CN109605121A - 一种减小航空叶片加工变形误差的方法 - Google Patents

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胡俊林
沈阳
涂集林
李巍
田中君
童水光
易军
尹玉明
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    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q15/00—Automatic control or regulation of feed movement, cutting velocity or position of tool or work
    • B23Q15/007—Automatic control or regulation of feed movement, cutting velocity or position of tool or work while the tool acts upon the workpiece
    • B23Q15/013—Control or regulation of feed movement
    • B23Q15/02—Control or regulation of feed movement according to the instantaneous size and the required size of the workpiece acted upon

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Abstract

本发明公开了一种减小航空叶片加工变形误差的方法，包括以下几个步骤：步骤1、建立航空叶片三维模型；步骤2、拟定航空叶片的加工路径，在加工路径上施加载荷；步骤3、采用有限元法对航空叶片进行加工仿真分析，得到航空叶片的变形量；步骤4、对所述变形量进行反变形误差补偿计算，得到修正后的加工路径；步骤5、在数控机床上利用修正后的加工路径进行实际加工。本发明的方法，通过在有限元仿真软件中，模拟叶片的加工，对叶片加工进行有限元仿真分析，得到叶片加工的变形量，之后通过反变形误差补偿的方式修改原有的加工路径，将修改后的加工路径在数控机床上对叶片进行实际加工，改善叶片的加工精度，提高叶片的加工质量。

Description

一种减小航空叶片加工变形误差的方法
技术领域
本发明涉及一种减小航空叶片加工变形误差的方法，尤其涉及一种采用有限元分析得到加工的变形量，然后采用反变形误差补偿来提高加工精度的方法，属于航空叶片加工领域。
背景技术
航空发动机的叶片是航空制造业的核心零件，对其制造精度有很高的要求，叶片的加工精度及其稳定性对航空发动机的性能有直接的影响。然而，在实际的铣削加工过程中，由于叶片比较薄，在受到切削力的作用下，叶片会产生加工变形，导致加工后的叶片精度较差，其型面轮廓无法达到设计要求，很难稳定地与理论设计一致，具有很大的加工难度。
在实际加工中，为了消除加工变形导致的薄壁叶片在数控加工过程中产生的精度误差，会采用一些工艺措施来减小叶片的加工变形，这主要包括利用叶片专用夹具或采用辅助支撑等方式；同时，为避免出现废品，现有的办法是留少些余量，最后依靠人工进行打磨抛光，用“边打磨、边检验”的方法将叶片留有的余量逐步去除掉。但是，采用上述方法虽然能减小薄壁叶片在数控加工过程中产生的精度误差，但是加工精度和效率还是较低。
发明内容
为了解决以上问题，本发明的目的是提供一种减小航空叶片加工变形误差的方法，以提高航空叶片的加工精度。
为了实现以上目的，本发明采用的技术方案：
一种减小航空叶片加工变形误差的方法，包括以下几个步骤：
步骤1、建立航空叶片三维模型；
步骤2、拟定航空叶片的加工路径，在加工路径上施加载荷；
步骤3、采用有限元法对航空叶片进行加工仿真分析，得到航空叶片的变形量；
步骤4、对所述变形量进行反变形误差补偿计算，得到修正后的加工路径；
步骤5、在数控机床上利用修正后的加工路径进行实际加工。
进一步的是，所述航空叶片包括末端的叶榫和叶根，前端的叶尖，以及连接叶根和叶尖的叶背和叶盆，航空叶片模型可用三维建模软件建模。
进一步的是，所述采用有限元法对航空叶片进行加工仿真分析是通过Abaqus或者Ansys有限元分析软件计算，模拟航空叶片的加工路径，对航空叶片仿真分析。
进一步的是，所述有限元分析软件为Abaqus时，通过Abaqus User Subroutines的dload施加，在16mm2的区域内施加10MPa的压力载荷，使载荷沿Z轴以20mm/s的速度从叶尖向叶根移动，得到叶片的变形量，此变形量为当前时刻载荷所在位置的Y向位移，因此为不同节点在不同时刻的位移组合。
进一步的是，所述反变形误差补偿计算采用UG NX软件，通过模拟加工所输入的路径，在UG NX仿真软件的后处理过程中对路径进行修改。
本发明的有益效果：
本发明的方法，通过在有限元仿真软件中，模拟叶片的加工，对叶片加工进行有限元仿真分析，得到叶片加工的变形量，之后通过反变形误差补偿的方式修改原有的加工路径，将修改后的加工路径在数控机床上对叶片进行实际加工，改善叶片的加工精度，提高叶片的加工质量。
本发明的方法，将有限元分析和数值计算的方式运用到加工的过程当中，通过两者的有机结合，边计算边调整加工路径，进一步完善实际的加工路径及过程，能够减少实际加工过程中的摸索过程，节省加工过程当中产生的不必要的浪费。
附图说明
图1为本发明的流程图；
图2为本发明航空叶片的模型图；
图3为本发明的加工路径图；
图4为本发明仿真后的仿真计算图；
图5为本发明修正后的仿真计算图。
图6为本发明的修改后的加工路径与原先加工路径的对比图；
图中：1、叶榫；2、叶根；3、叶背；4、叶尖；5、叶盆；6、加工路径。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步阐述。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
实施例1
本实施例中，叶片为航空薄壁叶片；对叶片进行有限元仿真分析是通过Abaqus软件；对变形误差进行反变形误差补偿计算是在UG NX中软件进行。
如图2所示，本发明的实施对象为航空薄壁叶片，是某航空发动机的第1级静子叶片，尺寸为125mm*40mm*6mm，材料为钛合金；图3为加工路径图，所谓加工路径是指沿着Z轴正方向在叶片上表面从叶尖向叶根移动的轨迹。
具体方法包括以下几个步骤：
步骤1、在三维建模软件中，建立航空叶片三维模型，航空叶片模型包括末端的叶榫1和叶根2，前端的叶尖4，以及连接叶根2和叶尖4的叶背3和叶盆5。
步骤2、在Abaqus软件中，导入航空叶片的三维模型，拟定航空叶片的加工路径，在加工路径上施加载荷，加工路径包括加工参数以及加工边界条件的设定，叶榫1的4个环面六个自由度固定，叶尖4的环面的x、y、Rx、Ry的4个自由度固定，施加的载荷是通过在AbaqusUser Subroutines的dload中施加，在16mm2的区域内施加10MPa的压力载荷，使载荷沿Z轴以20mm/s的速度从叶尖4向叶根2移动。
步骤3、在Abaqus软件中进行有限元仿真分析，得到航空叶片的变形量；仿真后的仿真计算图如图4所示。
步骤4、在UG NX软件中，将变形量做反变形误差补偿，进行加工路径的修正；修正后的仿真计算图如图5所示。
步骤5、在数控机床上利用修正后的加工路径进行实际加工。
本实施例中，对有过变形补偿后加工的叶片和未做变形补偿的叶片加工结果与理论情形进行比较，得到各加工精度，如下表所示：
由上表可知，本发明提高了航空叶片的加工精度，提好了加工效率，减少实际加工过程中的摸索过程，节省加工过程当中产生的不必要的浪费。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种减小航空叶片加工变形误差的方法，其特征在于，包括以下几个步骤：
步骤1、建立航空叶片三维模型；
步骤2、拟定航空叶片的加工路径，在加工路径上施加载荷；
步骤3、采用有限元法对航空叶片进行加工仿真分析，得到航空叶片的变形量；
步骤4、对所述变形量进行反变形误差补偿计算，得到修正后的加工路径；
步骤5、在数控机床上利用修正后的加工路径进行实际加工。
2.根据权利要求1所述的一种减小航空叶片加工变形误差的方法，其特征在于，所述航空叶片包括末端的叶榫(1)和叶根(2)，前端的叶尖(4)，以及连接叶根(2)和叶尖(4)的叶背(3)和叶盆(5)。
3.根据权利要求2所述的一种减小航空叶片加工变形误差的方法，其特征在于，所述采用有限元法对航空叶片进行加工仿真分析是通过Abaqus或者Ansys有限元分析软件计算。
4.根据权利要求3所述的一种减小航空叶片加工变形误差的方法，其特征在于，所述有限元分析软件为Abaqus时，通过Abaqus User Subroutines的dload施加，在16mm2的区域内施加10MPa的压力载荷，使载荷沿Z轴以20mm/s的速度从叶尖(4)向叶根(2)移动，得到叶片的变形量。
5.根据权利要求4所述的一种减小航空叶片加工变形误差的方法，其特征在于，所述反变形误差补偿计算采用UG NX软件。
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