CN109062136B - 一种基于在线测量的闭式叶轮加工接刀痕控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于在线测量的闭式叶轮加工接刀痕控制方法，首先保证加工叶片前的零件形位公差要求，安装找正后进行正反开粗加工，之后通过自然时效释放应力，补偿数控机床零点后再次安装零件，测量零件中心位置，同样在A0和C0状态下测量销孔中心位置；然后确定零件角向值及零件中心的初始位置角；假设叶片总数为N，通过G代码将机床坐标系寄存器中的X轴、Y轴数值分别设定为X1,n、Y1,n，调用设定的寄存器作为程序坐标零点，进行反面叶片型面的精加工；翻转工件采用相同方法进行正面精加工。本发明综合考虑了装夹偏差、应力变形、零件形位公差对叶片接刀影响，显著提高叶轮或叶盘加工的接刀精度。

Description

一种基于在线测量的闭式叶轮加工接刀痕控制方法
技术领域
本发明涉及一种加工控制方法，具体涉及一种针对闭式叶轮加工接刀痕迹的控制方法，属于数控加工技术领域。
背景技术
航空发动机被视为工业皇冠上的明珠，而叶轮/叶盘则是航空发动机制造中难度最大的零件之一，叶轮加工水平的高低很大程度上代表了一个国家的五轴数控加工能力的强弱。在发动机或者燃气轮机设计中，为了达到一定的性能指标，有些叶轮被设计成闭式叶轮/叶盘，即除了所有叶片的叶根部位由内轮毂连接外，每个叶片的叶尖部位也由外轮毂而连接在一起。在进行这类叶轮加工时，除了存在由于叶片型面复杂带来的五轴编程困难、对机床和操作人员要求高等等问题外，还有一个较大的难点——即接刀痕难以控制。因为相比于开式叶轮/叶盘，闭式叶轮/叶盘的结构特点导致刀具空间可达性更差，往往需要采用分别从正反两面进刀的方式来完成加工。不可避免的，两部分加工型面对接位置将会存在一条接刀痕迹。接刀痕迹的存在既影响到产品外观，同时还会对叶轮的工作性能产生一定的影响。因而采取有效措施控制接刀痕的大小具有重要意义。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种基于在线测量的闭式叶轮加工接刀痕控制方法，综合考虑了装夹偏差、应力变形、零件形位公差对叶片接刀影响，显著提高叶轮或叶盘加工的接刀精度。
一种基于在线测量的闭式叶轮加工接刀痕控制方法，该方法的实现步骤如下：
步骤一、通过磨削工序，保证正反端面平行度在0.01mm以内；之后通过车削保证外圆与端面垂直度在0.02mm以内；
步骤二、安装并找正工装，保证与零件贴合的工装端面跳动在0.005mm以内；
步骤三、安装并找正零件,利用零件上的销孔定出零件角向，并进行正反两面开粗加工；
步骤四、将粗加工后的零件拆下并放置2-3天进行自然时效；
步骤五、开始精加工前校准五轴数控机床各轴零点；
步骤六、将自然时效后的零件安装到工装上，与使其反面朝上并保证零件端面与工装端面紧密贴合；利用测头和机床自带测量外圆中心功能测量零件中心位置；同样在A0和C0状态下，利用机床自带测孔中心功能测量销孔中心位置；
步骤七、确定零件角向值θ及零件中心的初始位置角α；
步骤八、假设叶片总数为N，当销孔位于X轴正向方向时被加工叶片序号记为1，沿工件逆时针方向叶片序号依次为2，3，4……N在宏程序中计算加工第n个叶片所需要的工件坐标系零点在机床坐标系中的位置；
步骤九、通过G代码将机床坐标系寄存器中的X轴、Y轴数值分别设定为X1,n、Y1,n，并将该寄存器C轴数值设置为：
Figure BDA0001714789650000021
步骤十、调用步骤九中设定的寄存器作为程序坐标零点，使用机床的RTCP功能，进行反面第n个叶片型面的精加工；
步骤十一、如果n<N，n＝n+1，重复步骤九和步骤十，直至完成零件反面所有叶片的精加工；
步骤十二、翻转工件，采用与步骤六至步骤十一的方法，采用G代码逐片确定程序坐标零点所使用的寄存器数值，进行正面精加工(其中当工件正面朝上固定好后，销孔位于X轴正向方向时被加工叶片序号仍然记为1，按照逆时针顺序重新对叶片进行编号)。
进一步地，所述步骤七中角向值θ及零件中心的初始位置角α的计算公式为：
Figure BDA0001714789650000031
Figure BDA0001714789650000032
进一步地，所述步骤八中第n个叶片所需要的工件坐标系零点在机床坐标系中的位置计算公式如下：
Figure BDA0001714789650000033
Figure BDA0001714789650000034
其中，N为叶片总片数，n为待加工叶片序号。
有益效果：
本发明充分利用了机床自带探针式测头的在线检测功能，简化了零件找正工作量，方法方便、快捷，具有较高的工作效率。同时本发明所给出的步骤综合考虑了装夹偏差、应力变形、零件形位公差对叶片接刀影响，能够显著提高闭式叶轮/叶盘加工过程的接刀精度。
附图说明
图1为闭式叶轮的结构示意图
图2为A0、C0状态下，零件及销孔中心示意图
图3为叶片的编号示意图
图4为本发明的方法实现流程图
其中，1—叶片；2—外轮毂；3—内轮毂；4—销孔；5—机床坐标系X轴正向；6—机床坐标系Y轴正向；7—机床坐标系原点；8—零件中心；9—销孔中心；10—零件与销孔中心连线与机床X轴角度θ；11—零件中心初始位置角α12—编号为1的叶片；13—编号为n的叶片；14—编号为n+1的叶片。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
如附图4所示，本发明提供了一种基于在线测量的闭式叶轮加工接刀痕控制方法，该方法的实现步骤如下：
步骤一、通过磨削工序，保证正反端面平行度在0.01mm以内；之后通过车削保证外圆与端面垂直度在0.02mm以内；
步骤二、安装并找正工装，保证与零件贴合的工装端面跳动在0.005mm以内；
步骤三、安装并找正零件,利用零件上的销孔定出零件角向，并进行正反两面开粗加工；
步骤四、将粗加工后的零件拆下并放置2-3天进行自然时效；
步骤五、开始精加工前校准五轴数控机床各轴零点；
步骤六、如附图2所示，将自然时效后的零件安装到工装上，与使其反面朝上并保证零件端面与工装端面紧密贴合；在A0(使工作台水平的A轴角度记为A0)和C0(机床坐标系中C轴角度为0处)状态下，利用测头和机床自带测量外圆中心功能测量零件中心位置，记为X1、Y1；同样在A0和C0状态下，利用机床自带测孔中心功能测量销孔中心位置，记为X2、Y2；
步骤七、利用如下公式计算角度值，确定零件角向(零件与销孔中心连线与机床X轴角度，以θ表示)及零件中心的初始位置角(以α表示)：
Figure BDA0001714789650000051
Figure BDA0001714789650000052
步骤八、假设叶片总数为N，当销孔位于X轴正向方向时被加工叶片序号记为1，沿工件逆时针方向叶片序号依次为2，3，4……N在宏程序中计算加工第n个叶片所需要的工件坐标系零点在机床坐标系中的位置，计算公式如下：
Figure BDA0001714789650000061
Figure BDA0001714789650000062
其中，N为叶片总片数，n为待加工叶片序号，如附图3所示；
步骤九、通过G代码将机床坐标系寄存器(例如G54)中的X轴、Y轴数值分别设定为X1,n、Y1,n，并将该寄存器C轴数值设置为：
Figure BDA0001714789650000063
步骤十、调用步骤九中设定的寄存器作为程序坐标零点，使用机床的RTCP功能，进行反面第n个叶片型面的精加工；
步骤十一、如果n<N，n＝n+1，重复步骤九和步骤十，直至完成零件反面所有叶片的精加工；
步骤十二、翻转工件，采用与步骤六至步骤十一的方法，采用G代码逐片确定程序坐标零点所使用的寄存器数值，进行正面精加工(其中当工件正面朝上固定好后，销孔位于X轴正向方向时被加工叶片序号仍然记为1，按照逆时针顺序重新对叶片进行编号)。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于在线测量的闭式叶轮加工接刀痕控制方法，其特征在于，该方法的实现步骤如下：
步骤一、通过磨削工序，保证正反端面平行度在0.01mm以内；之后通过车削保证外圆与端面垂直度在0.02mm以内；
步骤二、安装并找正工装，保证与零件贴合的工装端面跳动在0.005mm以内；
步骤三、安装并找正零件,利用零件上的销孔定出零件角向，并进行正反两面开粗加工；
步骤四、将粗加工后的零件拆下并放置2-3天进行自然时效；
步骤五、开始精加工前校准五轴数控机床各轴零点；
步骤六、将自然时效后的零件安装到工装上，与使其反面朝上并保证零件端面与工装端面紧密贴合；在使工作台水平的A轴角度记为A0和使机床坐标系中C轴角度为0处的C0状态下，利用测头和机床自带测量外圆中心功能测量零件中心位置，记为X1、Y1；同样在A0和C0状态下，利用机床自带测孔中心功能测量销孔中心位置，记为X2、Y2；
步骤七、确定零件角向值θ及零件中心的初始位置角α；
步骤八、假设叶片总数为N，当销孔位于X轴正向方向时被加工叶片序号记为1，沿工件逆时针方向叶片序号依次为2，3，4……N在宏程序中计算加工第n个叶片所需要的工件坐标系零点在机床坐标系中的位置；
步骤九、通过G代码将机床坐标系寄存器中的X轴、Y轴数值分别设定为X1,n、Y1,n，并将该寄存器C轴数值设置为：
Figure FDA0002457878700000011
步骤十、调用步骤九中设定的寄存器作为程序坐标零点，使用机床的RTCP功能，进行反面第n个叶片型面的精加工；
步骤十一、如果n<N，n＝n+1，重复步骤九和步骤十，直至完成零件反面所有叶片的精加工；
步骤十二、翻转工件，采用与步骤六至步骤十一的方法，采用G代码逐片确定程序坐标零点所使用的寄存器数值，进行正面精加工。
2.如权利要求1所述的基于在线测量的闭式叶轮加工接刀痕控制方法，其特征在于，所述步骤七中角向值θ及零件中心的初始位置角α的计算公式为：
Figure FDA0002457878700000021
Figure FDA0002457878700000022
3.如权利要求1所述的基于在线测量的闭式叶轮加工接刀痕控制方法，其特征在于，所述步骤八中第n个叶片所需要的工件坐标系零点在机床坐标系中的位置计算公式如下：
Figure FDA0002457878700000023
Figure FDA0002457878700000024
其中，N为叶片总片数，n为待加工叶片序号。
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