CN108817488A - 整体叶盘复合数控铣削双立柱机床精度校准方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种整体叶盘复合数控铣削双立柱机床精度校准方法,用于解决现有整体叶盘复合数控铣削双立柱机床加工精度差的技术问题。技术方案是分别对盘铣和插铣进行开槽加工,然后采用三坐标测量机测量各个槽的形状位置公差,以理论值与测量值做对比,从而判定盘铣加工和插铣加工的精度是否符合要求,以此为基础进行精度校准。本发明分别对盘铣装置以及插铣和侧铣装置进行加工精度的校准,使得整体叶盘复合数控铣削双立柱机床的整体加工精度提高90%以上,从而保证了整体叶盘的加工精度,进而使得使用该机床加工整体叶盘的安全性和可靠性得到保证,最终使得整体叶盘的加工效率提高3‑4倍。
Description
技术领域
本发明属于航空发动机整体叶盘机械加工领域,特别涉及一种整体叶盘复合数控铣削双立柱机床精度校准方法。
背景技术
整体叶盘通道的加工主要依赖进口的五坐标机床,且只能进行插铣或侧铣加工。由于加工工艺及装备相对成熟,机床的加工精度较高,无需进行精度校准即可保证整体叶盘的加工精度。整体叶盘复合数控铣削双立柱机床为国内科研团队自主研发的装备,首次将盘铣工艺应用于整体叶盘的开槽加工,并相应地研发了盘铣工艺装备,机床采用国内华中数控系统,大量的零部件都由国内生产制造。综合以上因素,该机床的加工精度与国外设备还具有一定的差距。加工前必须进行精度校准才能保证整体叶盘的加工精度。
整体叶盘是高推重比、高性能发动机的核心部件,也是航空航天、国防、能源、动力等领域重大装备实现减重、增效和改善性能的关键零件。但由于其结构复杂、通道窄、开敞性差等,使其制造技术属于国际性难题。
国内在整体叶盘加工方面普遍采用并依赖进口的通用五坐标机床插铣加工,难以满足整体叶盘零件的高效低成本制造要求。尤其在其粗加工阶段,加工过程使用的刀具规格多且刀具磨损严重,导致加工周期长、效率低,成本居高不下。国外新研整体叶盘加工工艺与装备技术对我国实行严密技术封锁。大量国内整体叶盘加工经验表明:现有整体叶盘粗加工装备与工艺技术已经成为整体叶盘工程化批量生产中实现高效、低成本制造的瓶颈问题。资料显示,某新型航空发动机一级风扇整体叶盘的制造,开槽粗加工材料去除量约占90%,使用高精度和高成本的进口通用五坐标加工中心,即使采用先进的插铣工艺技术,开槽粗加工仍需约40~50天时间。加工效率极其低下,已经很难适应国内航空发动机的批量化生产需求,严重制约我国新一代航空发动机技术进步和自主创新,限制我国航空工业跨越式发展和国民经济的可持续发展。因此,国内相关高校及企业开展整体叶盘复合数控铣削加工工艺及装备技术研究,并开发出整体叶盘复合数控铣削双立柱铣床,该机床采用双立柱结构,将盘铣装置安装在一个立柱上,插铣、侧铣装置则安装在另一个立柱上,该机床可提高整体叶盘加工效率3-4倍,满足航空发动机批量化生产的需要,从而推动我国航空工业的跨越式发展。整体叶盘在高温、高压、高转速的恶劣环境下工作,对加工精度的要求非常高。要加工出高精度的零件,相应的加工设备的精度必须得到保证。
发明内容
为了克服现有整体叶盘复合数控铣削双立柱机床加工精度差的不足,本发明提供一种整体叶盘复合数控铣削双立柱机床精度校准方法。该方法分别对盘铣和插铣进行开槽加工,然后采用三坐标测量机测量各个槽的形状位置公差,以理论值与测量值做对比,从而判定盘铣加工和插铣加工的精度是否符合要求,以此为基础进行精度校准。本发明分别对盘铣装置以及插铣和侧铣装置进行加工精度的校准,使得整体叶盘复合数控铣削双立柱机床的整体加工精度提高90%以上,从而保证了整体叶盘的加工精度,进而使得使用该机床加工整体叶盘的安全性和可靠性得到保证,最终使得整体叶盘的加工效率提高3-4倍。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案:一种整体叶盘复合数控铣削双立柱机床精度校准方法,其特点是包括以下步骤:
步骤一、将整体叶盘5装夹在旋转工作台6上,沿X轴机床导轨9和Y轴机床导轨14移动至盘铣装置2沿第二Z轴机床导轨25上下可移动的行程内,盘铣装置2沿第二Z轴机床导轨25下降到盘铣刀3接触到整体叶盘5的高度,盘铣装置2带动盘铣刀3旋转,进行盘铣开槽加工。进行第一个竖槽A1A4-B1B4的切削,待第一个竖槽加工完成,旋转工作台6带动整体叶盘5旋转10°,进行第二个竖槽C1C4-D1D4的切削,待第二个坚槽切削完毕,盘铣装置2带动盘铣刀3沿第二Z轴机床导轨25上升退刀,之后盘铣装置2带动盘铣刀3沿B轴向下旋转90°,进行横槽A2D2-A3D3的切削,待横槽A2D2-A3D3切削完成后,盘铣装置2带动盘铣刀3沿第二Z轴机床导轨25上升退刀。
步骤二、旋转工作台6带动整体叶盘5沿X轴机床导轨9和Y轴机床导轨14移动到插铣和侧铣装置15沿第一Z轴机床导轨19上下可移动的行程内,旋转工作台6沿C轴旋转90°,避开盘铣开槽的位置。插铣和侧铣装置15沿第一Z轴机床导轨19下降到电主轴16接触到整体叶盘5的位置,插铣和侧铣装置15带动电主轴16沿A轴适时旋转,进行L型槽ACFGI-BDEH的插铣加工。待插铣加工完毕,插铣和侧铣装置15沿第一Z轴机床导轨19上升退刀,整个加工过程完成。
步骤三、采用三坐标测量机测量盘铣开槽的形状和位置误差,以此来校准盘铣的加工精度。
测量线条A1D1所在平面与线条A3D3所在平面之间的平行度,两平面之间的平行度的合格标准为±0.15mm。
测量线条A1D1所在平面与线条A3D3所在平面之间的距离,测量值与理论值的误差不超过±0.15mm判定为合格。
测量盘铣槽宽,即线段A2A3的长度,测量值与理论值的误差不超过±0.15mm判定为合格。
任选一个竖槽的一个侧面,这里选择侧面A1B1,测量侧面A1B1沿厚度方向的垂直度,垂直度的合格标准为±0.15mm。
测量两个竖槽A1A4-B1B4和C1C4-D1D4的对心度,即两个竖槽切深方向是否指向工件圆心。此项的合格标准为0°,不允许有误差。
测量两个竖槽A1A4-B1B4和C1C4-D1D4之间的角度,其中模型中为10°。此项的合格标准为0°,不允许有误差。
步骤四、采用三坐标测量机测量插铣开槽的形状和位置误差,以此来校准插铣的加工精度。
测量线条AB所在平面与线条GI所在平面的平行度,两平面之间的平行度的合格标准为±0.15mm。
测量厚度方向的浅槽ABCD槽深,即线段AC或线段BD的长度。测量值与理论值之间的误差不超过±0.15mm。
测量线条AF所在平面沿工件厚度方向上的垂直度。垂直度的合格标准为±0.15mm。
O是工件圆心,测量浅槽QMRN关于线条OS的对称度,即线条QM与线条RN沿中心线OS的对称度。对称度的合格标准为±0.15mm。
测量线段OP的长度,P为浅槽的最深点。测量值与理论值的误差不超过±0.15mm。
测量线条MN距离圆心O的距离。测量值与理论值的误差不超过±0.15mm。
本发明的有益效果是:该方法分别对盘铣和插铣进行开槽加工,然后采用三坐标测量机测量各个槽的形状位置公差,以理论值与测量值做对比,从而判定盘铣加工和插铣加工的精度是否符合要求,以此为基础进行精度校准。本发明分别对盘铣装置以及插铣和侧铣装置进行加工精度的校准,使得整体叶盘复合数控铣削双立柱机床的整体加工精度提高90%以上,从而保证了整体叶盘的加工精度,进而使得使用该机床加工整体叶盘的安全性和可靠性得到保证,最终使得整体叶盘的加工效率提高3-4倍。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。
附图说明
图1是本发明方法所针对的整体叶盘复合数控铣削双立柱机床的结构示意图。
图2是本发明方法中盘铣加工精度验证示意图。其中图2(a)是盘铣开槽加工精度验证整体图;图2(b)是盘铣开槽加工精度验证主视图;图2(c)是盘铣开槽加工精度验证俯视图。
图3是本发明方法中插铣加工精度验证示意图。其中图3(a)是插铣开槽加工精度验证整体图;图3(b)是插铣开槽加工精度验证主视图;图3(c)是插铣开槽加工精度验证俯视图。
图中,1-盘铣立柱,2-盘铣装置;3-盘铣刀;4-插铣和侧铣立柱;5-整体叶盘,6-旋转工作台;9-X轴机床导轨;14-Y轴机床导轨;15-插铣和侧铣装置;16-电主轴;19-第一Z轴机床导轨;25-第二Z轴机床导轨。
具体实施方式
参照图1-3。本发明整体叶盘复合数控铣削双立柱机床精度校准方法具体步骤如下:
整体叶盘复合数控铣削双立柱机床采用双立柱结构,X轴机床导轨9和Y轴机床导轨14呈十字型结构。盘铣立柱1和插铣和侧铣立柱4通过螺钉安装紧固在地面上。插铣和侧铣装置15通过螺钉安装在插铣和侧铣立柱4上,可沿第一Z轴机床导轨19上下移动。盘铣装置2通过螺钉安装在盘铣立柱1上,可沿第二Z轴机床导轨25上下移动。旋转工作台6用螺钉安装在Y轴机床导轨14上。
同时该机床具有三个旋转轴A、B、C,其中A轴行程:-15°~105°,B轴行程:-180°~180°,C轴行程:0°~360°;
具体的精度校准步骤:
步骤一、将整体叶盘5装夹在旋转工作台6上,沿X轴机床导轨9和Y轴机床导轨14移动至盘铣装置2沿第二Z轴机床导轨25上下可移动的行程内,盘铣装置2沿第二Z轴机床导轨25下降到盘铣刀3接触到整体叶盘5的高度,盘铣装置2带动盘铣刀3旋转,进行盘铣开槽加工。进行第一个竖槽A1A4-B1B4的切削,待第一个竖槽加工完成,旋转工作台6带动整体叶盘5旋转10°,进行第二个竖槽C1C4-D1D4的切削,待第二个坚槽切削完毕,盘铣装置2带动盘铣刀3沿第二Z轴机床导轨25上升退刀,之后盘铣装置2带动盘铣刀3沿B轴向下旋转90°,进行横槽A2D2-A3D3的切削,待横槽A2D2-A3D3切削完成后,盘铣装置2带动盘铣刀3沿第二Z轴机床导轨25上升退刀。
步骤二、旋转工作台6带动整体叶盘5沿X轴机床导轨9和Y轴机床导轨14移动到插铣和侧铣装置15沿第一Z轴机床导轨19上下可移动的行程内,旋转工作台6沿C轴旋转90°,避开盘铣开槽的位置。插铣和侧铣装置15沿第一Z轴机床导轨19下降到电主轴16接触到整体叶盘5的位置,插铣和侧铣装置15带动电主轴16沿A轴适时旋转,进行L型槽ACFGI-BDEH的插铣加工。待插铣加工完毕,插铣和侧铣装置15沿第一Z轴机床导轨19上升退刀,整个加工过程完成。
步骤三、采用三坐标测量机测量盘铣开槽的形状和位置误差,以此来校准盘铣的加工精度。
测量线条A1D1所在平面与线条A3D3所在平面之间的平行度,两平面之间的平行度的合格标准为±0.15mm。
测量线条A1D1所在平面与线条A3D3所在平面之间的距离,测量值与理论值的误差不超过±0.15mm判定为合格。
测量盘铣槽宽,即线段A2A3的长度,测量值与理论值的误差不超过±0.15mm判定为合格。
任选一个竖槽的一个侧面,这里选择侧面A1B1,测量侧面A1B1沿厚度方向的垂直度,垂直度的合格标准为±0.15mm。
测量两个竖槽A1A4-B1B4和C1C4-D1D4的对心度,即两个竖槽切深方向是否指向工件圆心。此项的合格标准为0°,不允许有误差。
测量两个竖槽A1A4-B1B4和C1C4-D1D4之间的角度,其中模型中为10°。此项的合格标准为0°,不允许有误差。
步骤四、采用三坐标测量机测量插铣开槽的形状和位置误差,以此来校准插铣的加工精度。
测量线条AB所在平面与线条GI所在平面的平行度,两平面之间的平行度的合格标准为±0.15mm。
测量厚度方向的浅槽ABCD槽深,即线段AC或线段BD的长度。测量值与理论值之间的误差不超过±0.15mm。
测量线条AF所在平面沿工件厚度方向上的垂直度。垂直度的合格标准为±0.15mm。
O是工件圆心,测量浅槽QMRN关于线条OS的对称度,即线条QM与线条RN沿中心线OS的对称度。对称度的合格标准为±0.15mm。
测量线段OP的长度,P为浅槽的最深点。测量值与理论值的误差不超过±0.15mm。
测量线条MN距离圆心O的距离。测量值与理论值的误差不超过±0.15mm。
经过以上四个步骤,整体叶盘复合铣削双立柱机床加工精度校准验证过程结束。
Claims (1)
1.一种整体叶盘复合数控铣削双立柱机床精度校准方法,其特征在于包括以下步骤:
步骤一、将整体叶盘(5)装夹在旋转工作台(6)上,沿X轴机床导轨(9)和Y轴机床导轨(14)移动至盘铣装置(2)沿第二Z轴机床导轨(25)上下移动的行程内,盘铣装置(2)沿第二Z轴机床导轨(25)下降到盘铣刀(3)接触到整体叶盘(5)的高度,盘铣装置(2)带动盘铣刀(3)旋转,进行盘铣开槽加工;进行第一个竖槽A1A4-B1B4的切削,待第一个竖槽加工完成,旋转工作台(6)带动整体叶盘(5)旋转10°,进行第二个竖槽C1C4-D1D4的切削,待第二个坚槽切削完毕,盘铣装置(2)带动盘铣刀(3)沿第二Z轴机床导轨(25)上升退刀,之后盘铣装置(2)带动盘铣刀(3)沿B轴向下旋转90°,进行横槽A2D2-A3D3的切削,待横槽A2D2-A3D3切削完成后,盘铣装置(2)带动盘铣刀(3)沿第二Z轴机床导轨(25)上升退刀;
步骤二、旋转工作台(6)带动整体叶盘(5)沿X轴机床导轨(9)和Y轴机床导轨(14)移动到插铣和侧铣装置(15)沿第一Z轴机床导轨(19)上下可移动的行程内,旋转工作台(6)沿C轴旋转90°,避开盘铣开槽的位置;插铣和侧铣装置(15)沿第一Z轴机床导轨(19)下降到电主轴(16)接触到整体叶盘(5)的位置,插铣和侧铣装置(15)带动电主轴(16)沿A轴适时旋转,进行L型槽ACFGI-BDEH的插铣加工;待插铣加工完毕,插铣和侧铣装置(15)沿第一Z轴机床导轨(19)上升退刀,整个加工过程完成;
步骤三、采用三坐标测量机测量盘铣开槽的形状和位置误差,以此来校准盘铣的加工精度;
测量线条A1D1所在平面与线条A3D3所在平面之间的平行度,两平面之间的平行度的合格标准为±0.15mm;
测量线条A1D1所在平面与线条A3D3所在平面之间的距离,测量值与理论值的误差不超过±0.15mm判定为合格;
测量盘铣槽宽,即线段A2A3的长度,测量值与理论值的误差不超过±0.15mm判定为合格;
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