CN109531198A - 提高大型复杂结构叶片加工精度的方法及工艺台精修夹具 - Google Patents

Abstract

本发明的提高大型复杂结构叶片加工精度的方法及工艺台精修夹具，采用榫头、叶身一体化加工工艺方法，采用两端精修工艺台定位，精修夹具包括：底板、设置在底板上的榫头压紧机构、叶身第一压紧机构、叶身第二压紧机构和叶尖压紧机构。精修后工艺台的精度大大提升，将榫头和复杂结构叶身一次加工到位，避免装夹定位误差，靠数控程序及高精度数控加工设备保证榫头和叶身的相对几何精度。

Description

提高大型复杂结构叶片加工精度的方法及工艺台精修夹具

技术领域

本发明属于航天航空叶片加工技术领域，涉及提高大型复杂结构叶片加工精度的方法及工艺台精修夹具。

背景技术

大型复杂结构风扇转子叶片由燕尾形榫头及叶身组成，原有加工工艺采用工序分散的方式，即先加工燕尾形榫头，再用燕尾形榫头定位加工叶身型面。由于大型风扇转子叶片固有的“小基准、大尺寸”结构特点，榫头基准定位面有效宽度仅有10mm，且由两个成角度的度面组成。榫头自身加工时不可避免地存在加工误差，装夹定位夹具也存在加工误差，所以榫头在夹具中装夹定位时不可避免地存在装夹定位误差。大型叶片叶身长，榫头定位面的长度与叶身长度的比例为1：60，所以榫头的装夹定位误差会成60倍放大到叶身上，导致榫头与叶身的相对几何精度难以保证。

发明内容

本发明的目的是提供提高大型复杂结构叶片加工精度的方法及工艺台精修夹具，通过采用两端工艺台定位，榫头、叶身一体化加工工艺方法，保证了榫头与叶身型面的几何精度，提高了叶片的加工质量和合格率。

本发明提供提高大型复杂结构叶片加工精度的方法，包括如下步骤：

步骤1：在毛坯状态下在榫头和叶尖部位分别加工出供夹具装夹定位用的工艺台，用两端工艺台定位粗加工榫头、叶身型面，为精加工留2mm余量；

步骤2：粗加工后进行消除应力热处理；

步骤3：热处理后用精修夹具固定叶身型面，采用高精度数控铣床精修两端工艺台，保证两端工艺台相对位置精度不超过0.05mm；

步骤4：用精修后的两端工艺台定位，采用高精度数控铣床将榫头及叶身型面一次精加工到位，保证榫头与叶身型面的相对位置精度。

在本发明的提高大型复杂结构叶片加工精度的方法中，所述步骤1中，榫头工艺台与榫头平行，叶尖工艺台与叶尖型面平行，加工的榫头工艺台和叶尖工艺台的夹角为59°。

在本发明的提高大型复杂结构叶片加工精度的方法中，所述步骤2中采用真空去应力退火，加热温度为650±10℃，保温2小时。

在本发明的提高大型复杂结构叶片加工精度的方法中，所述步骤3中的精修夹具包括：底板、设置在底板上的榫头压紧机构、叶身第一压紧机构、叶身第二压紧机构和叶尖压紧机构。

本发明还提供提高大型复杂结构叶片加工精度的工艺台精修夹具，包括：底板、设置在底板上的榫头压紧机构、叶身第一压紧机构、叶身第二压紧机构和叶尖压紧机构，所述榫头压紧机构设置在底板前端，叶身第一压紧机构和叶身第二压紧机构依次设置在底板中部，叶尖压紧机构设置在底板末端。

在本发明的提高大型复杂结构叶片加工精度的工艺台精修夹具中，所述榫头压紧机构包括：榫头侧面定位块、第一压板、第一调节支承、双头螺栓、第一六角螺母和第二调节支承；

所述第一调节支承安装在底座上用于支承第一压板的第一端；双头螺栓的下端固定在底板上，其上端穿过第一压板，六角螺母与双头螺栓的上端旋转连接；第二调节支承设置在第一压板的第二端的下方与第一压板配合，并通过旋转六角螺母压紧榫头；榫头侧面定位块用于榫头压紧时对榫头侧面进行定位。

在本发明的提高大型复杂结构叶片加工精度的工艺台精修夹具中，所述叶身第一压紧机构包括：第一叶身定位块、第一立座、第二立座、第二压板、第三压板、活节螺栓、第一圆柱销、第二圆柱销和第三圆柱销；

所述第一立座和第二立座设置在底板上，所述第二压板一端通过第一圆柱销与第一立座旋转连接，第二压板另一端设有活节螺栓，第二立座通过第二圆柱销连接活节螺栓；所述第三压板的上端通过第三圆柱销与第二压板连接，第三压板的下端的形状与叶片叶盆型面的形状相匹配；所述第一叶身定位块设置在第三压板下方与第三压板相配合定位叶身；

在装夹叶片前先将活节螺栓松开，将第二压板和第三压板翻转，留出空间将叶片放入夹具，在叶片正确定位后再将第二压板和第三压板叩回到叶身上，压紧活节螺栓进而压紧叶身。

在本发明的提高大型复杂结构叶片加工精度的工艺台精修夹具中，所述叶身第二压紧机构包括：第二叶身定位块、叶身辅助支承块、盖板、螺钉、支座、第四压板、第三立座、捏手和六角头压紧螺钉；

所述支座和第三立座固定在底板上；叶身辅助支承块设置在第三立座的滑道里且可通过调整捏手使其在滑道滑动，并通过盖板封闭到滑道内；当叶片准确定位后，通过捏手调节叶身辅助支承块使其与叶身型面贴合，然后通过固紧螺钉固定叶身辅助支承块的位置；第四压板通过六角头压紧螺钉与支座连接，六角头压紧螺钉穿过第四压板，螺钉端部是球头状，球头状嵌入第四压板的凹槽内，因此第四压板的方向可调节，可根据叶盆型面的形状做适当调整；第二叶身定位块设置在第四压板下方，第二叶身定位块、叶身辅助支承块和第四压板相互配合压紧叶身。

在本发明的提高大型复杂结构叶片加工精度的工艺台精修夹具中，所述叶尖压紧机构包括：叶尖定位块、第五压板、侧支板、第二六角螺母、第三调节支承和双头螺柱；

所述侧支板固定在底板上，所述第三调节支承的下端固定在侧支板上，所述第五压板的一端支承在第三调节支承的上端；双头螺柱的下端固定在侧支板上，其上端穿过第五压板，第二六角螺母与双头螺柱的上端旋转连接；第五压板的另一端和叶尖定位块相互配合压紧叶尖。

在本发明的提高大型复杂结构叶片加工精度的工艺台精修夹具中，在底板的前端设有用于测量榫头工艺台加工后尺寸的对刀块，在底板的末端设有用于测量叶尖工艺台加工后尺寸的测量块。

本发明的提高大型复杂结构叶片加工精度的方法及工艺台精修夹具，采用两端工艺台定位，将榫头和复杂结构叶身一次加工到位，避免装夹定位误差，靠数控程序及高精度数控加工设备保证榫头和叶身的相对几何精度，提高了叶片的加工质量和合格率，使加工后叶身型面的几何精度满足了设计要求。

附图说明

图1是本发明的提高大型复杂结构叶片加工精度的方法的流程图；

图2是本发明的提高大型复杂结构叶片加工精度的工艺台精修夹具的立体图；

图3是本发明的提高大型复杂结构叶片加工精度的工艺台精修夹具的前端视图；

图4是本发明的提高大型复杂结构叶片加工精度的工艺台精修夹具的附视图；

图5是本发明的提高大型复杂结构叶片加工精度的工艺台精修夹具的侧视图；

图6是本发明的提高大型复杂结构叶片加工精度的工艺台精修夹具的A-A剖视图；

图7是本发明的提高大型复杂结构叶片加工精度的工艺台精修夹具的B-B剖视图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的提高大型复杂结构叶片加工精度的方法，工艺流程如下：毛坯→加工两端工艺台→榫头、叶身综合粗铣→热处理消除加工应力→精修工艺台→榫头、叶身综合精铣。

具体包括如下步骤：

步骤1、加工两端工艺台：在毛坯状态下在榫头和叶尖部位分别加工出供夹具装夹定位用的工艺台，用两端工艺台定位粗加工榫头、叶身型面，为精加工留2mm余量；

具体实施时，由于该叶片叶身型面的扭角较大，且叶片较大，加工时受力较大，因此将榫头工艺台与榫头平行，叶尖工艺台设计成与叶尖型面平行，加工的榫头工艺台和叶尖工艺台的夹角为59°以保证加工时工艺台有足够的刚性。

步骤2、榫头、叶身综合粗铣：粗加工后进行消除应力热处理，以释放毛坯中存在的内应力及粗铣产生的机械加工应力，控制叶片在后续工序的变形。

具体实施时，采用真空去应力退火，加热温度为650±10℃，保温2小时。

步骤3、热处理消除加工应力并精修工艺台：热处理后用精修夹具固定叶身型面，采用高精度数控铣床精修两端工艺台，保证两端工艺台相对位置精度不超过0.05mm；

具体实施时，精修夹具包括：底板、设置在底板上的榫头压紧机构、叶身第一压紧机构、叶身第二压紧机构和叶尖压紧机构。

步骤4、榫头、叶身综合精铣：用精修后的两端工艺台定位，采用高精度数控铣床将榫头及叶身型面一次精加工到位，保证榫头与叶身型面的相对位置精度。

如图2-7所示，本发明的提高大型复杂结构叶片加工精度的工艺台精修夹具，包括：底板1、设置在底板1上的榫头压紧机构、叶身第一压紧机构、叶身第二压紧机构和叶尖压紧机构，所述榫头压紧机构设置在底板1前端，叶身第一压紧机构和叶身第二压紧机构依次设置在底板1中部，叶尖压紧机构设置在底板1末端。

所述榫头压紧机构包括：榫头侧面定位块2、第一压板16、第一调节支承31、双头螺栓29、第一六角螺母22和第二调节支承23。所述第一调节支承31安装在底座上用于支承第一压板16的第一端；双头螺栓29的下端固定在底板上，其上端穿过第一压板16，六角螺母22与双头螺栓29的上端旋转连接；第二调节支承23设置在第一压板16的第二端的下方与第一压板16配合，并通过旋转六角螺母22压紧榫头；榫头侧面定位块2用于榫头压紧时对榫头侧面进行定位。

所述叶身第一压紧机构包括：叶身定位块3、第一立座11、第二立座13、第二压板12、第三压板14、活节螺栓35、第一圆柱销34、第二圆柱销37和第三圆柱销33。所述第一立座11和第二立座13设置在底板上，所述第二压板12一端通过第一圆柱销34与第一立座11旋转连接，第二压板12另一端设有活节螺栓35，第二立座13通过第二圆柱销37连接活节螺栓35；所述第三压板14的上端通过第三圆柱销33与第二压板12连接，第三压板14的下端的形状与叶片叶盆型面的形状相匹配；所述叶身定位块3设置在第三压板14下方与第三压板14相配合定位叶身；在装夹叶片前先将活节螺栓35松开，将第二压板12和第三压板14翻转，留出空间将叶片放入夹具，在叶片正确定位后再将第二压板12和第三压板14叩回到叶身上，压紧活节螺栓35进而压紧叶身。

所述叶身第二压紧机构包括：第二叶身定位块4、叶身辅助支承块6、盖板7、螺钉8、支座9、第四压板10、第三立座15、捏手32和六角头压紧螺钉36。所述支座9和第三立座15固定在底板上；叶身辅助支承块6设置在第三立座15的滑道里且可通过调整捏手32使其在滑道滑动，并通过盖板7封闭到滑道内；当叶片准确定位后，通过捏手32调节叶身辅助支承块6使其与叶身型面贴合，然后通过固紧螺钉8固定叶身辅助支承块6的位置；第四压板10通过六角头压紧螺钉36与支座9连接，六角头压紧螺钉36穿过第四压板10，螺钉36端部是球头状，球头状嵌入第四压板10的凹槽内，因此第四压板10的方向可调节，可根据叶盆型面的形状做适当调整；第二叶身定位块4设置在第四压板10下方，第二叶身定位块4、叶身辅助支承块6和第四压板10相互配合压紧叶身。

所述叶尖压紧机构包括：叶尖定位块5、第五压板20、侧支板21、第二六角螺母39、第三调节支承40和双头螺柱42。所述侧支板21固定在底板上，所述第三调节支承40的下端固定在侧支板21上，所述第五压板20的一端支承在第三调节支承40的上端；双头螺柱42的下端固定在侧支板21上，其上端穿过第五压板20，第二六角螺母39与双头螺柱42的上端旋转连接；第五压板20的另一端和叶尖定位块5相互配合压紧叶尖。

在底板1的前端设有用于测量榫头工艺台加工后尺寸的对刀块17，在底板1的末端设有用于测量叶尖工艺台加工后尺寸的测量块19。

本发明的提高大型复杂结构叶片加工精度的方法，采用榫头、叶身一体化加工工艺方法，采用两端精修工艺台定位，将复杂结构榫头和叶身一次加工到位，避免装夹定位误差，靠数控程序及高精度数控加工设备保证榫头和叶身的相对几何精度。

本发明的提高大型复杂结构叶片加工精度的工艺台精修夹具，

在叶身根部位置和叶尖位置分别设计了榫头侧面定位块2、第一叶身定位块3和第二叶身定位块4，叶身根部位置相当于两点定位，叶尖位置相当于一点定位，“三点决定一面”，同时由于叶尖型面扭角较大，设计了叶身辅助支承块6，既避免了过定位，又很好地保证了定位刚性。用叶身型面定位在大型叶片加工中是首次尝试，主要考虑大型叶片经热处理后叶身型面变形严重，且叶身型面与原有工艺台的相对位置已发生较大变化。此工序用叶身型面定位，相当于把已变形的叶身型面重新定位回正确位置，然后再返修工艺台，这样能够保证后工序加工叶身型面余量均匀。设计了叶尖定位块5，此定位块定位面的方向经多次试验和更改，最后确定为水平方向，这样能够准确地限制叶尖型面的自由度，同时避免过定位。在叶尖位置设计了测量块19，结构设计时考虑刀具有足够的空间进行加工，同时要方便测量，设计此定位块后能够在加工中准确控制叶尖工艺台的尺寸精度，在现场使用后工艺台的定位精度提高5倍。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明的思想，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 (10)

1.提高大型复杂结构叶片加工精度的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：在毛坯状态下在榫头和叶尖部位分别加工出供夹具装夹定位用的工艺台，用两端工艺台定位粗加工榫头、叶身型面，为精加工留2mm余量；

步骤2：粗加工后进行消除应力热处理；

步骤3：热处理后用精修夹具固定叶身型面，采用高精度数控铣床精修两端工艺台，保证两端工艺台相对位置精度不超过0.05mm；

步骤4：用精修后的两端工艺台定位，采用高精度数控铣床将榫头及叶身型面一次精加工到位，保证榫头与叶身型面的相对位置精度。

2.如权利要求1所述的提高大型复杂结构叶片加工精度的方法，其特征在于，所述步骤1中，榫头工艺台与榫头平行，叶尖工艺台与叶尖型面平行，加工的榫头工艺台和叶尖工艺台的夹角为59°。

3.如权利要求1所述的提高大型复杂结构叶片加工精度的方法，其特征在于，所述步骤2中采用真空去应力退火，加热温度为650±10℃，保温2小时。

4.如权利要求1所述的提高大型复杂结构叶片加工精度的方法，其特征在于，所述步骤3中的精修夹具包括：底板、设置在底板上的榫头压紧机构、叶身第一压紧机构、叶身第二压紧机构和叶尖压紧机构。

5.提高大型复杂结构叶片加工精度的工艺台精修夹具，其特征在于，包括：底板、设置在底板上的榫头压紧机构、叶身第一压紧机构、叶身第二压紧机构和叶尖压紧机构，所述榫头压紧机构设置在底板前端，叶身第一压紧机构和叶身第二压紧机构依次设置在底板中部，叶尖压紧机构设置在底板末端。

6.如权利要求5所述的提高大型复杂结构叶片加工精度的工艺台精修夹具，其特征在于，所述榫头压紧机构包括：榫头侧面定位块、第一压板、第一调节支承、双头螺栓、第一六角螺母和第二调节支承；

所述第一调节支承安装在底座上用于支承第一压板的第一端；双头螺栓的下端固定在底板上，其上端穿过第一压板，六角螺母与双头螺栓的上端旋转连接；第二调节支承设置在第一压板的第二端的下方与第一压板配合，并通过旋转六角螺母压紧榫头；榫头侧面定位块用于榫头压紧时对榫头侧面进行定位。

7.如权利要求5所述的提高大型复杂结构叶片加工精度的工艺台精修夹具，其特征在于，所述叶身第一压紧机构包括：第一叶身定位块、第一立座、第二立座、第二压板、第三压板、活节螺栓、第一圆柱销、第二圆柱销和第三圆柱销；

所述第一立座和第二立座设置在底板上，所述第二压板一端通过第一圆柱销与第一立座旋转连接，第二压板另一端设有活节螺栓，第二立座通过第二圆柱销连接活节螺栓；所述第三压板的上端通过第三圆柱销与第二压板连接，第三压板的下端的形状与叶片叶盆型面的形状相匹配；所述第一叶身定位块设置在第三压板下方与第三压板相配合定位叶身；

在装夹叶片前先将活节螺栓松开，将第二压板和第三压板翻转，留出空间将叶片放入夹具，在叶片正确定位后再将第二压板和第三压板叩回到叶身上，压紧活节螺栓进而压紧叶身。

8.如权利要求5所述的提高大型复杂结构叶片加工精度的工艺台精修夹具，其特征在于，所述叶身第二压紧机构包括：第二叶身定位块、叶身辅助支承块、盖板、螺钉、支座、第四压板、第三立座、捏手和六角头压紧螺钉；

所述支座和第三立座固定在底板上；叶身辅助支承块设置在第三立座的滑道里且可通过调整捏手使其在滑道滑动，并通过盖板封闭到滑道内；当叶片准确定位后，通过捏手调节叶身辅助支承块使其与叶身型面贴合，然后通过固紧螺钉固定叶身辅助支承块的位置；第四压板通过六角头压紧螺钉与支座连接，六角头压紧螺钉穿过第四压板，螺钉端部是球头状，球头状嵌入第四压板的凹槽内，因此第四压板的方向可调节，可根据叶盆型面的形状做适当调整；第二叶身定位块设置在第四压板下方，第二叶身定位块、叶身辅助支承块和第四压板相互配合压紧叶身。

9.如权利要求5所述的提高大型复杂结构叶片加工精度的工艺台精修夹具，其特征在于，所述叶尖压紧机构包括：叶尖定位块、第五压板、侧支板、第二六角螺母、第三调节支承和双头螺柱；

所述侧支板固定在底板上，所述第三调节支承的下端固定在侧支板上，所述第五压板的一端支承在第三调节支承的上端；双头螺柱的下端固定在侧支板上，其上端穿过第五压板，第二六角螺母与双头螺柱的上端旋转连接；第五压板的另一端和叶尖定位块相互配合压紧叶尖。

10.如权利要求5所述的提高大型复杂结构叶片加工精度的工艺台精修夹具，其特征在于，在底板的前端设有用于测量榫头工艺台加工后尺寸的对刀块，在底板的末端设有用于测量叶尖工艺台加工后尺寸的测量块。