CN106216748B - 开式整体叶盘叶片铣削加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种开式整体叶盘叶片铣削加工方法，包括：流道开粗：通过球头铣刀侧刃点加工，从整体叶盘毛坯的每个流道中间向该流道左右两侧相邻的叶片交替进行铣削，使前缘角、后缘角及叶身留有均匀、相等的精加工余量；叶片型面精加工：首先，从叶片的端部开始在叶片深度方向上逐层进行半精加工，每层在叶片深度方向上的半精加工包括在叶片横截面方向上的M层半精铣，当叶片深度方向上的半精加工进行L层后开始从叶片的端部进行N层叶片深度方向上的精加工，之后，半精加工和精加工循环交替进行，即每进行一层叶片深度方向上的半精加工后进行N层叶片深度方向上的精加工，当最后一层半精加工完成后，继续进行精加工至完成整个叶片型面的加工。

Description

开式整体叶盘叶片铣削加工方法
技术领域
本发明属于航空发动机开式整体叶盘数控铣削加工制造技术，涉及一种开式整体叶盘叶片铣削加工方法。
背景技术
20世纪80年代中期，西方航空发动机制造强国为满足研制新型高性能、高推重比航空发动机的需求，设计出一种创新性核心结构------整体叶盘。整体叶盘是将传统分离的转子叶片和轮盘做成一个整体，省去了传统连接用的榫头、榫槽和锁紧装置，减少了结构重量和零件数量，避免了榫头气流损失，使发动机结构大为简化，性能和可靠性进一步提高。整体叶盘具有叶片薄、扭曲度大、叶展长、受力易变性、叶片间的通道窄而深、开敞性差等结构特点，而且整体叶盘毛坯材料一般采用钛合金和高温合金等难加工材料，从而决定了整体叶盘的可加工性极差。
目前，国内外广泛采用五轴数控铣削方法来加工整体叶盘。但是由于整体叶盘叶片结构复杂、加工精度要求高、叶片型面为空间自由曲面等原因，加工过程中易出现变形、颤纹、分段加工易出现接刀痕从而使加工精度达不到设计要求。因此，需要探索新型工艺方法来满足要求。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种开式整体叶盘叶片铣削加工方法，以满足整体叶盘叶片设计要求。
本发明提出的一种开式整体叶盘叶片铣削加工方法，它包括以下步骤：
a.流道开粗：通过球头铣刀侧刃点加工，从整体叶盘毛坯的每个流道中间向该流道左右两侧相邻的叶片交替进行铣削，在流道开粗过程中既铣削流道部分的材料，又切除前缘角和后缘角部分的材料，使前缘角、后缘角及叶片的叶身留有均匀、相等的叶片型面精加工余量；
b.叶片型面精加工：包括半精加工和精加工，首先，从叶片的端部开始，在叶片深度方向上逐层进行半精加工，每层在叶片深度方向上的半精加工包括在叶片横截面方向上的M层半精铣，当叶片深度方向上的半精加工进行L层后开始从叶片的端部进行N层叶片深度方向上的精加工，每层在叶片深度方向上的精加工包括在叶片横截面方向上的P层精铣，之后，半精加工和精加工循环交替进行，即每进行一层叶片深度方向上的半精加工后进行N层叶片深度方向上的精加工，半精加工的深度始终大于精加工的深度，当最后一层半精加工完成后，继续进行精加工至完成整个叶片型面的加工，L、M、N、P均为整数且≥1。
进一步地，铣刀采用硬质合金锥形球头铣刀。
进一步地，流道开粗时，第一刀为满刀切削，进给量小于设定的标准铣削值。
进一步地，流道开粗中，前缘角、后缘角及叶身留有的叶片型面精加工余量为2mm～5mm。
进一步地，叶片型面精加工中，半精加工为精加工均匀留有0.2mm～ 0.5mm的余量。
进一步地，整体叶盘毛坯采用锻造毛坯。
进一步地，P＝1。
本发明开式整体叶盘叶片铣削加工方法，在流道开粗完成后，整个叶片型面仍保留有相当大的精铣余量，因此整个对叶片型面精加工的过程仍不属于薄壁件加工范畴，在整体叶盘叶片型面精加工过程中，采用半精加工与精加工混合的加工策略，即流道开粗完成后，先进行一段半精加工，然后半精加工与精加工交替铣削，直至完成整个切削过程，半精加工和精加工的交替循环进行可以很好地保证整个加工过程叶片具有足够的刚性，可以克服加工过程中叶片的变形和由于叶片刚性不足造成的颤纹现象，同时可以避免现有加工方法中分段加工产生的接刀痕问题。
采用本发明的技术方案针对开式整体叶盘弱刚性叶片的铣削加工而提出，可以使加工的整体叶盘叶片满足设计的要求，本发明的技术方案是整体叶盘数控铣削工艺中的关键性技术。本发明既可以被广泛应用在整体叶盘(铝合金、不锈钢、钛合金和高温合金整体叶盘)叶片铣削加工过程中，也可以应用到其他薄壁大悬伸零件的加工过程中。实践证明本发明中的技术方案是航空发动机整体叶盘叶片成型的关键技术，在提高整体叶盘加工质量和加工效率方面有显著效果，并且产生了巨大地经济效益。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1为本发明开式整体叶盘叶片铣削加工方法中流道开粗的结构及刀具轨迹示意图，其视图方向为从叶尖(即叶片端部)往轮毂方向；
图2为本发明开式整体叶盘叶片铣削加工方法中叶片型面精加工的及刀具轨迹结构示意图，其视图方向为从叶尖(即叶片端部)往轮毂方向；
图3为本发明开式整体叶盘叶片铣削加工方法中叶片型面精加工的及刀具轨迹结构示意图，其视图方向为从前缘角往后缘角方向；
其中：1-叶片；2、前缘角；3、后缘角；4、叶身；5、流道开粗刀具轨迹；6、半精加工刀具轨迹；7、精加工刀具轨迹；8、轮毂；9、围带。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例：一种开式整体叶盘叶片铣削加工方法，它包括以下步骤：
a.流道开粗：通过球头铣刀侧刃点加工，从整体叶盘毛坯的每个流道中间向该流道左右两侧相邻的叶片交替进行铣削，从而去除整体叶盘毛坯的大部分材料。优选地，整体叶盘毛坯采用锻造毛坯。
流道开粗时，第一刀为满刀切削，进给量小于设定的标准铣削值。结合快铣的加工思想：小吃刀量、大进给、大转速，以提高流道开粗的加工效率。
在流道开粗过程中既铣削流道部分的材料，又切除前缘角和后缘角部分的材料，使前缘角、后缘角及叶片的叶身留有均匀、相等的叶片型面精加工余量。在一种更为优选的实施方案中，前缘角、后缘角及叶身留有的叶片型面精加工余量为2mm～5mm。
b.叶片型面精加工：包括半精加工和精加工。
首先，从叶片的端部开始，在叶片深度方向上逐层进行半精加工，每层在叶片深度方向上的半精加工包括在叶片横截面方向上的M层半精铣。半精加工为精加工均匀留有0.2mm～0.5mm的余量。需要说明的是，叶片横截面即为与图1和图2中的纸面所在平面相平行的平面，叶片深度方向为图3中的空心箭头所示方向。
当叶片深度方向上的半精加工进行L层后开始从叶片的端部进行N层叶片深度方向上的精加工，每层在叶片深度方向上的精加工包括在叶片横截面方向上的P层精铣。
之后，半精加工和精加工循环交替进行，即每进行一层叶片深度方向上的半精加工后进行N层叶片深度方向上的精加工，也就是说，进行L+1层叶片深度方向上的半精加工后进行第N+1层至第2N层叶片深度方向上的精加工，再进行L+2层叶片深度方向上的半精加工后进行第2N+1层至第3N层叶片深度方向上的精加工，再进行L+3层叶片深度方向上的半精加工后进行第3N+1层至第4N层叶片深度方向上的精加工，依次类推。半精加工的深度始终大于精加工的深度，也就是说，无论何时，半精加工的累计加工深度始终要比精加工的累计加工深度要深。
当最后一层半精加工完成后，继续进行精加工至完成整个叶片型面的加工。上述的L、M、N、P均为整数且≥1，其中P优选为1。
如附图1至附图3所示的本实施例中，流道开粗为叶片表面均匀留有 2.25mm余量，半精铣余量为2mm。每层在叶片深度方向上的半精加工包括在叶片横截面方向上的3层半精铣，每层在叶片深度方向上的精加工只在叶片横截面方向上进行1层精铣，可参照附图2。当叶片深度方向上的半精加工进行4层后开始从叶片的端部(叶尖部位)进行3层叶片深度方向上的精加工。之后，每进行一层叶片深度方向上的半精加工后进行3层叶片深度方向上的精加工。当最后一层半精加工完成后，继续进行精加工至完成整个叶片型面的加工。需要说明的是，在附图3中，每3层叶片深度方向上的精加工刀具轨迹中有1层精加工刀具轨迹 (即第1层、第4层、第7层、第10层、第13层……)与之前进行的半精加工刀具轨迹在该视图方向
上重合(被半精加工刀具轨迹所遮挡)。
在一种更为优选的实施方案中，铣刀采用硬质合金锥形球头铣刀。硬质合金锥形球头铣刀相比普通球头铣刀具有更好地刚性，在防止加工过程中的让刀现象效果明显。
本开式整体叶盘叶片铣削加工方法，在流道开粗完成后，整个叶片型面仍保留有相当大的精铣余量，因此整个对叶片型面精加工的过程仍不属于薄壁件加工范畴，在整体叶盘叶片型面精加工过程中，采用半精加工与精加工混合的加工策略，即流道开粗完成后，先进行一段半精加工，然后半精加工与精加工交替铣削，直至完成整个切削过程，半精加工和精加工的交替循环进行可以很好地保证整个加工过程叶片具有足够的刚性，可以克服加工过程中叶片的变形和由于叶片刚性不足造成的颤纹现象，同时可以避免现有加工方法中分段加工产生的接刀痕问题。
采用本发明的技术方案针对开式整体叶盘弱刚性叶片的铣削加工而提出，可以使加工的整体叶盘叶片满足设计的要求，本发明的技术方案是整体叶盘数控铣削工艺中的关键性技术。本发明既可以被广泛应用在整体叶盘(铝合金、不锈钢、钛合金和高温合金整体叶盘)叶片铣削加工过程中，也可以应用到其他薄壁大悬伸零件的加工过程中。实践证明本发明中的技术方案是航空发动机整体叶盘叶片成型的关键技术，在提高整体叶盘加工质量和加工效率方面有显著效果，并且产生了巨大地经济效益。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种开式整体叶盘叶片铣削加工方法，其特征在于：它包括以下步骤：
a.流道开粗：通过球头铣刀侧刃点加工，从整体叶盘毛坯的每个流道中间向该流道左右两侧相邻的叶片交替进行铣削，在流道开粗过程中既铣削流道部分的材料，又切除叶片的前缘角和后缘角部分的材料，使前缘角、后缘角及叶片的叶身留有均匀、相等的叶片型面精加工余量；
b.叶片型面精加工：包括半精加工和精加工，首先，从叶片的端部开始，在叶片深度方向上逐层进行所述的半精加工，每层在叶片深度方向上的所述半精加工包括在叶片横截面方向上的M层半精铣，当叶片深度方向上的半精加工进行L层后开始从叶片的端部进行N层叶片深度方向上的所述精加工，每层在叶片深度方向上的所述精加工包括在叶片横截面方向上的P层精铣，之后，半精加工和精加工循环交替进行，即每进行一层叶片深度方向上的半精加工后进行N层叶片深度方向上的精加工，所述的半精加工的深度始终大于精加工的深度，当最后一层半精加工完成后，继续进行精加工至完成整个叶片型面的加工，所述的L、M、N、P均为整数且≥1。
2.根据权利要求1所述的开式整体叶盘叶片铣削加工方法，其特征在于：所述的铣刀采用硬质合金锥形球头铣刀。
3.根据权利要求1所述的开式整体叶盘叶片铣削加工方法，其特征在于：所述的流道开粗中，前缘角、后缘角及叶身留有的叶片型面精加工余量为2mm～5mm。
4.根据权利要求1所述的开式整体叶盘叶片铣削加工方法，其特征在于：所述的叶片型面精加工中，半精加工为精加工均匀的留有0.2mm～0.5mm的余量。
5.根据权利要求1所述的开式整体叶盘叶片铣削加工方法，其特征在于：所述的整体叶盘毛坯采用锻造毛坯。
6.根据权利要求1所述的开式整体叶盘叶片铣削加工方法，其特征在于：所述的P＝1。
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