CN113523909B - 一种改善外表面粗糙度的整体叶盘柔性磨抛加工工艺 - Google Patents

一种改善外表面粗糙度的整体叶盘柔性磨抛加工工艺 Download PDF

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Abstract

本发明属于整体叶盘领域,尤其是一种改善外表面粗糙度的整体叶盘柔性磨抛加工工艺,针对现有的柔性磨抛所产生的接刀纹理不仅引起粗糙度增大且导致很高的表面应力集中,直接成为疲劳源,是导致疲劳失效裂纹的重要原因之一的问题,现提出如下方案,其包括以下步骤:针对柔性磨抛产生接刀纹理的原因,通过理论计算与仿真分析对柔性磨具外形进行优化,使磨具更加适合整体叶盘/叶片类复杂自由曲面的磨抛加工,本发明中,对柔性磨具外形进行优化,对走刀路线与刀具角度进行优化,针对优化后的刀具外形与走刀轨迹建立参数耦合预测模型,在保证磨抛表面粗糙度的同时,避免接刀纹理的产生。

Description

一种改善外表面粗糙度的整体叶盘柔性磨抛加工工艺
技术领域
本发明涉及整体叶盘技术领域,尤其涉及一种改善外表面粗糙度的整体叶盘柔性磨抛加工工艺。
背景技术
整体叶盘是为了满足高性能航空发动机而设计的新型结构件,其将发动机转子叶片和轮盘形成一体,省去了传统连接中的榫头、榫槽及锁紧装置等,减少结构重量及零件数量,避免榫头气流损失,提高气动效率,使发动机结构大为简化,现已在各国军用和民用航空发动机上得到广泛应用。
整体叶盘为航空发动机的核心部件,其加工表面质量,直接影响着航空发动机的性能及可靠性。柔性磨抛所产生的接刀纹理不仅引起粗糙度增大且导致很高的表面应力集中,直接成为疲劳源,是导致疲劳失效裂纹的重要原因之一,所以我们提出一种改善外表面粗糙度的整体叶盘柔性磨抛加工工艺,用以解决上述所提到的问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点,而提出的一种改善外表面粗糙度的整体叶盘柔性磨抛加工工艺。
为了实现上述目的,本发明采用了如下技术方案:
一种改善外表面粗糙度的整体叶盘柔性磨抛加工工艺,包括以下步骤:
S1、对整体叶盘柔性磨抛进行分析:为避免针对柔性磨抛产生接刀纹理,通过理论计算与仿真分析对柔性磨具外形进行优化,使磨具更加适合整体叶盘/叶片类复杂自由曲面的磨抛加工,通过计算与仿真分析,研究磨抛导致叶盘变形情况,进而对走刀路线与刀具角度进行优化,使实际磨抛路线及刀具角度与加工过程中整体叶盘、叶片类构件外形相贴合,并针对优化后的刀具外形与走刀轨迹建立参数耦合预测模型,在保证磨抛表面粗糙度的同时,避免接刀纹理的产生;
S2、利用固定机构将整体叶盘固定,转动整体叶盘,判断整体叶盘是否固定完全,若未固定完全,则重新固定,并返回步骤S2,若固定完全,不会脱落,则准备磨抛过程;
S3、将磨抛机构移动至未磨抛的叶片之间,通过磨抛机构上的距离传感器检测磨抛机构的磨头与叶片间的距离;
S4、判断距离是否达到标准,若没有达到5mm-10mm的标准,则适当调整磨头与叶片间的距离,并返回S3,若达到5mm-10mm的标准,则转至S5;
S5、磨抛机构对位于上方的叶片底部进行磨抛,磨抛完成后,再对位于下方的叶片顶部进行磨抛;
S6、判断所有叶片是否磨抛完全,若未磨抛完全,则将整体叶盘转动一定角度,并返回S3,若磨抛完全,则对整体叶盘的剩余部位进行磨抛,全部磨抛完成后,等待检测;
S7、将检测机构移动至未检测的叶片之间,对叶片进行近距离检测;
S8、判断叶片磨抛情况是否合格,若不合格,则利用辅助磨抛机构进行小范围的磨抛,可以针对不合格的叶片进行定点磨抛,针对性强,精度高,避免合格的叶片部位被过度磨抛,并返回S7,若合格,则转至S9;
S9、判断所有叶片是否检测完全,若未检测完全,则返回S7,若检测完全,则结束检测,将合格的整体叶盘取下,完成磨抛过程。
优选地,所述步骤S6中整体叶盘的转动角度依据整体叶盘的齿数决定。
优选地,所述步骤S3中的距离传感器设置在磨抛机构上。
优选地,所述步骤S8中辅助磨抛机构的磨头尺寸小于磨抛机构的磨头尺寸。
优选地,所述步骤S4中的距离以磨头与叶片最近的距离为判定标准。
优选地,所述步骤S7中的检测标准为整体叶盘和叶片的表面完整性。
优选地,所述步骤S8中辅助磨抛机构仅适用于3-5cm2范围。
优选地,所述步骤S1中的磨抛路线和刀具角度可以根据实际情况进行调整,并重新进行计算和仿真分析。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
1、针对柔性磨抛产生接刀纹理的原因,通过理论计算与仿真分析对柔性磨具外形进行优化,使磨具更加适合整体叶盘/叶片类复杂自由曲面的磨抛加工,通过计算与仿真分析,研究磨抛导致叶盘变形情况,进而对走刀路线与刀具角度进行优化,使实际磨抛路线及刀具角度与加工过程中整体叶盘、叶片类构件外形相贴合,并针对优化后的刀具外形与走刀轨迹建立参数耦合预测模型,在保证磨抛表面粗糙度的同时,避免接刀纹理的产生;
2、利用固定机构将整体叶盘固定,转动整体叶盘,判断整体叶盘是否固定完全,若未固定完全,则重新固定,并返回步骤S2,若固定完全,不会脱落,则准备磨抛过程;
3、将磨抛机构移动至未磨抛的叶片之间,通过磨抛机构上的距离传感器检测磨抛机构的磨头与叶片间的距离;
4、判断距离是否达到标准,若没有达到5mm-10mm的标准,则适当调整磨头与叶片间的距离,并返回S3,若达到5mm-10mm的标准,则转至S5;
5、磨抛机构对位于上方的叶片底部进行磨抛,磨抛完成后,再对位于下方的叶片顶部进行磨抛;
6、判断所有叶片是否磨抛完全,若未磨抛完全,则将整体叶盘转动一定角度,并返回S3,若磨抛完全,则对整体叶盘的剩余部位进行磨抛,全部磨抛完成后,等待检测;
7、将检测机构移动至未检测的叶片之间,对叶片进行近距离检测;
8、判断叶片磨抛情况是否合格,若不合格,则利用辅助磨抛机构进行小范围的磨抛,可以针对不合格的叶片进行定点磨抛,针对性强,精度高,避免合格的叶片部位被过度磨抛,并返回S7,若合格,则转至S9;
9、判断所有叶片是否检测完全,若未检测完全,则返回S7,若检测完全,则结束检测,将合格的整体叶盘取下,完成磨抛过程。
本发明中,针对柔性磨抛产生接刀纹理的原因,通过理论计算与仿真分析对柔性磨具外形进行优化,对走刀路线与刀具角度进行优化,针对优化后的刀具外形与走刀轨迹建立参数耦合预测模型,在保证磨抛表面粗糙度的同时,避免接刀纹理的产生,提高磨抛后整体叶盘、叶片表面完整性,降低磨抛表面粗糙度,改善磨抛表面一致性,从而可以避免柔性磨抛接刀纹理的产生。
附图说明
图1为本发明提出的一种改善外表面粗糙度的整体叶盘柔性磨抛加工工艺的主体结构示意图;
图2为本发明中工作流程总图;
图3为本发明中固定整体叶盘的流程图;
图4为本发明中磨抛整体叶盘的流程图;
图5为本发明中检测整体叶盘的流程图;
图6为本发明中避免产生接刀纹理的优化流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。
实施例一
参照图1-6,一种改善外表面粗糙度的整体叶盘柔性磨抛加工工艺,包括以下步骤:
S1、对整体叶盘柔性磨抛进行分析:为避免针对柔性磨抛产生接刀纹理,通过理论计算与仿真分析对柔性磨具外形进行优化,使磨具更加适合整体叶盘/叶片类复杂自由曲面的磨抛加工,通过计算与仿真分析,研究磨抛导致叶盘变形情况,进而对走刀路线与刀具角度进行优化,使实际磨抛路线及刀具角度与加工过程中整体叶盘、叶片类构件外形相贴合,并针对优化后的刀具外形与走刀轨迹建立参数耦合预测模型,在保证磨抛表面粗糙度的同时,避免接刀纹理的产生;
S2、利用固定机构将整体叶盘固定,转动整体叶盘,判断整体叶盘是否固定完全,若未固定完全,则重新固定,并返回步骤S2,若固定完全,不会脱落,则准备磨抛过程;
S3、将磨抛机构移动至未磨抛的叶片之间,通过磨抛机构上的距离传感器检测磨抛机构的磨头与叶片间的距离;
S4、判断距离是否达到标准,若没有达到5mm的标准,则适当调整磨头与叶片间的距离,并返回S3,若达到5mm的标准,则转至S5;
S5、磨抛机构对位于上方的叶片底部进行磨抛,磨抛完成后,再对位于下方的叶片顶部进行磨抛;
S6、判断所有叶片是否磨抛完全,若未磨抛完全,则将整体叶盘转动一定角度,并返回S3,若磨抛完全,则对整体叶盘的剩余部位进行磨抛,全部磨抛完成后,等待检测;
S7、将检测机构移动至未检测的叶片之间,对叶片进行近距离检测;
S8、判断叶片磨抛情况是否合格,若不合格,则利用辅助磨抛机构进行小范围的磨抛,可以针对不合格的叶片进行定点磨抛,针对性强,精度高,避免合格的叶片部位被过度磨抛,并返回S7,若合格,则转至S9;
S9、判断所有叶片是否检测完全,若未检测完全,则返回S7,若检测完全,则结束检测,将合格的整体叶盘取下,完成磨抛过程。
本发明中,步骤S6中整体叶盘的转动角度依据整体叶盘的齿数决定。
本发明中,步骤S3中的距离传感器设置在磨抛机构上。
本发明中,步骤S8中辅助磨抛机构的磨头尺寸小于磨抛机构的磨头尺寸。
本发明中,步骤S4中的距离以磨头与叶片最近的距离为判定标准。
本发明中,步骤S7中的检测标准为整体叶盘和叶片的表面完整性。
本发明中,步骤S8中辅助磨抛机构仅适用于3cm2范围。
本发明中,步骤S1中的磨抛路线和刀具角度可以根据实际情况进行调整,并重新进行计算和仿真分析。
实施例二
参照图1-5,一种改善外表面粗糙度的整体叶盘柔性磨抛加工工艺,包括以下步骤:
S1、对整体叶盘柔性磨抛进行分析:为避免柔性磨抛产生接刀纹理的原因,通过理论计算与仿真分析对柔性磨具外形进行优化,使磨具更加适合整体叶盘/叶片类复杂自由曲面的磨抛加工,通过计算与仿真分析,研究磨抛导致叶盘变形情况,进而对走刀路线与刀具角度进行优化,使实际磨抛路线及刀具角度与加工过程中整体叶盘、叶片类构件外形相贴合,并针对优化后的刀具外形与走刀轨迹建立参数耦合预测模型,在保证磨抛表面粗糙度的同时,避免接刀纹理的产生;
S2、利用固定机构将整体叶盘固定,转动整体叶盘,判断整体叶盘是否固定完全,若未固定完全,则重新固定,并返回步骤S2,若固定完全,不会脱落,则准备磨抛过程;
S3、将磨抛机构移动至未磨抛的叶片之间,通过磨抛机构上的距离传感器检测磨抛机构的磨头与叶片间的距离;
S4、判断距离是否达到标准,若没有达到10mm的标准,则适当调整磨头与叶片间的距离,并返回S3,若达到10mm的标准,则转至S5;
S5、磨抛机构对位于上方的叶片底部进行磨抛,磨抛完成后,再对位于下方的叶片顶部进行磨抛;
S6、判断所有叶片是否磨抛完全,若未磨抛完全,则将整体叶盘转动一定角度,并返回S3,若磨抛完全,则对整体叶盘的剩余部位进行磨抛,全部磨抛完成后,等待检测;
S7、将检测机构移动至未检测的叶片之间,对叶片进行近距离检测;
S8、判断叶片磨抛情况是否合格,若不合格,则利用辅助磨抛机构进行小范围的磨抛,可以针对不合格的叶片进行定点磨抛,针对性强,精度高,避免合格的叶片部位被过度磨抛,并返回S7,若合格,则转至S9;
S9、判断所有叶片是否检测完全,若未检测完全,则返回S7,若检测完全,则结束检测,将合格的整体叶盘取下,完成磨抛过程。
本发明中,步骤S6中整体叶盘的转动角度依据整体叶盘的齿数决定。
本发明中,步骤S3中的距离传感器设置在磨抛机构上。
本发明中,步骤S8中辅助磨抛机构的磨头尺寸小于磨抛机构的磨头尺寸。
本发明中,步骤S4中的距离以磨头与叶片最近的距离为判定标准。
本发明中,步骤S7中的检测标准为整体叶盘和叶片的表面完整性。
本发明中,步骤S8中辅助磨抛机构仅适用于5cm2范围。
本发明中,步骤S1中的磨抛路线和刀具角度可以根据实际情况进行调整,并重新进行计算和仿真分析。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种改善外表面粗糙度的整体叶盘柔性磨抛加工工艺,其特征在于,包括以下步骤:
S1、对整体叶盘柔性磨抛进行分析:为避免柔性磨抛产生接刀纹理,通过理论计算与仿真分析对柔性磨具外形进行优化,使磨具更加适合整体叶盘和叶片类复杂自由曲面的磨抛加工,通过计算与仿真分析,研究磨抛导致叶盘变形情况,进而对走刀路线与刀具角度进行优化,使实际磨抛路线及刀具角度与加工过程中整体叶盘、叶片类构件外形相贴合,并针对优化后的刀具外形与走刀轨迹建立参数耦合预测模型,在保证磨抛表面粗糙度的同时,避免接刀纹理的产生;
S2、利用固定机构将整体叶盘固定,转动整体叶盘,判断整体叶盘是否固定完全,若未固定完全,则重新固定,并返回步骤S2,若固定完全,不会脱落,则准备磨抛过程;
S3、将磨抛机构移动至未磨抛的叶片之间,通过磨抛机构上的距离传感器检测磨抛机构的磨头与叶片间的距离;
S4、判断距离是否达到标准,若没有达到5mm-10mm的标准,则适当调整磨头与叶片间的距离,并返回S3,若达到5mm-10mm的标准,则转至S5;
S5、磨抛机构对位于上方的叶片底部进行磨抛,磨抛完成后,再对位于下方的叶片顶部进行磨抛;
S6、判断所有叶片是否磨抛完全,若未磨抛完全,则将整体叶盘转动一定角度,并返回S3,若磨抛完全,则对整体叶盘的剩余部位进行磨抛,全部磨抛完成后,等待检测;
S7、将检测机构移动至未检测的叶片之间,对叶片进行近距离检测;
S8、判断叶片磨抛情况是否合格,若不合格,则利用辅助磨抛机构进行小范围的磨抛,可以针对不合格的叶片进行定点磨抛,针对性强,精度高,避免合格的叶片部位被过度磨抛,并返回S7,若合格,则转至S9;
S9、判断所有叶片是否检测完全,若未检测完全,则返回S7,若检测完全,则结束检测,将合格的整体叶盘取下,完成磨抛过程。
2.根据权利要求1所述的一种改善外表面粗糙度的整体叶盘柔性磨抛加工工艺,其特征在于,所述步骤S6中整体叶盘的转动角度依据整体叶盘的齿数决定。
3.根据权利要求1所述的一种改善外表面粗糙度的整体叶盘柔性磨抛加工工艺,其特征在于,所述步骤S3中的距离传感器设置在磨抛机构上。
4.根据权利要求1所述的一种改善外表面粗糙度的整体叶盘柔性磨抛加工工艺,其特征在于,所述步骤S8中辅助磨抛机构的磨头尺寸小于磨抛机构的磨头尺寸。
5.根据权利要求1所述的一种改善外表面粗糙度的整体叶盘柔性磨抛加工工艺,其特征在于,所述步骤S4中的距离以磨头与叶片最近的距离为判定标准。
6.根据权利要求1所述的一种改善外表面粗糙度的整体叶盘柔性磨抛加工工艺,其特征在于,所述步骤S7中的检测标准为整体叶盘和叶片的表面完整性。
7.根据权利要求1所述的一种改善外表面粗糙度的整体叶盘柔性磨抛加工工艺,其特征在于,所述步骤S8中辅助磨抛机构仅适用于3-5cm2范围。
8.根据权利要求1所述的一种改善外表面粗糙度的整体叶盘柔性磨抛加工工艺,其特征在于,所述步骤S1中的磨抛路线和刀具角度可以根据实际情况进行调整,并重新进行计算和仿真分析。
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