CN111113092A - 一种在整体叶轮夹具夹持下的加工叶轮叶片的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在整体叶轮夹具夹持下加工整体叶轮叶片的方法，该方法包括用整体叶轮夹具装夹整体叶轮(6)；根据所述整体叶轮(6)的叶片深度上下分5～7层对叶盘开槽，对每层开槽后形成的叶片进行粗加工和半精加工；对每层开槽后形成的所述叶片的叶型和两个相邻所述叶片之间的槽进行半精铣和精铣。该方法可以减轻振刀，换刀次数减少。

Description

一种在整体叶轮夹具夹持下的加工叶轮叶片的方法

技术领域

本发明属于机加工技术领域，特别是指一种在整体叶轮夹具夹持下的加工叶轮叶片的方法。

背景技术

目前为了减轻质量，增大功重比，大中型航空发动机叶轮多采用叶片和轮盘整体式结构，其直径在500mm以上，叶片深度在100mm以上，加工精度和表面质量要求高，使得其加工难度大。

像传统大中型航空发动机叶轮这样的整体叶轮叶型的加工大多采用数铣插铣或大直径刀具环切进行粗加工去除大余量，接着对叶轮叶型进行灌蜡处理，接着进行半精，最后采用逐层摆线铣叶型来完成精加工。这种加工方式导致粗加工时，刀具负载大，零件变形大，而且导致粗加工后余量不均，影响半精和精加工的加工精度和表面质量；进行半精加工时，由于叶片薄整体刚性差，刀具振动大，造成加工纹路差，刀具损耗大，不得不降低铣削速度，难以保证质量和效率。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种在整体叶轮夹具夹持下的加工叶轮叶片的方法，加工时可以减轻振刀以及控制零件变形。

一种在整体叶轮夹具夹持下加工叶轮叶片的方法，其包括：

步骤1，用整体叶轮夹具装夹整体叶轮；

步骤2，根据所述整体叶轮的叶片深度上下分5～7层对叶盘开槽，对每层开槽后形成的叶片进行粗加工和半精加工；

步骤3，对每层开槽后形成的所述叶片的叶型和两个相邻所述叶片之间的槽进行半精铣和精铣。

由上，采用小直径球头锥度铣刀通过粗加工和半精加工、半精铣和精铣分层混合加工的方式，实现大切深、高进给，均匀余量加工，增强叶片加工过程的刚性，减小刀具的铣削力，实现减轻振刀和控制零件变形的目的。

较佳的，步骤2包括以下步骤：

步骤21，间隔对所述叶盘一圈开槽，然后根据成型叶片尺寸绕着每层开槽后形成的所述叶片的前、后缘进行边缘卷绕铣削；

步骤22，将刀具坐标上抬0.5mm，对每层开槽后形成的所述叶片的叶型上下分成5～7小层进行粗加工和半精加工；

步骤23，重复步骤21、22 5～7次，完成每层开槽后形成的所述叶片的开槽、粗铣和半精铣。

较佳的，步骤22包括：

步骤221，对第1～3小层的所述叶片的叶型进行粗铣，粗铣时主轴转速2300-2500r/min，进给量1300-1700mm/min，余量预留2～3mm；

步骤222，对第1小层的所述叶片的叶型进行半精铣，半精铣时主轴转速2300-2500r/min，进给量1800-2000mm/min，余量预留1.5～2.0mm；

步骤223，对第4小层的所述叶片的叶型进行粗铣，然后对第2小层的所述叶片的叶型进行半精铣；

步骤224，按照步骤223的粗铣和半精铣层数相差两层的方式对其它小层的所述叶片的叶型进行粗铣和半精铣，直到最后一小层的所述叶片的叶型粗铣完毕；

步骤225，对次最后、最后两小层的所述叶片的叶型先后进行半精铣。

较佳的，步骤3中对每层开槽后形成的所述叶片的叶型和两个相邻所述叶片间的槽进行半精铣和精铣的铣削参数是：主轴转速为2200-2500r/min，进给量为400-5000mm/min，所述叶片中部区域的进给量为4000-5000mm/min，靠近前后缘处进给量降低至400-600mm/min。

由上，对于大直径深叶型采用一把小直径球头锥度铣刀完成单片叶片的半精铣和精铣分层混合加工，即保证了精加工时的零件刚性，又消除了换刀加工可能带来的接刀痕风险。

较佳的，步骤3中对每层开槽后形成的所述叶片的叶型和两个相邻所述叶片间的槽进行半精铣和精铣的方法包括：

步骤31，对第1叶片分5～7层进行半精铣和精铣，更换球头锥度铣刀；

步骤32，重复步骤31，完成第2叶片的精铣；

步骤33，对第1、2叶片间的槽进行半精铣，预留余量0.2mm；接着进行槽的精铣，来完成单个槽的加工；

步骤34，重复步骤31～33完成全部所述叶片的叶型和两个相邻所述叶片间的槽的加工。

较佳的，采用的刀具为球头锥度铣刀。

对于大直径深叶型采用一把小直径球头锥度铣刀完成单片叶片的半精铣和精铣分层混合加工，即保证了精加工时的零件刚性，又消除了换刀加工可能带来的接刀痕风险；

整个直径610mm，深度130mm，数量29片的叶型加工，仅消耗了10把粗铣刀具，35把精铣刀具，降低了刀具损耗，同时提高了加工效率20％左右。

附图说明

图1为发动机叶轮夹具与发动机叶轮的装配主视图的剖面图；

图2为发动机叶轮夹具与发动机叶轮的装配俯视图；

图3为发动机叶轮的主视图的剖面图；

图4为发动机叶轮的俯视图；

图5为夹具底座的主视图的剖面图；

图6为夹具底座的俯视图；

图7为球头锥度铣刀的结构示意图；

图8为开第一大层槽时的开槽刀路示意图；

图9为开第一大层槽时的对叶片前后缘的加工示意图；

图10为第一大层槽开完时的叶片形状图；

图11为槽全部开完、叶片粗铣半精铣完后的叶片形状图。

具体实施方式

如图1和图2所示，为一种航空用的发动机叶轮夹具，其包括支撑发动机叶轮6的夹具底座1、置于夹具底座1上对发动机叶轮6进行限位的限位销2、压在发动机叶轮6上端的压盖3，以及穿过压盖3、发动机叶轮6、限位销2后与夹具底座1螺接的螺栓4，从而将发动机叶轮6夹持在压盖3和夹具底座1之间。

如图3和图4所示，为航空发动机叶轮6的结构示意图，其包括碗型的底盘62、设置在底盘62上端外侧的侧翼63，以及与侧翼63的外侧面相连的多个叶片61(未成型前为叶盘)。在底盘62的底部中心设置有底盘通孔68，底盘通孔68的外侧还设置有底盘定位孔67。

如图5和图6所示，夹具底座1为一具有底部的圆筒，在其底部的内表面中心设置有一圆形的凹槽12，凹槽12的下部设置与其同心且连通的螺纹通孔11，在与凹槽12相近的底部上还设置有夹具定位孔15；发动机叶轮的底盘62设置在夹具底座1的圆筒内，夹具底座1的圆筒上表面13支撑发动机叶轮上的侧翼63的下表面64。

限位销2，为倒立的圆台，即其下部直径小于其上部直径，其下部设置在凹槽12里，其上部与底盘通孔67配合，限制底盘62前后左右的位移；限位销2的中心设置有限位通孔，便于螺栓4穿过该限位通孔。

圆形的压盖3，其边缘上具有向一侧设置的压边，该压边压在底盘外侧的侧翼63的上表面65上；压盖3的中心设置有压盖通孔。

这样压盖3的压边和夹具底座1的圆筒上表面分别与发动机叶轮底盘外侧的侧翼63的上、下表面63,64接触，螺栓4依次穿过压盖通孔、发动机叶轮的底盘、限位销2上的限位通孔后，与夹具底座1上的螺纹孔11螺纹连接，将发动机叶轮6稳定的夹在压盖3和夹具底座1之间。

一种利用该夹具夹持发动机叶轮的加工方法，其包括以下步骤：

步骤1，用发动机叶轮夹具装夹发动机叶轮6；

首先将夹具底座1通过其底部的四个U形槽14装夹在五轴加工中心上；然后将限位销2的下部放置在夹具底座1的凹槽12里；其次将发动机叶轮6放在夹具底座1的圆筒内，旋转发动机叶轮6，使其上的底盘定位孔67与夹具底座1上的夹具定位孔15相对，将定位销5插入两个定位孔里，并用百分表找正发动机叶轮6；最后盖上压盖3，并用螺栓4依次穿过压盖3、发动机叶轮6、限位销2后与夹具底座1螺接，完成发动机叶轮的装夹。

步骤2，根据成型的叶片深度对侧翼63外的叶盘(叶片未加工前的部分)从上到下分层开槽，一般分5～7层开槽，对每层开槽后槽两侧形成的叶片的叶型进行粗加工和半精加工，最后完成每层形成的全部叶片的铣削，方法如下：

步骤21，采用球头锥度铣刀(参考图7)用摆线铣的方式间隔对叶盘一圈开槽，两个槽之间的部分为叶片雏形，开槽刀路如图8所示；然后根据成型的叶片尺寸绕着叶片雏形前、后缘进行边缘卷绕铣削，铣削后的图形如图9所示，可以有效保证后续粗加工的余量均匀性，避免刀具铣削面突变，而造成刀具振动大，刀具磨损速度快，零件表面质量差。

步骤22，将球头锥度刀具坐标上抬0.5mm(避免球头刀具底刃切削)，对形成的叶片叶型进行分层粗加工和半精加工，根据加工深度分成5～7小层，这里以5小层为例进行说明。

步骤221，对上面的第1～3小层的叶片叶型进行粗铣，粗铣时主轴转速2300-2500r/min，进给量1300-1700mm/min，余量预留2～3mm；

步骤222，对第1小层的叶片叶型进行半精铣，半精铣时主轴转速2300-2500r/min，进给量1800-2000mm/min，余量预留1.5～2.0mm；

步骤223，对第4小层的叶片叶型进行粗铣，然后对第2小层的叶片叶型进行半精铣；

步骤224，对第5小层的叶片叶型进行粗铣，对第3小层的叶片叶型进行半精铣；

步骤225，对第4、5小层的叶片叶型先后进行半精铣。

依此法完成第一大层加工，第一大层开槽后的形状如图10所示。

步骤23，重复步骤21、22 5次，完成整个叶片的开槽、粗铣和半精铣。加工后形状成阶梯状，如图11所示，以增加叶片刚性，减小振刀和保证后续精加工余量的均匀。

步骤3，对形成的叶片叶型和两个相邻叶片之间的槽进行半精铣和精铣；

对形成的叶片叶型采用半精铣和精铣分层加工,一般分5～7层，对叶片叶型和两个相邻叶片之间的槽进行半精铣和精铣时，主轴转速为2200-2500r/min，进给量为400-5000mm/min，叶片中部区域进给量采用4000-5000mm/min，快速进给提高效率和表面质量，而采用靠近前后缘处降低进给量至400-600mm/min的方式来避免过切现象。其包括以下步骤：

步骤31，用球头锥度铣刀对第1叶片分5～7层进行半精铣和精铣，这里以5层为例进行说明：先对上面的第1～3层进行半精铣，余量预留0.2mm，完成前3层半精铣后；进行第1层精铣；第4层半精铣，第2层精铣；第5层半精铣，第3层精铣；然后进行第4、5层精铣，完成第1叶片精铣过程，更换球头锥度铣刀；

步骤32，重复步骤31，完成第2叶片的精铣；

步骤33，对第1、2叶片间的槽进行半精铣，预留余量0.2mm；接着进行槽的精铣，来完成单个槽的加工；

步骤34，重复步骤31～33完成整个叶片叶型和相邻两叶片间槽的加工。

本发明的夹具不限于对发动机叶轮的夹持，凡是底盘和叶片一体设置的整体叶轮的夹持都适用。

在本发明夹具的夹持下，采用小直径球头锥度铣刀通过粗铣和半精铣、半精铣和精铣分层混合加工的方式，实现大切深、高进给，均匀余量加工，增强叶片加工过程的刚性，减小刀具的铣削力，实现减轻振刀和控制零件变形的目的；

对于大直径深叶型采用一把小直径球头锥度铣刀完成单片叶片的半精铣和精铣分层混合加工，即保证了精加工时的零件刚性，又消除了换刀加工可能带来的接刀痕风险；

整个直径610mm，深度130mm，数量29片的叶型加工，仅消耗了10把粗铣刀具，35把精铣刀具，降低了刀具损耗，同时提高了加工效率20％左右。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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 (6)

1.一种在整体叶轮夹具夹持下加工叶轮叶片的方法，其特征在于，其包括：

步骤1，用整体叶轮夹具装夹整体叶轮(6)；

步骤2，根据所述整体叶轮(6)的叶片深度上下分5～7层对叶盘开槽，对每层开槽后形成的叶片进行粗加工和半精加工；

步骤3，对每层开槽后形成的所述叶片的叶型和两个相邻所述叶片之间的槽进行半精铣和精铣。

2.根据权利要求1所述的加工叶轮叶片的方法，其特征在于，步骤2包括以下步骤：

步骤21，间隔对所述叶盘一圈开槽，然后根据成型叶片尺寸绕着每层开槽后形成的所述叶片的前、后缘进行边缘卷绕铣削；

步骤22，将刀具坐标上抬0.5mm，对每层开槽后形成的所述叶片的叶型上下分成5～7小层进行粗加工和半精加工；

步骤23，重复步骤21、22 5～7次，完成每层开槽后形成的所述叶片的开槽、粗铣和半精铣。

3.根据权利要求2所述的加工叶轮叶片的方法，其特征在于，步骤22包括：

步骤221，对第1～3小层的所述叶片的叶型进行粗铣，粗铣时主轴转速2300-2500r/min，进给量1300-1700mm/min，余量预留2～3mm；

步骤222，对第1小层的所述叶片的叶型进行半精铣，半精铣时主轴转速2300-2500r/min，进给量1800-2000mm/min，余量预留1.5～2.0mm；

步骤223，对第4小层的所述叶片的叶型进行粗铣，然后对第2小层的所述叶片的叶型进行半精铣；

步骤224，按照步骤223的粗铣和半精铣层数相差两层的方式对其它小层的所述叶片的叶型进行粗铣和半精铣，直到最后一小层的所述叶片的叶型粗铣完毕；

步骤225，对次最后、最后两小层的所述叶片的叶型先后进行半精铣。

4.根据权利要求1所述的加工叶轮叶片的方法，其特征在于，步骤3中对每层开槽后形成的所述叶片的叶型和两个相邻所述叶片间的槽进行半精铣和精铣的铣削参数是：主轴转速为2200-2500r/min，进给量为400-5000mm/min，所述叶片中部区域的进给量为4000-5000mm/min，靠近前后缘处进给量降低至400-600mm/min。

5.根据权利要求2所述的加工叶轮叶片的方法，其特征在于，步骤3中对每层开槽后形成的所述叶片的叶型和两个相邻所述叶片间的槽进行半精铣和精铣的方法包括：

步骤31，对第1叶片分5～7层进行半精铣和精铣，更换球头锥度铣刀；

步骤32，重复步骤31，完成第2叶片的精铣；

步骤33，对第1、2叶片间的槽进行半精铣，预留余量0.2mm；接着进行槽的精铣，来完成单个槽的加工；

步骤34，重复步骤31～33完成全部所述叶片的叶型和两个相邻所述叶片间的槽的加工。

6.根据权利要求1至5任一所述的加工叶轮叶片的方法，其特征在于，采用的刀具为球头锥度铣刀。

Images