CN106363374B - 一种压气机转子叶片型面的数控加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种压气机转子叶片型面的数控加工方法，包括叶片的夹持，铣削刀具的选择，叶片的铣削方式和叶片的铣削顺序，所述叶片的后端夹持采用拉紧夹持；所述铣削刀具选用圆柱刀；所述叶片的铣削方式为螺旋环绕铣削；所述叶片的铣削顺序为先切边，接着铣叶身，再铣缘板最后清根。本发明减少了加工中的变形，保证了叶片的几何精度和位置精度，提高了刀具的使用寿命和叶片表面的完整性，同时提高了加工效率，解决了过切和刀路紊乱的问题。
Description
技术领域
本发明涉及压气机转子叶片型面的数控加工方法，属于特殊零件的机械加工领域。
背景技术
航空发动机叶片是技术密集，高投入，高风险的产品，对航空发动机工作的安全性和可靠性产生直接影响。压气机是航空发动机的最关键的部件之一，对发动机推重比、寿命、可靠性、安全性、维护性等均有直接的影响。
国外先进航空发动机企业对于压气机叶片加工，具有较为先进的成熟的型面精密锻造、型面精密辊轧、精密电解、电火花加工、型面精密数控铣削、型面精密数控磨削、型面自动光整抛光等技术。但是，这些先进制造技术一直作为其国家的核心机密，很少对外报导，对我国科研人员更是严密封锁。因此对国外航空发动机叶片先进加工工艺了解不多。
压气机转子叶片叶身薄，形状扭曲，前后缘圆弧半径小，型面精度要求高，数控加工时容易变形；而且叶片材料通常是高温合金、钛合金或者不锈钢材料，加工过程中刀具磨损快；导致叶片几何精度和位置精度无法保证。
目前国内压气机转子叶片的型面加工，主要有磨削加工、电解加工、数控铣削加工三种，都是对锻造毛坯的去余量加工，而叶身型面的数控加工存在加工易变形，刀具易磨损，前后缘圆弧不易保证等问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种压气机转子叶片型面的数控加工方法，解决压气机转子叶片型面难以实现精密数控加工的问题。
本发明的技术方案如下：
一种压气机转子叶片型面的数控加工方法，包括叶片的夹持，铣削刀具的选择，叶片的铣削方式和叶片的铣削顺序，所述叶片的后端夹持采用拉紧夹持；所述铣削刀具选用圆柱刀；所述叶片的铣削方式为螺旋环绕铣削，即铣刀围绕叶片螺旋地从叶尖往叶根方向铣削，环绕轴线为机床水平旋转轴，螺旋步距一般为0.5mm，叶盆叶背一起加工，减小单面加工时加工变形；所述叶片的铣削顺序为先切边，接着铣叶身，再铣缘板最后清根。
所述螺旋环绕铣削的第一圈采用分层环绕切削方式进给，减少第一圈刀具满刃切削受到的切削抗力。
所述缘板铣削时，分粗精铣两次铣削，先用大直径的球头刀去除大部分余量，再用小直径的球头刀精加工。
一种夹持叶片的装置，包括用于夹紧叶片一端榫头的卡盘，以及用于夹紧叶片的工艺轴颈的弹簧夹头，弹簧夹头与气缸相连。叶片一端通过卡盘夹紧叶片榫头定位，另一端使用弹簧夹头夹紧叶片的工艺轴颈来拉紧，减小加工变形。
综上，本发明的改进效果体现在以下方面：
1）由于叶片薄，刚性差，通过改进现有的装夹方式为后端拉紧，减小加工变形。
2）改变单面铣削的加工方式，采用螺旋环绕的铣削方式加工，从而减小加工过程中的变形。
3）采用合适的加工顺序，即先切边，接着铣叶身，再铣缘板最后清根，逐步均匀地去除叶身余量，减小刀具受力和加工变形。
4）采用合适的刀具，选用合适的加工参数进行加工，在提高效率的同时又保证了叶片的表面质量。
本发明一方面通过装夹方式、加工方式、加工顺序的改变，减少了加工中的变形，保证了叶片的几何精度和位置精度；另一方面是通过选择合适的刀具和参数的优化提高了刀具的使用寿命和叶片表面的完整性，同时提高了加工效率。
附图说明
图1是本发明的叶片装夹示意图；
图2是某型机五级转子叶片的加工参数表。
具体实施方式
如图1所示，为本发明中压气机转子叶片的装夹方式，一端用卡盘1夹紧叶片2榫头3定位，另一端通过连接气缸5的弹簧夹头4夹住叶片2工艺轴颈辅助拉紧，用圆柱铣刀切边，去除叶片2前后缘的余量，再用圆柱铣刀螺旋铣削叶身，球头刀粗精铣缘板，最后再用球头刀螺旋铣削叶片2根部。
具体来说，本发明给出的数控加工方法如下：
1、根据叶型曲率半径，确定刀具半径，在曲率半径允许的条件下，尽可能选用圆柱刀，增大刀具加工步距，提高加工效率，例如某型机三级转子叶片，叶片表面纵向最小曲率半径为11mm，选用直径10mm，下半径1mm的圆柱铣刀。
2、针对叶身与缘板转接R处（图1中叶片2左端叶身根部处）毛坯余量大的问题，在程序上采用粗精分层加工，先用大直径的球头刀去除大部分余量，再用小直径的球头刀精加工，减少刀具抗力，提高刀具寿命。
3、根据毛坯余量、零件材料及使用的刀具直径、刃数，计算出合适的主轴转速和切削进给，并根据实际加工情况进行微调，最终固化加工参数，保持加工稳定性。
以加工某型机五级转子叶片为例，材料为高温合金，毛坯余量为单面0.6～1mm。采用三把刀具，刀具为带涂层的硬质合金刀，如图2所示为其工艺参数表，计算参数如下：
每齿吃刀量fz=F/S*Z；
刀具线速度Vc=π*D*S/1000，D为刀具直径，单位：mm。
4、为减少叶身第一刀满齿切削的切削抗力，采用分层环绕切削的进给方式，就是定义在理论型面上有1～2mm的余量，分3～5圈螺旋向下切削，减少第一圈刀具满刃切削受到的切削抗力，减小对刀刃的损伤，提高刀具的耐用度。
5、目前，大部分叶片铣叶身在机床上安装时，一端通过榫头3固定在装在卡盘1的夹具上，另一端通过工艺凸台上的顶尖孔用顶尖顶紧，这样的装夹方式容易使叶片2在加工后产生变形。为了减少变形，将后端顶尖顶的方式改为气动的“拉杆”来拉紧即通过圆形的工艺凸台使用弹簧夹头4来拉紧（图1中，卡盘1安装在机床主旋转轴上，另一端气缸5连接在机床副旋转轴上，两个旋转轴同步旋转），变顶力为拉力，减小加工变形。
6、改变原来的加工顺序，由先切边，接着铣叶身，再清根最后铣缘板改为先切边，接着铣叶身，再铣缘板最后清根，这样可以避免清根时由于根部R处余量大造成挤刀，在叶身上挤出沟壑。
Claims (3)
1.一种压气机转子叶片型面的数控加工方法，包括叶片（2）的夹持，铣削刀具的选择，叶片（2）的铣削方式和叶片（2）的铣削顺序，其特征在于：
所述叶片（2）的后端夹持采用拉紧夹持；
所述铣削刀具选用圆柱刀；
所述叶片（2）的铣削方式为螺旋环绕铣削, 所述螺旋环绕铣削为铣刀围绕叶片（2）螺旋地从叶尖往叶根方向铣削，环绕轴线为机床水平旋转轴，步距为0.5mm；
所述叶片（2）的铣削顺序为先切边，接着铣叶身，再铣缘板最后清根。
2.根据权利要求1所述的一种压气机转子叶片型面的数控加工方法，其特征在于：所述螺旋环绕铣削的第一圈采用分层环绕切削方式进给。
3.根据权利要求1所述的一种压气机转子叶片型面的数控加工方法，其特征在于：所述缘板铣削时，先用大直径的球头刀去除大部分余量，再用小直径的球头刀精加工。
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