CN106514147B - 一种高温合金压气机叶片的型面精密加工方法 - Google Patents
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Abstract
一种高温合金压气机叶片的型面精密加工方法，属于压气机叶片加工技术领域。所述方法包括：确定加工工装；补偿加工模型；根据补偿加工模型对高温合金压气机叶片的型面进行精加工；在本发明中，通过选择精度更加准确的快换夹具夹持高温合金压气机叶片，并且合理地选用铣削高温合金压气机叶片不同区域的刀具，并对加工模型进行两次补偿得到多个补偿加工模型，并且根据不同的补偿加工模型进行编程得到的加工程序，加工不同次序的高温合金压气机叶片，并且根据加工完成的高温合金压气机叶片的厚度测量结果对每组刀具的长度进行补偿，提高了高温合金压气机叶片的叶身的型面轮廓度的精度、叶身与两块安装板的圆弧过度区域的型面轮廓度的精度。
Description
技术领域
本发明涉及压气机叶片加工技术领域，特别涉及一种高温合金压气机叶片的型面精密加工方法。
背景技术
压气机的转子叶片和静子叶片的材料多为高温合金，用以适应流经的高温高压气体，而高温合金材料有如下的加工特性：切削高温合金材料时所需的切削力较大，一般为加工钢材时所需的切削力的1.5～2倍；切削高温合金过程中的切削温度较高，在相同的条件下，切削高温合金时的切削温度为切削45号钢时的切削温度的1.5～2倍；切削高温合金时，刀具的磨损较为严重、包括机械磨损、粘结磨损、扩散磨损和氧化磨损均比较严重；切削过程中产生的加工硬化现象较为严重，已加工的表面硬化程度可以达到基体硬度的1.5～2倍，产生的切屑硬度和韧性均较高，使得切屑不易折断，造成切削过程中切屑的处理较为困难。
高温合金压气机叶片的叶身两端分别连接两块安装板，每块安装板均连接一个轴径，其中，叶身的两端与两块安装板均为圆弧过度连接。
目前，在加工高温合金压气机叶片型面时，分为半精加工和精加工，精加工的效果会直接影响压气机叶片型面的质量，由于高温合金材料有如上的加工特性，导致高温合金压气机叶片型面在精加工过程会遇到如下问题：经过精加工后的叶片型面的轮廓精度差，包括叶身的截面轮廓度精度差、叶身与两块安装板的圆弧过度区域轮廓度精度差；在加工过程中型面的加工变形大，例如加工过程中会产生叶身弯曲的现象；加工效率低；以及精加工过程中使用的刀具耐用度差等问题，使得高温合金压气机叶片的精加工过程较为困难。
发明内容
为了解决在现有的精加工高温合金压气机叶片过程中存在的问题，本发明提供了一种高温合金压气机叶片的型面精密加工方法，所述方法用于对高温合金压气机叶片的型面进行精加工，所述方法包括：
步骤1、确定加工工装：
步骤101、确定夹具，夹具包括两套快换夹具，两套快换夹具能够安装在机床上，两套快换夹具分别用于夹持高温合金压气机叶片的两个轴径；
步骤102、确定加工刀具，加工刀具包括第一刀具、第二刀具和第三刀具，其中，第一刀具、第二刀具和第三刀具作为加工高温合金压气机叶片的一组刀具；
第一刀具为球刀，直径为D2＝5mm，第一刀具用于铣削高温合金压气机叶片的第二安装板与叶身的圆弧过度区域的型面；
第二刀具为端刀，端齿和侧刃的转接半径为R，1mm≤R≤1.5mm，第二刀具的齿数为奇数且切削齿为非对称分布，第二刀具用于铣削高温合金压气机叶片的叶身型面；
第三刀具为锥形刀具，第三刀具的锥角为α，7°≤α≤8°，第三刀具用于铣削高温合金压气机叶片的叶身与第一安装板的圆弧过度区域的型面，第一安装板与叶身的圆弧过度区域的R角小于第二安装板与叶身的圆弧过度区域的R角；
步骤2、补偿加工模型：
步骤201、选定刀具组数N以及每组刀具加工的高温合金压气机叶片数量M，对每组刀具加工的高温合金压气机叶片从1至M进行标号，每组刀具均包括一个所述第一刀具、所述第二刀具和所述第三刀具，其中5≤N≤6，3≤M≤6；
步骤202、将所述两套快换夹具以及一组刀具安装在所述机床上，将高温合金压气机叶片安装在两套快换夹具上，根据理论三维模型进行编程得到的加工程序，使用一组刀具按照标号由小到大的顺序对高温合金压气机叶片的型面进行铣削加工，直至每组刀具均加工完M个高温合金压气机叶片；
步骤203、对加工完成的所有高温合金压气机叶片的任一截面边缘型面上的若干个点的坐标进行测量，并计算出每个高温合金压气机叶片的被测点的补偿值；
步骤204、对N组刀具加工的标号相同的高温合金压气机叶片的补偿值求平均值，得出M组补偿值，对每组补偿值进行标号，每组补偿值的标号与其对应的高温合金压气机叶片的标号相同；
步骤205、根据每一组补偿值分别对所述理论三维模型进行修改，得出M个第一次补偿加工模型，对M个第一次补偿加工模型进行标号，每个第一次补偿加工模型的标号与其对应的一组补偿值的标号相同；
步骤206、再次选定N组刀具，每组刀具均包括一个所述第一刀具、所述第二刀具和所述第三刀具，每组刀具加工M个高温合金压气机叶片，对每组刀具加工的高温合金压气机叶片从1至M进行标号；
步骤207、将一组刀具安装在所述机床上，将高温合金压气机叶片安装在两套所述快换夹具上，根据M个第一次补偿加工模型分别进行编程得到的加工程序，使用一组刀具按照标号由小到大的顺序对M个高温合金压气机叶片的型面进行铣削加工，每个第一次补偿加工模型对应加工与其标号相同的高温合金压气机叶片，直至每组刀具均加工完M个高温合金压气机叶片；
步骤208、对步骤207中加工完成的所有高温合金压气机叶片的任一截面边缘型面上的若干个点的坐标进行测量，并计算出每个高温合金压气机叶片的被测点的补偿值；
步骤209、对步骤208中的N组刀具加工的标号相同的高温合金压气机叶片的补偿值求平均值，再次得出M组补偿值，对每组补偿值进行标号，每组补偿值的标号与其对应的高温合金压气机叶片的标号相同；
步骤210、根据步骤209中的每一组补偿值分别对M个第一次补偿加工模型进行修改，每组补偿值对应修改与其标号相同的第一次补偿加工模型；得出M个标号从1至M第二次补偿加工模型；
步骤3、根据M个第二次补偿加工模型分别进行编程得到的加工程序对高温合金压气机叶片的型面进行精加工：
步骤301、将待加工的高温合金压气机叶片按照每组M个高温合金压气机叶片进行分组，并对每组高温合金压气机叶片从1至M进行标号；
步骤302、在机床上安装一组刀具，一组刀具包括一个所述第一刀具、所述第二刀具和所述第三刀具；
步骤303、选则一组高温合金压气机叶片，将标号为1的高温合金压气机叶片安装在两套所述快换夹具上，采用顺铣的加工方式，根据标号为1的第二次补偿加工模型进行编程得到的加工程序，对标号为1的高温合金压气机叶片的型面进行铣削加工，加工方向为从第二安装板至第一安装板的方向进行铣削加工；
步骤304、采用顺铣的加工方式，将标号为2的高温合金压气机叶片安装在两套所述快换夹具上，采用顺铣的加工方式，根据标号为2的第二次补偿加工模型进行编程得到的加工程序，对标号为2的高温合金压气机叶片的型面进行铣削加工，加工方向与步骤301中的加工方向相同；如此，每个第二次补偿加工模型对应加工与其标号相同的高温合金压气机叶片，直至将标号为M的高温合金压气机叶片铣削完毕；
步骤305、更换一组新的刀具，所述一组新的刀具包括一个所述第一刀具、所述第二刀具和所述第三刀具，重复步骤303至304，如此，每组刀具加工M个高温合金压气机叶片，直至加工完所有的高温合金压气机叶片。
所述方法还包括：
步骤4、刀具长度的补偿：
步骤401、采用三坐标测量机或者非接触式点光源光学测量设备对精加工完成的S组高温合金压气机叶片进行轮廓厚度的测量，并将测量数据传输给测量分析装置，其中S≥2；
步骤402、测量分析装置对每组不同标号的高温合金压气机叶片的测量结果进行记录；
步骤403、根据测量分析装置记录的测量结果，分别对S组高温合金压气机叶片中标号相同的高温合金压气机叶片的轮廓厚度与所需的轮廓厚度进行比较，得出S组标号为1至M的高温合金压气机叶片的轮廓厚度偏差值；
步骤404、根据S组标号为1至M的高温合金压气机叶片的轮廓厚度偏差值，分别在标号为1至M的第二次补偿加工模型对应的加工程序中增加所述第一刀具、所述第二刀具和所述第三刀具的长度补偿值。
在步骤2和步骤3中，对高温合金压气机叶片的型面进行铣削加工的加工方式为：
首先，使用所述第一刀具铣削高温合金压气机叶片的第二安装板与叶身的圆弧过度区域的型面；
其次，使用所述第二刀具铣削高温合金压气机叶片的叶身型面；
最后，使用所述第三刀具铣削高温合金压气机叶片的叶身与第一安装板的圆弧过度区域的型面。
在使用所述第一刀具铣削高温合金压气机叶片的第二安装板与叶身的圆弧过度区域的型面之前，检测所述第一刀具的长度。
在使用所述第二刀具铣削高温合金压气机叶片的叶身型面之前，检测所述第二刀具的长度。
使用所述第三刀具铣削高温合金压气机叶片的叶身与第一安装板的圆弧过度区域的型面之前，检测所述第三刀具的长度。
在步骤3中，所述每组刀具包括的第一刀具、第二刀具和第三刀具在铣削高温合金压气机叶片的型面时的线速度为VC，35m/min≤VC≤50m/min，第一刀具、第二刀具和第三刀具的每个切削齿的切削量为fz，0.05mm≤fz≤0.10mm。
在步骤3中，所述每组刀具包括的第一刀具、第二刀具和第三刀具对高温合金压气机叶片的型面的铣削深度为0.08～0.10mm。
所述第二刀具的齿数为7或者9。
在本发明中，通过选择精度更加准确的快换夹具夹持高温合金压气机叶片，并且合理地选用铣削高温合金压气机叶片不同区域的刀具，并对加工模型进行两次补偿得到多个补偿加工模型，并且根据不同的补偿加工模型进行编程得到的加工程序，加工不同次序的高温合金压气机叶片，并且根据加工完成的高温合金压气机叶片的厚度测量结果对每组刀具的长度进行补偿，提高了高温合金压气机叶片的叶身的型面轮廓度的精度、叶身与两块安装板的圆弧过度区域的型面廓度的精度，采用本发明中的方法可以使高温合金压气机叶片的轮廓度精度由0.10mm缩小到0.04mm，型面精铣效率提高20％，适用于采用高温合金材料制成的压气机的转子叶片和静子叶片。
附图说明
图1是本发明提供的高温合金压气机叶片的型面精密加工方法流程图；
图2是本发明提供的快换夹具夹持高温合金压气机叶片的结构示意图；
图3是本发明提供的高温合金压气机叶片的主视图。
其中，
1快换夹具；2高温合金压气机叶片的第二安装板与叶身的圆弧过度区域的型面；2高温合金压气机叶片的叶身型面；3高温合金压气机叶片的叶身与第一安装板的圆弧过度区域的型面。
具体实施方式
为了解决在现有的精加工高温合金压气机叶片过程中存在的问题，如图1所示，本发明提供了一种高温合金压气机叶片的型面精密加工方法，该方法用于对高温合金压气机叶片的型面进行精加工，方法包括：
步骤1、确定加工工装：
步骤101、确定夹具，如图2所示，夹具包括两套快换夹具1，两套快换夹具能够安装在机床上，两套快换夹具分别用于夹持高温合金压气机叶片的两个轴径，可以选择牌号为3R-651.7E-XS的快换夹具；
在本发明中，采用快换夹具对高温合金压气机叶片的两个轴径进行夹持，快换夹具可以可以快速安装在机床上，并且快换夹具可以自动对准，安装精度较高无需操作人员对夹具的的安装位置进行手动调整，无需对夹具进行跳动检测，不仅节省了换装时间，且大大提高了夹具的安装精度，进而可以提高后续对高温合金压气机叶片进行精加工的加工精度；同时，在现有技术中，只有一个轴径是夹持在夹具内，另一个轴径内设有顶尖结构配合孔，通过使用与顶尖结构配合孔相配合的顶尖结构顶紧高温合金压气机叶片，因此对高温合金压气机叶片产生的轴向力较大，会使高温合金压气机叶片产生弯曲变形，进而影响高温合金压气机叶片型面的轮廓精度，在本发明中，高温合金压气机叶片的两个轴径均是夹持在快换夹具内，因此减小了对高温合金压气机叶片的轴向力，避免高温合金压气机叶片产生弯曲变形。
步骤102、确定加工刀具，加工刀具包括第一刀具、第二刀具和第三刀具，其中，第一刀具、第二刀具和第三刀具作为加工高温合金压气机叶片的一组刀具；
第一刀具为球刀，直径为D2＝5mm，如图2和图3所示，第一刀具用于铣削高温合金压气机叶片的第二安装板与叶身的圆弧过度区域的型面2；
第二刀具为端刀，端齿和侧刃的转接半径为R，1mm≤R≤1.5mm，第二刀具的齿数为奇数且切削齿为非对称分布，如图2和图3所示，第二刀具用于铣削高温合金压气机叶片的叶身型面3；
现有技术中，采用四齿端刀对叶身型面进行铣削，其中，端齿和侧刃的转接半径为2mm，四个切削齿为对称分布，发明人发现在使用如上结构的四齿端刀在铣削叶身型面时会产生共振，如此使得高温合金压气机叶片的振幅较大，使得加工出的叶身型面的轮廓度精度差，且表面质量较差，而本发明中，通过采用刀具齿数为奇数且切削齿为非对称结构的端刀对叶身型面进行铣削，可以有效避免铣削过程中产生共振，优选地，第二刀具包括7个切削齿或者9个切削齿，由于切削齿的数量较多，且相对于现有技术采用转接半径更小的端刀，可以更好地保证叶身型面的表面质量，提高铣削精度，同时，采用7个切削齿或者9个切削齿可以在保证铣削精度的同时保证切削过程中的排屑效果，第二刀具的端齿和侧刃的转接角的分散度控制在0.02以内，保证切削过程中的稳定性以及加工出的型面的厚度。
第三刀具为锥形刀具，第三刀具的锥角为α，7°≤α≤8°，刀具的切削半径为1.5mm，如图2和图3所示，第三刀具用于铣削高温合金压气机叶片的叶身与第一安装板的圆弧过度区域的型面4；其中，第一安装板与叶身的圆弧过度区域的R角小于第二安装板与叶身的圆弧过度区域的R角；
在现有技术中，是采用半径为1.5mm的球刀对叶身与第一安装板的圆弧过度区域的型面进行铣削的，其中球刀为直杆刀具，因此，刀柄的直径为3mm，在铣削的过程中，非常容易产生震颤，使得铣削出的型面表面质量差，且由于刀柄的直径较小，使得刀具的刚性较差，而高温合金材料所需的切削力较大，使得加工的过程中极易出现断刀的现象，同时，在铣削叶身与第一安装板的圆弧过度区时，经常出现球刀对叶身区域产生干涉的现象，即在铣削叶身与第一安装板的圆弧过度区时，同时铣削到了叶身型面，进而影响叶身型面的轮廓度；在本发明中，采用锥型刀具来铣削叶身与第一安装板的圆弧过度区域的型面，而锥形刀具的切削齿在进行铣削动作时不会对叶身型面产生干涉，且锥形刀具的刀柄直径较大，减小了加工过程中的震颤，提高了加工出的型面的表面质量和精度，刀具的刚度也较大，加工过程中不易产生断刀的现象。
在本发明中，在将第一刀具、第二刀具和第三刀具装在机床上时，在保证不产生干涉的前提下，应尽量减小第一刀具、第二刀具和第三刀具的伸出长度，以保证第一刀具、第二刀具和第三刀具在加工过程中的刚性；第一刀具、第二刀具和第三刀具的材料应采用具有一定韧性的硬质合金材料，例如牌号为YG10的硬质合金材料，避免刀齿因材料的脆性较大而产生蹦齿的问题，也可选择对刀具进行涂层以增加刀具的切削性能，涂层材料为TiAlN。
步骤2、补偿加工模型：
步骤201、选定刀具组数N以及每组刀具加工的高温合金压气机叶片数量M，对每组刀具加工的高温合金压气机叶片从1至M进行标号，每组刀具均包括一个第一刀具、第二刀具和第三刀具，其中5≤N≤6，3≤M≤6；
每组刀具加工高温合金压气机叶片的过程中均会产生磨损，当刀具的磨损情况较为严重时，为了保证加工质量，则需要更换一组新的刀具，在对加工模型进行补偿时，可以根据加工经验来确定每组刀具加工的叶片数量，例如在本发明中，可以设定5组刀具进行试加工，每组刀具加工4个高温合金压气机叶片。
步骤202、将两套快换夹具以及一组刀具安装在机床上，将高温合金压气机叶片安装在两套快换夹具上，根据理论三维模型进行编程得到的加工程序，使用一组刀具按照标号由小到大的顺序对高温合金压气机叶片的型面进行铣削加工，直至每组刀具均加工完M个高温合金压气机叶片；
在本发明中，机床为五坐标加工中心，根据设计图纸构建理论三维模型，再根据理论三维模型进行编程，可以得到加工程序，根据设计图纸构建理论三维模型以及根据理论三维模型进行编程得到加工程序的过程属于现有技术。高温合金压气机叶片的标号代表加工顺序，根据加工程序，首先加工标号为1的高温合金压气机叶片，然后加工标号为2的高温合金压气机叶片，直至该组刀具加工完第4个高温合金压气机叶片；然后再使用一组新的刀具顺次加工标号为1、标号为2、标号为3、标号为4的刀具，直至5组刀具全部加工完4个高温合金压气机叶片。
在本发明中，对高温合金压气机叶片的型面进行铣削加工的加工方式为首先第一刀具铣削高温合金压气机叶片的第二安装板与叶身的圆弧过度区域的型面；其次，第二刀具铣削高温合金压气机叶片的叶身型面；最后，使用第三刀具铣削高温合金压气机叶片的叶身与第一安装板的圆弧过度区域的型面。此种加工方式为从第二安装板至第一安装板的方向进行铣削加工，对于高温合金压气机叶片来说，从第二安装板至第一安装板的方向，高温合金压气机叶片的刚性是逐渐增强的，因此，从刚性较弱的一侧向刚性较强的一侧进行铣削，可以保证切削部位的刚性。
在对高温合金压气机叶片的型面进行铣削加工的过程中，随着机床的不断运行，夹持刀具的主轴会产生热伸长效应，因此会使得主轴夹持的刀具对高温合金压气机叶片的铣削深度加深，因此可以在每组刀具的第一刀具、第二刀具以及第三刀具铣削高温合金压气机叶片之前，均利用自动刀具长度检测程序重测一下刀具长度，若检测出的刀具长度较长，则在加工的过程中，机床的控制系统会采用新测量的刀具长度对高温合金压气机叶片进行加工，以补偿因主轴热伸长带来的刀具长度的变化。
在本发明中，对高温合金压气机叶片进行精密铣削之前，还有一个半精铣过程，在半精铣过程中，为精密铣削过程留0.08～0.10mm的余量，使第一刀具、第二刀具和第三刀具对高温合金压气机叶片的型面的铣削深度为0.08～0.10mm，其中，每组刀具包括的第一刀具、第二刀具和第三刀具在铣削高温合金压气机叶片的型面时的线速度为VC，35m/min≤VC≤50m/min，第一刀具、第二刀具和第三刀具的每个切削齿的切削量为fz，0.05mm≤fz≤0.10mm。
在本发明中，第一刀具、第二刀具和第三刀具都采用顺铣的加工方式对高温合金压气机叶片进行铣削，降低了刀具的磨损，减小了被加工型面的表面粗糙度，提高了铣削质量。
在本发明中，为了防止第一刀具在高温合金压气机叶片的加工区域与第二刀具在高温合金压气机叶片的加工区域的交界位置产生段差，以及防止第二刀具在高温合金压气机叶片的加工区域与第三刀具在高温合金压气机叶片的加工区域的交界位置产生段差，在加工程序中将接刀方式设定为“坡度”接刀，保证三个刀具加工的不同区域的交界位置光滑过渡，不产生凸点或者凹陷。
步骤203、对加工完成的所有高温合金压气机叶片的任一截面边缘型面上的若干个点的坐标进行测量，并计算出每个高温合金压气机叶片的被测点的补偿值；
在本发明中，可以采用三坐标测量机测量高温合金压气机叶片的任一截面边缘型面上的4个点的坐标，如前文所述，N设定为5，M设定为4，即设定了5组刀具，每组刀具加工4个高温合金压气机叶片，计算出每个高温合金压气机叶片的被测点的补偿值，如表1所示，1组～5组表示5组刀具，标号1～标号4表示每组刀具加工的高温合金压气机叶片的标号，点1～点4表示测量的高温合金压气机叶片截面边缘型面上的4个点，得出所有标号为1的高温合金压气机叶片的4个点的补偿值，得出所有标号为2的高温合金压气机叶片的四个点的补偿值，以及所有标号为3、标号为4的高温合金压气机叶片的四个点的补偿值。
步骤204、对N组刀具加工的标号相同的高温合金压气机叶片的补偿值求平均值，得出M组补偿值，对每组补偿值进行标号，每组补偿值的标号与其对应的高温合金压气机叶片的标号相同；
在本发明中，分别对每组标号相同的高温合金压气机叶片的补偿值求平均值，以标号为1的5个高温合金压气机叶片举例，对标号为1的5组叶片的点1的补偿值求平均值得到A01＝(A11+A21+A31+A41+A51)/5，如此得到了标号为1的点1的平均补偿值，再分别计算出点2、点3以及点4的平均补偿值，因此得出了标号为1的高温合金压气机叶片的4个点的平均补偿值，如此采相同的方法，得出标号为2、标号为3以及标号为4的高温合金压气机叶片的4个点的平均补偿值，即得出了4组补偿值，对每组补偿值进行标号，每组补偿值的标号与其对应的高温合金压气机叶片的标号相同，即将(A01、B01、C01、D01)标记为第一组补偿值，将(A02、B02、C02、D02)标记为第二组补偿值，将(A03、B03、C03、D03)标记为第三组补偿值，将(A04、B04、C04、D04)标记为第四组补偿值。
表1高温合金压气机叶片补偿值
步骤205、根据每一组补偿值分别对理论三维模型进行修改，得出M个第一次补偿加工模型，对M个第一次补偿加工模型进行标号，每个第一次补偿加工模型的标号与其对应的一组补偿值的标号相同；
在本发明中，所有标号为1的叶片均为不同组刀具加工的第一个叶片，所有标号为2的叶片均为不同组刀具加工的第二个叶片，所有标号为3的叶片均为不同组刀具加工的第三个叶片，所有标号为4的叶片均为不同组刀具加工的第四个叶片，每组刀具在从第一个叶片加工到第四个叶片的过程中，磨损程度是逐渐增大的，因此每组刀具加工的标号相同的叶片的型面的变化趋势是相同的，即每组刀具加工的标号为1的叶片的型面的轮廓均与所需的轮廓最为接近，随着刀具的磨损，后面加工出的叶片的型面的轮廓与所需的轮廓相差的偏差会越来越大，因此，根据4组补偿值分别对理论三维模型进行修改得到4个第一次补偿加工模型，每个第一次补偿加工模型的标号与其对应的一组补偿值的标号相同，即根据第一组补偿值对理论三维模型进行修改得到标号为1的第一次补偿加工模型，根据第二组补偿值对理论三维模型进行修改得到标号为2的第一次补偿加工模型，根据第三组补偿值对理论三维模型进行修改得到标号为3的第一次补偿加工模型，根据第四组补偿值对理论三维模型进行修改得到标号为4的第一次补偿加工模型，其中，标号为1的第一次补偿加工模型用于不同组的刀具加工第一个高温合金压气机叶片，标号为2的第一次补偿加工模型用于不同组的刀具加工第二个高温合金压气机叶片，标号为3的第一次补偿加工模型用于不同组的刀具加工第三个高温合金压气机叶片，标号为4的第一次补偿加工模型用于不同组的刀具加工第四个高温合金压气机叶片。
步骤206、再次选定N组刀具，每组刀具均包括一个第一刀具、第二刀具和第三刀具，每组刀具加工M个高温合金压气机叶片，对每组刀具加工的高温合金压气机叶片从1至M进行标号；
在本发明中，为了得到更加精确的补偿模型，可以对4个第一次补偿加工模型进行一次补偿工作，此时可以再选定5组刀具，每组刀具加工4个高温合金压气机叶片，并对每组刀具加工的4个高温合金压气机叶片从1至4进行标号。
步骤207、将一组刀具安装在机床上，将高温合金压气机叶片安装在两套快换夹具上，根据M个第一次补偿加工模型分别进行编程得到的加工程序，使用一组刀具按照标号由小到大的顺序对M个高温合金压气机叶片的型面进行铣削加工，每个第一次补偿加工模型对应加工与其标号相同的高温合金压气机叶片，直至每组刀具均加工完M个高温合金压气机叶片；
选择一组刀具，将标号为1的高温合金压气机叶片安装在快换夹具上，对每个第一次补偿加工模型均进行编程，得到每个第一次补偿加工模型对应的加工程序，根据标号为1的第一次补偿加工模型对应的加工程序对高温合金压气机叶片进行铣削加工，然后将标号为2的高温合金压气机叶片安装在快换夹具上，根据标号为2的第一次补偿加工模型对应的加工程序对高温合金压气机叶片进行铣削加工，直至该组刀具使用标号为4第一次补偿加工模型对应的加工程序加工完标号为4的高温合金压气机叶片，如此将5组刀具均加工完4个高温合金压气机叶片。
步骤208、对步骤207中加工完成的所有高温合金压气机叶片的任一截面边缘型面上的若干个点的坐标进行测量，并计算出每个高温合金压气机叶片的被测点的补偿值；
该步骤与步骤203的方法相同，可以采用三坐标测量机测量高温合金压气机叶片的任一截面边缘型面上的4个点的坐标，得出所有标号为1的高温合金压气机叶片的4个点的补偿值，得出所有标号为2的高温合金压气机叶片的四个点的补偿值，以及所有标号为3、标号为4的高温合金压气机叶片的四个点的补偿值，在此不再重复叙述。
步骤209、对步骤208中的N组刀具加工的标号相同的高温合金压气机叶片的补偿值求平均值，再次得出M组补偿值，对每组补偿值进行标号，每组补偿值的标号与其对应的高温合金压气机叶片的标号相同；
该步骤与步骤204的方法相同，对5组刀具加工的标号相同的高温合金压气机叶片的补偿值求平均值，再次得出了4组补偿值，分别为第一组补偿值、第二组补偿值、第三组补偿值和第四组补偿值。
步骤210、根据步骤209中的每一组补偿值分别对M个第一次补偿加工模型进行修改，每组补偿值对应修改与其标号相同的第一次补偿加工模型；得出M个标号从1至M第二次补偿加工模型；
根据步骤209中的第一组补偿值对标号为1的第一次补偿加工模型进行修改，得到标号为1的第二次补偿加工模型；根据步骤209中的第二组补偿值对标号为2的第一次补偿加工模型进行修改，得到标号为2的第二次补偿加工模型；根据步骤209中的第三组补偿值对标号为3的第一次补偿加工模型进行修改，得到标号为3的第二次补偿加工模型；根据步骤209中的第四组补偿值对标号为4的第一次补偿加工模型进行修改，得到标号为4的第二次补偿加工模型。
步骤3、根据M个第二次补偿加工模型分别进行编程得到的加工程序对高温合金压气机叶片的型面进行精加工：
在本发明中，根据两次的试铣削过程对理论加工模型补偿后得到了M个第一次补偿加工模型，即可根据每个第二次补偿加工模型对应的加工程序对高温合金压气机叶片的型面进行精加工。
步骤301、将待加工的高温合金压气机叶片按照每组M个高温合金压气机叶片进行分组，并对每组高温合金压气机叶片从1至M进行标号；
如前所述进行的举例，在补偿加工模型的过程中，得出了标号为1～4的四个第二次补偿加工模型，则可以将待加工的高温合金压气机叶片按照每组4个进行分组，并对4个高温合金压气机叶片从1～4进行标号。
若根据实际情况，在采用本发明中的方法补偿加工模型的过程中，得出了标号为1～5的五个第二次补偿加工模型，则可以将待加工的高温合金压气机叶片按照每组5个进行分组。
步骤302、在机床上安装一组刀具，一组刀具包括一个第一刀具、第二刀具和第三刀具；
步骤303、选则一组高温合金压气机叶片，将标号为1的高温合金压气机叶片安装在两套快换夹具上，采用顺铣的加工方式，根据标号为1的第二次补偿加工模型进行编程得到的加工程序，对标号为1的高温合金压气机叶片的型面进行铣削加工，加工方向为从第二安装板至第一安装板的方向进行铣削加工；
步骤304、采用顺铣的加工方式，将标号为2的高温合金压气机叶片安装在两套快换夹具上，采用顺铣的加工方式，根据标号为2的第二次补偿加工模型进行编程得到的加工程序，对标号为2的高温合金压气机叶片的型面进行铣削加工，加工方向与步骤301中的加工方向相同；如此，每个第二次补偿加工模型对应加工与其标号相同的高温合金压气机叶片，直至将标号为M的高温合金压气机叶片铣削完毕；
本发明中得出了标号为1～4的四个第二次补偿加工模型，因此，直至使用标号为4的第二次补偿加工模型进行编程得到的加工程序对标号为4的高温合金压气机叶片加工完成后，即完成了一组刀具的铣削过程。
对高温合金压气机叶片的型面进行铣削加工的加工方式也是为首先第一刀具铣削高温合金压气机叶片的第二安装板与叶身的圆弧过度区域的型面；其次，第二刀具铣削高温合金压气机叶片的叶身型面；最后，使用第三刀具铣削高温合金压气机叶片的叶身与第一安装板的圆弧过度区域的型面。且在每组刀具的第一刀具、第二刀具以及第三刀具铣削高温合金压气机叶片之前，均利用自动刀具长度检测程序重测一下刀具长度，以补偿因主轴热伸长带来的刀具长度的变化。其中，第一刀具、第二刀具以及第三刀具对高温合金压气机叶片的型面的铣削深度为0.08～0.10mm，第一刀具、第二刀具以及第三刀具的每个切削齿的切削量为fz，0.05mm≤fz≤0.10mm，加工程序中的接刀方式设定为“坡度”接刀。
步骤305、更换一组新的刀具，该一组新的刀具包括一个第一刀具、第二刀具和第三刀具，重复步骤303至304，如此，每组刀具加工M个高温合金压气机叶片，直至加工完所有的高温合金压气机叶片。
在本发明中，每组刀具在加工高温合金压气机叶片的过程中会逐渐的产生磨损，随着加工的高温合金压气机叶片的数量不断增多，刀具的磨损是逐渐严重的，因此，加工出的高温合金压气机叶片的轮廓厚度会整体变大，因此，可以对加工完的高温合金压气机叶片进行轮廓厚度的测量，根据测量结果在加工程序中对刀具长度进行补偿，增加加工程序中刀具长度的设定值，以使磨损的刀具加大切削深度，进而避免由于刀具的磨损而导致的轮廓厚度整体变厚的现象发生，如此可以进一步提高加工精度。因此，本发明还可以包括：
步骤4、刀具长度的补偿：
步骤401、采用三坐标测量机或者非接触式点光源光学测量设备对精加工完成的S组高温合金压气机叶片进行轮廓厚度的测量，并将测量数据传输给测量分析装置，其中S≥2；
例如，若S＝2，则在加工完两组高温合金压气机叶片后，对该两组高温合金压气机叶片的轮廓厚度进行测量，测量设备与测量分析装置连接，测量分析装置上安装有数据测量分析软件，在测量的过程中，测量设备会将测量数据传输给测量分析装置。
步骤402、测量分析装置对每组不同标号的高温合金压气机叶片的测量结果进行记录；
测量分析装置将两组不同标号的高温合金压气机叶片的测量结果全部记录下来。即记录下第一组标号为1、标号为2、标号为3以及标号为4的高温合金压气机叶片的轮廓厚度，记录下第二组标号为1、标号为2、标号为3以及标号为4的高温合金压气机叶片的轮廓厚度，其中由于两组刀具都是按照标号1、标号2、标号3以及标号4的顺序对高温合金压气机叶片进行铣削加工，随着铣削过程的进行，刀具的磨损逐渐加大，从标号1至标号4的高温合金压气机叶片的轮廓厚度是逐渐增大的。
步骤403、根据测量分析装置记录的测量结果，分别对S组高温合金压气机叶片中标号相同的高温合金压气机叶片的轮廓厚度与所需的轮廓厚度进行比较，得出S组标号为1至M的高温合金压气机叶片的轮廓厚度偏差值；
根据步骤402中的测量结果，对两组不同标号的高温合金压气机叶片的轮廓厚度与所需的轮廓厚度进行比较，得出第一组标号为1、标号为2、标号为3以及标号为4的高温合金压气机叶片的轮廓厚度与所需的轮廓厚的偏差值，以及第二组标号为1、标号为2、标号为3以及标号为4的高温合金压气机叶片的轮廓厚度与所需的轮廓厚的偏差值。
步骤404、根据S组标号为1至M的高温合金压气机叶片的轮廓厚度偏差值，分别在标号为1至M的第二次补偿加工模型对应的加工程序中增加第一刀具、第二刀具和第三刀具的长度补偿值。
若两组中的某一相同标号的高温合金压气机叶片的轮廓厚度的偏差值超出了允许偏差值的范围，例如允许偏差值为0.02mm，若发现两组中的标号为4的高温合金压气机叶片的轮廓厚度的偏差值均大于0.02mm，则每组刀具加工的第四个高温合金压气机叶片的轮廓厚度可能均会超差，因此，可以在标号为4的第二次补偿加工模型对应的加工程序增大第一刀具、第二刀具和第三刀具的长度补偿值，如此，在每组刀具加工第四个高温合金压气机叶片时，均会增大铣削深度，以克服刀具磨损造成的无法铣削到位的问题，在本发明中，当高温合金压气机叶片的轮廓厚度的偏差值没有超出允许偏差值的范围时，也可以根据步骤403得出的轮廓度偏差值对第一刀具、第二刀具和第三刀具的长度进行补偿，例如步骤403得出的轮廓度偏差值与允许偏差值较为接近时，加工人员可以根据加工经验合理地对第一刀具、第二刀具和第三刀具的长度进行补偿，尽量保证高温合金压气机叶片的轮廓厚度处在允许的最大轮廓厚度和最小轮廓厚度之间。
在本发明中，通过选择精度更加准确的快换夹具夹持高温合金压气机叶片，并且合理地选用铣削高温合金压气机叶片不同区域的刀具，并对加工模型进行两次补偿得到多个补偿加工模型，并且根据不同的补偿加工模型进行编程得到的加工程序，加工不同次序的高温合金压气机叶片，并且根据加工完成的高温合金压气机叶片的厚度测量结果对每组刀具的长度进行补偿，提高了高温合金压气机叶片的叶身的型面轮廓度的精度、叶身与两块安装板的圆弧过度区域的型面廓度的精度，采用本发明中的方法可以使高温合金压气机叶片的轮廓度精度由0.10mm缩小到0.04mm，型面精铣效率提高20％，适用于采用高温合金材料制成的压气机的转子叶片和静子叶片。
Claims (9)
1.一种高温合金压气机叶片的型面精密加工方法，其特征在于，所述方法用于对高温合金压气机叶片的型面进行精加工，所述方法包括：
步骤1、确定加工工装：
步骤101、确定夹具，夹具包括两套快换夹具，两套快换夹具能够安装在机床上，两套快换夹具分别用于夹持高温合金压气机叶片的两个轴径；
步骤102、确定加工刀具，加工刀具包括第一刀具、第二刀具和第三刀具，其中，第一刀具、第二刀具和第三刀具作为加工高温合金压气机叶片的一组刀具；
第一刀具为球刀，直径为D2＝5mm，第一刀具用于铣削高温合金压气机叶片的第二安装板与叶身的圆弧过度区域的型面；
第二刀具为端刀，端齿和侧刃的转接半径为R，1mm≤R≤1.5mm，第二刀具的齿数为奇数且切削齿为非对称分布，第二刀具用于铣削高温合金压气机叶片的叶身型面；
第三刀具为锥形刀具，第三刀具的锥角为α，7°≤α≤8°，第三刀具用于铣削高温合金压气机叶片的叶身与第一安装板的圆弧过度区域的型面，第一安装板与叶身的圆弧过度区域的R角小于第二安装板与叶身的圆弧过度区域的R角；
步骤2、补偿加工模型：
步骤201、选定刀具组数N以及每组刀具加工的高温合金压气机叶片数量M，对每组刀具加工的高温合金压气机叶片从1至M进行标号，每组刀具均包括一个所述第一刀具、所述第二刀具和所述第三刀具，其中5≤N≤6，3≤M≤6；
步骤202、将所述两套快换夹具以及一组刀具安装在所述机床上，将高温合金压气机叶片安装在两套快换夹具上，根据理论三维模型进行编程得到的加工程序，使用一组刀具按照标号由小到大的顺序对高温合金压气机叶片的型面进行铣削加工，直至每组刀具均加工完M个高温合金压气机叶片；
步骤203、对加工完成的所有高温合金压气机叶片的任一截面边缘型面上的若干个点的坐标进行测量，并计算出每个高温合金压气机叶片的被测点的补偿值；
步骤204、对N组刀具加工的标号相同的高温合金压气机叶片的补偿值求平均值，得出M组补偿值，对每组补偿值进行标号，每组补偿值的标号与其对应的高温合金压气机叶片的标号相同；
步骤205、根据每一组补偿值分别对所述理论三维模型进行修改，得出M个第一次补偿加工模型，对M个第一次补偿加工模型进行标号，每个第一次补偿加工模型的标号与其对应的一组补偿值的标号相同；
步骤206、再次选定N组刀具，每组刀具均包括一个所述第一刀具、所述第二刀具和所述第三刀具，每组刀具加工M个高温合金压气机叶片，对每组刀具加工的高温合金压气机叶片从1至M进行标号；
步骤207、将一组刀具安装在所述机床上，将高温合金压气机叶片安装在两套所述快换夹具上，根据M个第一次补偿加工模型分别进行编程得到的加工程序，使用一组刀具按照标号由小到大的顺序对M个高温合金压气机叶片的型面进行铣削加工，每个第一次补偿加工模型对应加工与其标号相同的高温合金压气机叶片，直至每组刀具均加工完M个高温合金压气机叶片；
步骤208、对步骤207中加工完成的所有高温合金压气机叶片的任一截面边缘型面上的若干个点的坐标进行测量，并计算出每个高温合金压气机叶片的被测点的补偿值；
步骤209、对步骤208中的N组刀具加工的标号相同的高温合金压气机叶片的补偿值求平均值，再次得出M组补偿值，对每组补偿值进行标号，每组补偿值的标号与其对应的高温合金压气机叶片的标号相同；
步骤210、根据步骤209中的每一组补偿值分别对M个第一次补偿加工模型进行修改，每组补偿值对应修改与其标号相同的第一次补偿加工模型；得出M个标号从1至M第二次补偿加工模型；
步骤3、根据M个第二次补偿加工模型分别进行编程得到的加工程序对高温合金压气机叶片的型面进行精加工：
步骤301、将待加工的高温合金压气机叶片按照每组M个高温合金压气机叶片进行分组，并对每组高温合金压气机叶片从1至M进行标号；
步骤302、在机床上安装一组刀具，一组刀具包括一个所述第一刀具、所述第二刀具和所述第三刀具；
步骤303、选则一组高温合金压气机叶片，将标号为1的高温合金压气机叶片安装在两套所述快换夹具上，采用顺铣的加工方式，根据标号为1的第二次补偿加工模型进行编程得到的加工程序，对标号为1的高温合金压气机叶片的型面进行铣削加工，加工方向为从第二安装板至第一安装板的方向进行铣削加工；
步骤304、采用顺铣的加工方式，将标号为2的高温合金压气机叶片安装在两套所述快换夹具上，采用顺铣的加工方式，根据标号为2的第二次补偿加工模型进行编程得到的加工程序，对标号为2的高温合金压气机叶片的型面进行铣削加工，加工方向与步骤301中的加工方向相同；如此，每个第二次补偿加工模型对应加工与其标号相同的高温合金压气机叶片，直至将标号为M的高温合金压气机叶片铣削完毕；
步骤305、更换一组新的刀具，所述一组新的刀具包括一个所述第一刀具、所述第二刀具和所述第三刀具，重复步骤303至304，如此，每组刀具加工M个高温合金压气机叶片，直至加工完所有的高温合金压气机叶片。
2.根据权利要求1所述的一种高温合金压气机叶片的型面精密加工方法，其特征在于，所述方法还包括：
步骤4、刀具长度的补偿：
步骤401、采用三坐标测量机或者非接触式点光源光学测量设备对精加工完成的S组高温合金压气机叶片进行轮廓厚度的测量，并将测量数据传输给测量分析装置，其中S≥2；
步骤402、测量分析装置对每组不同标号的高温合金压气机叶片的测量结果进行记录；
步骤403、根据测量分析装置记录的测量结果，分别对S组高温合金压气机叶片中标号相同的高温合金压气机叶片的轮廓厚度与所需的轮廓厚度进行比较，得出S组标号为1至M的高温合金压气机叶片的轮廓厚度偏差值；
步骤404、根据S组标号为1至M的高温合金压气机叶片的轮廓厚度偏差值，分别在标号为1至M的第二次补偿加工模型对应的加工程序中增加所述第一刀具、所述第二刀具和所述第三刀具的长度补偿值。
3.根据权利要求1所述的一种高温合金压气机叶片的型面精密加工方法，其特征在于，在步骤2和步骤3中，对高温合金压气机叶片的型面进行铣削加工的加工方式为：
首先，使用所述第一刀具铣削高温合金压气机叶片的第二安装板与叶身的圆弧过度区域的型面；
其次，使用所述第二刀具铣削高温合金压气机叶片的叶身型面；
最后，使用所述第三刀具铣削高温合金压气机叶片的叶身与第一安装板的圆弧过度区域的型面。
4.根据权利要求3所述的一种高温合金压气机叶片的型面精密加工方法，其特征在于，在使用所述第一刀具铣削高温合金压气机叶片的第二安装板与叶身的圆弧过度区域的型面之前，检测所述第一刀具的长度。
5.根据权利要求3所述的一种高温合金压气机叶片的型面精密加工方法，其特征在于，在使用所述第二刀具铣削高温合金压气机叶片的叶身型面之前，检测所述第二刀具的长度。
6.根据权利要求3所述的一种高温合金压气机叶片的型面精密加工方法，其特征在于，使用所述第三刀具铣削高温合金压气机叶片的叶身与第一安装板的圆弧过度区域的型面之前，检测所述第三刀具的长度。
7.根据权利要求1至6任一项权利要求所述的一种高温合金压气机叶片的型面精密加工方法，其特征在于，在步骤3中，所述每组刀具包括的第一刀具、第二刀具和第三刀具在铣削高温合金压气机叶片的型面时的线速度为VC，35m/min≤VC≤50m/min，第一刀具、第二刀具和第三刀具的每个切削齿的切削量为fz，0.05mm≤fz≤0.10mm。
8.根据权利要求1至6任一项权利要求所述的一种高温合金压气机叶片的型面精密加工方法，其特征在于，在步骤3中，所述每组刀具包括的第一刀具、第二刀具和第三刀具对高温合金压气机叶片的型面的铣削深度为0.08～0.10mm。
9.根据权利要求1至6任一项权利要求所述的一种高温合金压气机叶片的型面精密加工方法，其特征在于，所述第二刀具的齿数为7或者9。
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| CN106514147A (zh) | 2017-03-22 |
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