CN104858747B - 一种双端带冠叶片全型面双向倒立磨削加工方法 - Google Patents

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Abstract

一种双端带冠叶片全型面的双向倒立磨削加工方法，它有三大步骤：一、选择具有A/B轴的五轴联动机床，安装一个摇篮似的夹具，夹具的一端连接在A轴上，并由A轴带动旋转，另一端采用顶尖孔支撑确保摇篮夹具与A轴一起旋转；该摇篮夹具其中部偏离A轴中心，叶片叶身的中心尽量靠近A轴的回转中心；二、选取碟形圆环面砂轮对叶片安装端的叶身表面及叶根过渡面及榫头进行加工，此时叶片的安装端到悬臂端的连线与机床Z轴正方向的夹角为钝角；三、在靠近安装端的叶身部分加工完成后将摇篮夹具带动叶片旋转180度，使叶片的悬臂端朝上，叶身方向与机床Z轴正方向的夹角为锐角，此时磨削加工叶片的叶盆、叶背和叶片的进气边、排气边部位。

Description

一种双端带冠叶片全型面双向倒立磨削加工方法
技术领域
本发明涉及一种叶片的全型面磨削加工方法，尤其涉及一种利用五轴联动机床进行双端带冠叶片的全型面双向倒立磨削加工的方法，属于叶片加工技术领域。
背景技术
目前，航空发动机的很多静子叶片都带有双侧缘板，缘板外侧通常带有轴颈或榫头或叶冠，可统一将两端都带有榫头或叶冠等结构的叶片称为双端带冠叶片，叶片至少具有一榫头端，对于静子叶片，该部分连接于发动机机匣上，因此所处安装半径大，可称为外端，另一端称为内端。从刚性上看，外端附近叶片厚度大、刚性好，可用于作为悬臂加工的安装端，内端附近叶片厚度薄，刚性差，可作为悬臂加工时的悬臂端，且叶冠或缘板靠近叶身的表面通常为圆锥面的一部分。这类叶片目前一般只能采用具有A、B回转运动轴的五轴联动机床进行铣削加工，此时叶片水平安装在机床回转运动轴A轴上，叶片的长度方向(此处定义为叶片的双端缘板中点的法线的平均角度中心线，此时两个缘板的中心的法线可能有差异，直接取这两个法矢量的角度平分线有利于采用3到4轴的机床对叶片进行加工，它可能不同于叶身截形线重心的连线)与机床的回转运动轴线基本保持平行，叶片的两端分别与机床的两个A轴回转轴固定连接，此时叶片加工过程中的变形不能得到充分释放，因此叶身加工完成后叶片两端会发生相对变形，因此叶片难以在一次安装中完成。一般情况下需要利用叶身定位加工出基准，再以榫头定位基准定位加工叶身，最后以叶身定位加工榫头和叶冠，加工过程极其复杂。此外，这种方式每次只能安装一个叶片，加工效率较低，不利于叶片的批量化生产，
发明内容
1、目的：本发明的目的是提供一种双端带冠叶片全型面的双向倒立磨削加工方法，用于保证一次安装后将榫头、叶冠和叶身全部加工完成，节省机床数量、安装时间、工装数量，提高加工精度。
2、技术方案：
采用环面蝶形小砂轮杆砂轮倾斜于叶片叶身可以实现对叶片的缘板、榫头和叶身进行全面加工，但是对于双端带冠和榫头的叶片，叶身的加工通常导致榫头和叶冠的相对变形，本项目是采用一种悬臂加工方法和适当的加工顺序保证各部分之间的精度要求。具体方法是将双端带冠叶片以接近垂直于A\B轴五轴机床的A轴的方式安装在图1所示的摇篮夹具的本体上，通过旋转A轴可以分别使叶片外端和叶片内端处于A轴上方，而处于A轴上方的榫头或叶冠可以采用环面蝶形砂轮进行磨削加工。当叶片的榫头或外端安装于摇篮上时，可以先使榫头朝上倒立，利用磨削加工方法同时加工叶身的一部分和榫头或外端附近的叶身区域，然后旋转180度使叶冠或内端朝上，此时可对叶冠或内端和靠近内端的叶身部位进行加工。
图1是叶片安装端及其附近叶身表面、叶根过渡面的磨削方法示意，其中1为摇篮弓形夹具；2为夹具旋转轴线；3为夹具倒角；4为顶尖；5为叶片安装端；6为叶背；7为叶盆；8为进气边；9为排气边；10为叶片悬臂端；11为砂轮磨削工作部分；12为砂轮杆；13为砂轮夹头。图2是叶片悬臂端及其附近叶身表面、叶根过渡面的磨削方法示意图，其中符号意义与图1相同。
本发明是一种双端带冠叶片全型面的双向倒立磨削加工方法，该方法具体步骤如下：
步骤一：选择具有A/B轴的五轴联动机床，在其上安装一个类似摇篮的夹具，夹具的一端连接在机床的A轴上，并由A轴带动旋转，另一端可以采用顶尖孔支撑或采用双A轴的另一A轴进行支撑，确保摇篮型夹具与A轴一起旋转。该摇篮夹具一般具有弓形结构，使其中部偏离A轴中心，此时叶片可以垂直安装于弓形中部的空档位置，叶片叶身的中心可以尽量靠近A轴的回转中心，这样可以减小A轴回转误差对叶片加工精度的影响。利用夹具将叶片外端或内端(通常选外端)安装于夹具的中部的弓形位置，并使叶片缘板内侧面的中部法线尽量接近垂直于机床的A轴。
步骤二：选取适合双端带冠叶片全型面磨削加工的碟形圆环面砂轮对叶片安装端的靠近叶身表面及叶根过渡面进行磨削加工，也可以对榫头的一部分进行加工，此时叶片的安装端到悬臂端(通常为叶片内端)的连线与机床Z轴正方向的夹角为钝角(150°～180°)。
步骤三:在靠近安装端的叶身等部分加工完成后将摇篮夹具带动叶片旋转180度，使叶片的悬臂端朝上，叶身方向与机床Z轴正方向的夹角为锐角(0°～30°)，此时磨削加工叶片的靠近叶冠或悬臂端的叶盆、叶背和叶片的进气边、排气边等部位。
其中，步骤一中利用夹具将叶片单端悬臂装夹在五轴联动的数控机床上中所指的叶片可以是单个叶片也可以是多个叶片同时安装在夹具上。
3、技术优势和有益效果：
本发明提供的一种双端带冠叶片全型面的双向倒立磨削加工方法，它是利用砂轮杆较小的蝶形圆环面砂轮对双端带冠叶片进行全型面磨削加工的方法，可以实现一次悬臂装夹和通过旋转将叶片的榫头端和叶冠端分别置于夹具上方实现叶片全型面磨削加工，这样可以避免叶片装夹变形和加工应力变形影响叶片加工质量，提高加工精度和加工效率。同时，可以采用多主轴同步运动的机床同时加工一个或多个同步运动的弓形摇篮夹具上的多个叶片，大幅度提高叶片加工效率。
附图说明：
图1是叶片安装端及其附近叶身表面、叶根过渡面的磨削方法示意图。
图2是叶片悬臂端及其附近叶身表面、叶根过渡面的磨削方法示意图。
图3是本发明所述方法流程图。
图中标记说明如下：1：单叶片夹具；2：夹具旋转轴线；3：夹具倒角；4：顶尖；5：叶片安装端；6：叶背；7：叶盆；8：进气边；9：排气边；10：叶片悬臂端；11：砂轮磨削工作部分；12：砂轮杆；13：砂轮夹头。
具体实施方式：
本发明所述双端带冠叶片也可称为叶片，下面结合附图说明本发明的单叶片装夹及磨削实施例。
见图1—图3，本发明是一种双端带冠叶片全型面的旋转倒立磨削加工方法，该方法具体步骤如下：
步骤一：选择具有A/B轴的五轴联动机床，在其上安装一个类似摇篮的夹具，夹具的一端连接在机床的A轴上，并由A轴带动旋转，另一端可以采用顶尖孔支撑或采用双A轴的另一A轴进行支撑，确保摇篮型夹具与A轴一起旋转。所述的摇篮夹具一般具有弓形结构，使其中部偏离A轴中心，此时叶片可以垂直安装于弓形中部的空档位置，叶片叶身的中心可以尽量靠近A轴的回转中心，这样可以减小A轴回转误差对叶片加工精度的影响。利用夹具将叶片外端或内端(通常选外端)安装于夹具的中部的弓形位置，并使叶片缘板内侧面的中部法线尽量接近垂直于机床的A轴。
步骤二：选取适合双端带冠叶片全型面磨削加工的碟形圆环面砂轮对叶片安装端的靠近叶身表面及叶根过渡面进行磨削加工，也可以对榫头的一部分进行加工，此时叶片的安装端到悬臂端(通常为叶片内端)的连线与机床Z轴正方向的夹角为钝角(150°～180°)。
步骤三:在靠近安装端的叶身等部分加工完成后将摇篮夹具带动叶片旋转180度，使叶片的悬臂端朝上，叶身方向与机床Z轴正方向的夹角为锐角(0°～30°)，此时磨削加工叶片的靠近叶冠或悬臂端的叶盆、叶背和叶片的进气边、排气边等部位。
其中，步骤一中利用夹具将叶片单端悬臂装夹在五轴联动的数控机床上中所指的叶片可以是单个叶片也可以是多个叶片同时安装在夹具上。

Claims (2)

1.一种双端带冠叶片全型面双向倒立磨削加工方法，其特征在于：该方法具体步骤如下：
步骤一：选择具有A/B轴的五轴联动的数控机床，在其上安装一个摇篮型夹具，夹具的一端连接在机床的A轴上，并由A轴带动旋转，另一端采用顶尖孔支撑，确保摇篮型夹具与A轴一起旋转；该摇篮型夹具具有弓形结构，使其中部偏离A轴中心，此时叶片垂直安装于弓形中部的空档位置，叶片叶身的中心尽量靠近A轴的回转中心，这样减小A轴回转误差对叶片加工精度的影响；利用夹具将叶片外端或内端安装于夹具的中部的弓形位置，并使叶片缘板内侧面的中部法线尽量接近垂直于机床的A轴；
步骤二：选取适合双端带冠叶片全型面磨削加工的碟形圆环面砂轮对叶片安装端的靠近叶身表面及叶根过渡面进行磨削加工，也能对榫头的一部分进行加工，此时叶片的安装端到悬臂端的连线与机床Z轴正方向的夹角为钝角150°～180°；
步骤三:在靠近安装端的叶身部分加工完成后将摇篮型夹具带动叶片旋转180度，使叶片的悬臂端朝上，叶身方向与机床Z轴正方向的夹角为锐角0°～30°，此时磨削加工叶片的靠近叶冠或悬臂端的叶盆、叶背和叶片的进气边、排气边部位。
2.根据权利要求1所述的一种双端带冠叶片全型面双向倒立磨削加工方法，其特征在于：步骤一中利用夹具将叶片单端悬臂装夹在五轴联动的数控机床上中所指的叶片是单个叶片、也能是多个叶片同时安装在夹具上。
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