偿方向的平均值E，与理论值进行比较，并计算两者差值W，即为程序榫头需补偿方向的坐标补偿值。
叶片榫头长度方向数控加工补偿的走刀路线为：沿叶片榫头端面棱边方向，以和榫头棱边相似的形状的刀轨拟合出的倒圆加工轨迹。
叶片榫头长度方向数控加工补偿的走刀路线为：沿叶片榫头端面棱边，采用区域铣削的方式，从叶片榫头端面与叶片榫头底面的交接棱边区域开始，先左面区域轮廓，后右边区域轮廓，采用往复式走刀轨迹。
叶片榫头垂直压力面方向数控加工补偿的走刀路线为：将榫头棱边从底面中心部位分为两半，每半的轨迹都是以和榫头棱边相似形状的刀轨拟合出的倒圆加工轨迹。
本发明还包括以下步骤：对叶片榫头倒圆部位进行机械光饰加工，对磨料配比、磨液进行优化匹配，即采用55％～60％的280#粒度Φ4RS氧化铝陶瓷、20～25％的180#粒度Φ3FS氧化铝陶瓷、10％～20％的3×3×3三角形刚玉混合磨料；磨液为烷基苯磺酸钠，滚磨剂的用量为工件和磨料总量的4％～10％。
磨料切削速度即滚筒转速42～45r/min，零件在滚筒中的摆放位置为外圈；加工时间为25～30分钟。
本发明具有以下有益效果及优点：
1.采用本发明方法与现有的手工倒圆相比，具有倒圆尺寸一致，倒圆形状完整，与榫头接刀效果好，无横向加工痕迹的优点，避免了由于手工抛修产生的疲劳源，有益于提高转子叶片的疲劳寿命。
附图说明
图1为本发明方法流程图；
图2为本发明方法中涉及的三坐标扫描轮廓；
图3为本发明方法中应用的榫头端面测量的特征点图示；
图4为本发明方法中应用的走刀路线图示(一)；
图5为本发明方法中应用的走刀路线图示(二)；
其中，1为叶片榫头端面，2为叶片榫头压力面，3为理论倒圆，4为叶片榫头底面。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明作进一步阐述。
如图1所示，本发明叶片榫头倒圆机械加工方法包括以下步骤：
利用叶片榫头的设计图纸的数据点建立叶片榫头的三维模型，利用此三维模型编制加工程序；
在零件上对叶片榫头部位特征进行坐标测量得到特征点测量数据；
对特征点测量数据进行分析，确定补偿方向；
通过测量数据计算叶片榫头需补偿方向的坐标补偿值；
根据上述坐标补偿值修改数控程序进行数控加工补偿。
所述补偿方向包括垂直于压力面方向及叶片榫头长度方向
坐标测量是对在叶片榫头压力面或端面的平整范围内任意选取至少三个点进行在线或线下测量。如图2、3所示，本实施例将加工后的叶片榫头倒圆特征进行三坐标测量，即在在线或线下测量端面上P1、P2、P3三点(特征点P1、P2、P3是在榫头端面去除距边缘5mm后的端面范围内任意选取的三个点)，算出叶片榫头长度方向的平均值E，与理论值长度进行比较，并计算两者差值W，即为程序榫头长度方向的坐标补偿值；
如图2所示，P1、P2、P3三点的测量值为
E＝(25.928+25.893+25.945)/3＝25.922
W＝25.922-25.900＝0.022
对特征点测量数据进行分析，确定补偿方向。本实施例中，由于榫头轮廓精度高，故在压力面上的接刀痕迹很小(A值表示压力面与榫头倒圆部位的接刀痕的高度差，在0.008mm左右)，考虑到后续机械光饰加工，该方向不作补偿。测量结果表明，由于榫头长度方向尺寸公差与倒圆轮廓度的公差数量级相同，榫头长度方向的加工误差对倒圆与其接刀痕迹影响最大(B值表示榫头长度方向端面与倒圆部位的接刀痕的高度差，B值较大)，故需对榫头端面进行测量并作补偿；
根据补偿后的程序进行加工，为了达到机械光饰要求的粗糙度兼顾棱边圆角形状要求，选择图3所示走刀路线，选择的加工参数为S6000F300。图4所示的走刀路线方式一是沿榫头端面棱边方向，以和榫头棱边相似的形状的刀轨拟合出的倒圆加工轨迹，图5所示的走刀路线方式二是沿榫头端面棱边，采用区域铣削的方式，从榫头端面与榫头底面的交接棱边区域开始，先左面区域轮廓，后右边区域轮廓，采用往复式走刀轨迹。
最后对倒圆部位进行机械光饰加工，对磨料配比、磨液进行最优化匹配。光饰参数和磨料、磨液配比如下：
表1 光饰参数和磨料、磨液配比
叶片榫头垂直压力面方向数控加工补偿的走刀路线为：
将榫头棱边从底面中心部位分为两半，每半的轨迹都是以和榫头棱边相似形状的刀轨拟合出的倒圆加工轨迹。

Claims (10)

1.一种叶片榫头倒圆机械加工方法，其特征在于包括以下步骤：
利用叶片榫头设计图纸的数据点建立叶片榫头的三维模型，利用此三模型编制加工程序；
在零件上对叶片榫头倒圆特征进行坐标测量得到特征点测量数据；
对特征点测量数据进行分析，确定补偿方向；
通过坐标计算叶片榫头需补偿方向的坐标补偿值；
根据上述坐标补偿值编制数控程序进行数控加工补偿。
2.按权利要求1所述的叶片榫头倒圆机械加工方法，其特征在于：
所述方向包括垂直于压力面方向及叶片榫头长度方向，分别测量在两个方向上的特征点，根据特征点与理论值的差值大小，判断是否需要补偿，如果大于规定值则需进行加工补偿。
3.按权利要求2所述的叶片榫头倒圆机械加工方法，其特征在于：压力面方向的接刀痕迹即压力面与榫头倒圆部位的接刀痕的高度差；叶片榫头长度方向的接刀痕迹即榫头长度方向端面与倒圆部位的接刀痕的高度差。
4.按权利要求1所述的叶片榫头倒圆机械加工方法，其特征在于：
三坐标测量为：对在榫头端面的平整范围内任意选取至少三个点进行在线或线下测量。
5.按权利要求1所述的叶片榫头倒圆机械加工方法，其特征在于：计算榫头需补偿方向的坐标补偿值为：算出榫头需补偿方向的平均值E，与理论值进行比较，并计算两者差值W，即为程序榫头需补偿方向的坐标补偿值。
6.按权利要求2所述的叶片榫头倒圆机械加工方法，其特征在于：叶片榫头长度方向数控加工补偿的走刀路线为：沿叶片榫头端面棱边方向，以和榫头棱边相似的形状的刀轨拟合出的倒圆加工轨迹。
7.按权利要求2所述的叶片榫头倒圆机械加工方法，其特征在于：叶片榫头长度方向数控加工补偿的走刀路线为：沿叶片榫头端面棱边，采用区域铣削的方式，从叶片榫头端面与叶片榫头底面的交接棱边区域开始，先左面区域轮廓，后右边区域轮廓，采用往复式走刀轨迹。
8.按权利要求2所述的叶片榫头倒圆机械加工方法，其特征在于：叶片榫头垂直压力面方向数控加工补偿的走刀路线为：将榫头棱边从底面中心部位分为两半，每半的轨迹都是以和榫头棱边相似形状的刀轨拟合出的倒圆加工轨迹。
9.按权利要求1所述的叶片榫头倒圆机械加工方法，其特征在于：还包括以下步骤：对叶片榫头倒圆部位进行机械光饰加工，对磨料配比、磨液进行优化匹配，即采用55％～60％的280#粒度Φ4RS氧化铝陶瓷、20～25％的180#粒度Φ3FS氧化铝陶瓷、10％～20％的3×3×3三角形刚玉混合磨料；磨液为烷基苯磺酸钠，滚磨剂的用量为工件和磨料总量的4％～10％。
10.按权利要求9所述的叶片榫头倒圆机械加工方法，其特征在于：磨料切削速度即滚筒转速42～45r/min，零件在滚筒中的摆放位置为外圈；加工时间为25～30分钟。
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