CN113829197B - 一种精锻叶片砂带磨削方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种精锻叶片砂带磨削方法和系统，属于航空发动机叶片制造技术领域，基于在线检测叶片型面各控制点处沿法向相对于理论位置的偏差值，根据在线检测结果，评价叶身型面的轮廓度，确定各控制点处的磨削量，计算多层磨削轨迹，并确定磨削轨迹上各控制点处的法向磨削压力及砂带进给速度，然后进行磨削加工。完成加工后，再次经在线检测系统检测，如果轮廓度不合格，则需继续磨削，直到合格为止。通过规划多层磨削轨迹，避免了在需要磨削的量较大的区域，因砂带的单次磨削量不够而导致磨削量偏小，从而增加检测、磨削次数的问题，大幅缩短加工时间，提高加工效率。

Description

一种精锻叶片砂带磨削方法和系统

技术领域

本发明属于航空发动机叶片制造技术领域，涉及一种精锻叶片砂带磨削方法和系统。

背景技术

砂带磨削主要分为两种，一是恒定磨削量的磨削，主要通过调整磨削压力或改变进给速度来实现，目的是提高表面质量，另一种是自适应磨削,磨削量根据检测的结果进行调整，进一步提高尺寸精度。

现有的专利中，恒量磨削通过调整进给速度来使磨削深度保持恒定，而自适应磨削则通过调整零件与砂带接触或调整磨削压力来实现。精锻叶片终锻之后，叶身型面存在局部尺寸高点或者表面锻造缺陷，需要对叶身型面进行精整加工。由于砂带磨削能力的限制，叶身型面的厚度、轮廓度等要求较高。磨削量较大的高点处无法一次磨削完成，需要通过多次检测、磨削来完成精锻叶片叶身型面修整。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中，磨削量较大的高点处需要通过多次检测、磨削来完成精锻叶片叶身型面修整的缺点，提供一种精锻叶片砂带磨削方法和系统。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种精锻叶片砂带磨削方法，包括如下步骤：

步骤1)基于不同的砂带进行磨削试验，建立砂带磨损补偿模型；

步骤2)设定砂带单次磨削量，结合砂带磨损补偿模型，选择砂带、进给速度和法向磨削压力，并设置砂带磨损补偿参数；

步骤3)在叶片型面上设置若干个控制点，通过在线检测获取叶片型面各控制点处沿法向相对于理论位置的偏差值，基于叶片型面各控制点处的偏差值，判断叶片型面的轮廓度是否合格；

合格，则结束加工；

不合格，则进行步骤4)，继续对叶身型面进行加工；

步骤4)通过各控制点的偏差值，计算各控制点的磨削量，结合步骤2)中预先设定的砂带单次磨削量，计算获取多层磨削轨迹；

步骤5)基于磨削轨迹对叶片砂带进行磨削加工，加工完成后，返回步骤3)。

优选地，步骤1)具体为：

基于不同的砂带进行磨削试验，得到不同进给速度、不同法向磨削压力下的磨削量，及磨削量的变化与砂带使用时间之间的关系，进一步建立砂带磨损补偿模型。

优选地，步骤2)中，砂带磨损补偿参数包括砂带寿命、进给速度的补偿系数；

砂带单次磨削量为待加工叶片型面轮廓度的1/3～1/2。

优选地，步骤3)中，控制点的设置具体为：将叶身型面沿纵向分为若干个截面，每个截面设置若干个控制点。

优选地，步骤4)中，各控制点的磨削量是以偏差最小点为基准进行计算得到的。

优选地，步骤4)中，多层磨削轨迹的计算过程为：

基于各控制点的磨削量，结合预先设定的砂带单次磨削量，计算各控制点的磨削次数；

若控制点的磨削量小于等于预先设定的砂带单次磨削量，则磨削次数为零；

若控制点的磨削量大于预先设定的砂带单次磨削量，则磨削次数为控制点的磨削量与预先设定的砂带单次磨削量之间的比值。

优选地，步骤4)中，多层磨削轨迹包括需要磨削的区域和过渡区域；

在磨削需要磨削的区域时，按照设定的进给速度和法向磨削压力进行磨削；

在磨削过渡区域时，进给速度为预先设定的进给速度的3～5倍，法向磨削压力为零。

优选地，步骤5)中，磨削加工时，根据砂带的使用时长对进给速度进行补偿；

V1＝V0(1-K*T1/T)

其中，V0为砂带使用时长为零时的进给速度，单位为m/s；V1为砂带使用时长为T1时的进给速度，单位为m/s；T1为砂带使用时长，单位为min；K为进给速度的补偿系数。

一种精锻叶片砂带磨削系统，包括：

模型建立单元，用于对不同的砂带进行磨削试验，建立砂带磨损补偿模型；

参数选取单元，与模型建立单元相交互，基于设定的砂带单次磨削量，结合砂带磨损补偿模型，选择砂带、进给速度和法向磨削压力，并选取砂带磨损补偿参数；

评估单元，用于在叶片型面上设置若干个控制点，获取叶片型面各控制点处的沿法向相对于理论位置的偏差值，基于叶片型面各控制点处的偏差值，判断叶片型面的轮廓度是否合格；

磨削轨迹单元，与评估单元相交互，通过各控制点的偏差值，计算各控制点的磨削量，结合预先设定的砂带单次磨削量，计算获取多层磨削轨迹；

磨削加工单元，分别与磨削轨迹单元和评估单元相交互，基于磨削轨迹对叶片砂带进行磨削加工。

优选地，磨削轨迹单元包括比较判断模块；

比较判断模块用于基于各控制点的磨削量，结合预先设定的砂带单次磨削量，计算各控制点的磨削次数。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明公开了一种精锻叶片砂带磨削方法，基于在线检测叶片型面各控制点处沿法向相对于理论位置的偏差值，根据在线检测结果，评价叶身型面的轮廓度，确定各控制点处的磨削量，计算多层磨削轨迹，并确定磨削轨迹上各控制点处的法向磨削压力及砂带进给速度，然后进行磨削加工。完成加工后，再次经在线检测系统检测，如果轮廓度不合格，则需继续磨削，直到合格为止。通过规划多层磨削轨迹，避免了在需要磨削的量较大的区域，因砂带的单次磨削量不够而导致磨削量偏小，从而增加检测、磨削次数的问题，大幅缩短加工时间，提高加工效率。

进一步地，为了防止叶身表面出现波纹、台阶，在磨削过程中，除了在需要磨削的区域进行磨削外，在磨削区域周围增加了过渡区域，在过渡区域内采用将法向磨削压力设为零，进给速度加快的方法，确保了磨削量基本为零，既保证了型面的厚度不会因过度磨削而偏小导致出现超差，也保证了磨削区域与过渡区域的光滑转接，提高整个型面的表面质量。

本发明还公开了一种精锻叶片砂带磨削系统，包括五个单元，分别为模型建立单元用于对不同的砂带进行磨削试验，建立砂带磨损补偿模型；参数选取单元基于设定的砂带单次磨削量，结合砂带磨损补偿模型，选择砂带、进给速度和法向磨削压力，并选取砂带磨损补偿参数；评估单元用于在叶片型面上设置若干个控制点，获取叶片型面各控制点处的沿法向相对于理论位置的偏差值，基于叶片型面各控制点处的偏差值，判断叶片型面的轮廓度是否合格；磨削轨迹单元通过各控制点的偏差值，计算各控制点的磨削量，结合步骤2)中预先设定的砂带单次磨削量，计算获取多层磨削轨迹；磨削加工单元是基于磨削轨迹对叶片砂带进行磨削加工。该系统设计严谨，能够显著提高加工效率，实用性较强。

附图说明

图1为实施例2中的加测点分布图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

实施例1

一种精锻叶片砂带磨削方法，包括如下步骤：

步骤1)基于不同的砂带进行磨削试验，建立砂带磨损补偿模型；

步骤2)设定砂带单次磨削量，结合砂带磨损补偿模型，选择砂带、进给速度和法向磨削压力，并设置砂带磨损补偿参数；

步骤3)在叶片型面上设置若干个控制点，获取叶片型面各控制点处沿法向相对于理论位置的偏差值，基于叶片型面各控制点处的偏差值，判断叶片型面的轮廓度是否合格；

合格，则结束加工；

不合格，则进行步骤4)，继续对叶身型面进行加工；

步骤4)通过各控制点的偏差值，计算各控制点的磨削量，结合步骤2)中预先设定的砂带单次磨削量，计算获取多层磨削轨迹；

步骤5)基于磨削轨迹对叶片砂带进行磨削加工，加工完成后，返回步骤3)。

实施例2

一种精锻叶片砂带磨削方法，包括如下步骤：

1)除进给速度、法向磨削压力外，给定其余参数，针对选用的砂带进行磨削试验，得到不同进给速度、法向磨削压力下的磨削量，以及随使用时长的增加，磨削量的变化情况，确定砂带磨损补偿参数，包括砂带寿命、进给速度的补偿系数。

2)砂带单次磨削量M_d按被加工叶片型面轮廓度的1/3设定，以此选择合适的砂带、进给速度、法向磨削压力，并设置砂带磨损补偿参数。

3)将叶身型面沿纵向分为若干个截面，每个截面设置若干个控制点，在线检测系统测量叶片型面各控制点处的偏差值。

4)根据各控制点处的偏差值，评价叶身型面的轮廓度，如不合格，则需对叶身型面进行加工。以磨削叶背为例，具体加工方法如下：

41)通过各控制点处的偏差值计算各控制点的磨削量。计算方法是以偏差最小点为基准，计算各控制点的磨削量M_i；

42)重新规划多层磨削轨迹。根据步骤41)中计算得到的各控制点的磨削量M_i、单次磨削量M_d，计算各控制点的磨削次数N_i。

如果M_i≤M_d，则N_i＝0；

如果M_i>M_d，N_i＝M_i/M_d，N_i四舍五入取整，最大磨削次数N_max＝max{N_i}，即需要分成N_max次进行磨削，第一次只磨削N_i＝N_max的控制点附近的区域，第二次只磨削N_i≥N_max-1的控制点附近的区域，第三次只磨削N_i≥N_max-2的控制点附近的区域，依次类推...，最后一次只磨削Ni＝1的控制点附近的区域。

43)为了提高表面质量，防止产生波纹等缺陷，在只磨削局部区域时，需要在磨削部位周围增加过渡区域。在磨削需要磨削的磨削区域时，按设定的进给速度，法向磨削压力进行磨削。在磨削过渡区域时，进给速度加快(进给速度为预先设定的进给速度的5倍)，法向磨削压力设为0。

5)磨削加工，在加工过程中，根据砂带的使用时长对进给速度进行补偿,降低砂带磨损对磨削量的影响。

磨削加工时，根据砂带的使用时长对进给速度进行补偿；

V1＝V0(1-K*T1/T)

其中，V0为砂带使用时长为零时的进给速度，单位为m/s；V1为砂带使用时长为T1时的进给速度，单位为m/s；T1为砂带使用时长，单位为min；K为进给速度的补偿系数。

6)在线检测系统测量各控制点处的尺寸，评价叶身型面的轮廓度是否合格。如果合格，则磨削完成；如果不合格则继续步骤(4)、(5)、(6)，直到尺寸检测合格为止。

实施例3

以磨削某级风扇叶片为例

步骤1)选用120#的砂带，除进给速度、法向磨削压力外，砂带线速度25m/s,进行磨削试验，得到该砂带不同进给速度、法向磨削压力下的磨削量。

步骤2)给定各参数，使用选用的120#砂带进行磨削试验，得到该砂带随使用时长的增加磨削量的变化情况，确定砂带磨损补偿参数，包括砂带寿命50min,砂带磨损补偿方式为线性补偿，砂带磨损补偿系数30％，即在使用时长为50min时，进给速度降低30％，其余使用时长采用线性插值的方式进行计算。

步骤3)叶片厚度公差为^+0.40 _+0.20轮廓度为0.10mm。砂带单次磨削量设定为0.05mm，根据步骤1)的试验结果，选用120#砂带，进给速度设为50mm/s、法向磨削压力设为0.8MPa。按步骤2)获得的参数设置砂带磨损补偿参数。

步骤4)将叶身型面沿纵向等距分为13个截面，每个截面横向等距设置5各检测点，在线检测系统测量叶后各检测点处的尺寸。检测点分布见图1。

步骤5)根据各控制点处的尺寸，评价叶身型面的轮廓度，如不合格，则需对叶身型面进行加工。以磨削叶背为例，具体加工右法如下：

51)通过各控制点处的偏差值计算各控制点的磨削量。计算方法是以偏差最小点为基准，计算各控制点的磨削量M_i；

52)重新规划多层磨削轨迹。根据步骤51)中计算得到的各控制点的磨削量M_i、单次磨削量M_d，计算各控制点的磨削次数N_i。

如果M_i≤M_d，则N_i＝0；

如果M_i>M_d,N_i＝M_i/M_d，N_i四舍五入取整，最大磨削次数N_max＝max{N_i}，即需要分成N_max次进行磨削，第一次只磨削N_i＝N_max的控制点附近的区域，第二次只磨削N_i≥N_max-1的控制点附近的区域，第三次只磨削N_i≥N_max-2的控制点附近的区域，依次类推...，最后一次只磨削Ni＝1的控制点附近的区域。

53)为了提高表面质量，防止产生波纹等缺陷，在只磨削局部区域时，需要在磨削部位周围增加过渡区域。多层磨削轨迹包括需要磨削的区域和过渡区域；在磨削需要磨削的磨削区域时，进给速度为50mm/s、法向磨削压力为0.8MPa。在磨削过渡区域时，进给速度为150mm/s、法向磨削压力为0MPa。

步骤6)磨削加工，在加工过程中，根据砂带的使用时长对进给速度进行补偿,降低砂带磨损对磨削量的影响。

步骤7)在线检测系统测量各控制点处的尺寸，评价叶身型面的轮廓度是否合格。如果合格，则磨削完成；如果不合格则继续步骤(5)、(6)、(7)，直到尺寸检测合格为止。

实施例4

一种精锻叶片砂带磨削系统，包括：

模型建立单元，用于对不同的砂带进行磨削试验，建立砂带磨损补偿模型；

参数选取单元，与模型建立单元相交互，基于设定的砂带单次磨削量，结合砂带磨损补偿模型，选择砂带、进给速度和法向磨削压力，并选取砂带磨损补偿参数；

评估单元，用于在叶片型面上设置若干个控制点，获取叶片型面各控制点处的沿法向相对于理论位置的偏差值，基于叶片型面各控制点处的偏差值，判断叶片型面的轮廓度是否合格；

磨削轨迹单元，与评估单元相交互，通过各控制点的偏差值，计算各控制点的磨削量，结合预先设定的砂带单次磨削量，计算获取多层磨削轨迹；

磨削加工单元，分别与磨削轨迹单元和评估单元相交互，基于磨削轨迹对叶片砂带进行磨削加工。磨削轨迹单元包括比较判断模块；比较判断模块用于基于各控制点的磨削量，结合预先设定的砂带单次磨削量，计算各控制点的磨削次数。

综上所述，本发明方法是一种用于精修精锻叶片叶身型面存在的局部字体高点或者表面缺陷的自适应砂带磨削方法。通过规划多层磨削轨迹，避免了在需要磨削的量较大的区域，因砂带的单次磨削量不够而导致磨削量偏小，从而增加检测、磨削次数的问题，大幅缩短加工时间，提高加工效率。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种精锻叶片砂带磨削方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1）基于不同的砂带进行磨削试验，建立砂带磨损补偿模型；

步骤2）设定砂带单次磨削量，结合砂带磨损补偿模型，选择砂带、进给速度和法向磨削压力，并设置砂带磨损补偿参数；

步骤3）在叶片型面上设置若干个控制点，通过在线检测获取叶片型面各控制点处沿法向相对于理论位置的偏差值，基于叶片型面各控制点处的偏差值，判断叶片型面的轮廓度是否合格；

合格，则结束加工；

不合格，则进行步骤4），继续对叶身型面进行加工；

步骤4）通过各控制点的偏差值，计算各控制点的磨削量，结合步骤2）中预先设定的砂带单次磨削量，计算获取多层磨削轨迹；

步骤5）基于磨削轨迹对叶片砂带进行磨削加工，加工完成后，返回步骤3）；

步骤1）具体为：

基于不同的砂带进行磨削试验，得到不同进给速度、不同法向磨削压力下的磨削量，及磨削量的变化与砂带使用时间之间的关系，进一步建立砂带磨损补偿模型；步骤5）中，磨削加工时，根据砂带的使用时长对进给速度进行补偿；

V1=V0(1-K*T1/T)

其中，V0为砂带使用时长为零时的进给速度，单位为m/s；V1为砂带使用时长为T1时的进给速度，单位为m/s；T1为砂带使用时长，单位为min；K为进给速度的补偿系数。

2.根据权利要求1所述的精锻叶片砂带磨削方法，其特征在于，步骤2）中，砂带磨损补偿参数包括砂带寿命、进给速度的补偿系数；

砂带单次磨削量为待加工叶片型面轮廓度的1/3~1/2。

3.根据权利要求1所述的精锻叶片砂带磨削方法，其特征在于，步骤3）中，控制点的设置具体为：将叶身型面沿纵向分为若干个截面，每个截面设置若干个控制点。

4.根据权利要求1所述的精锻叶片砂带磨削方法，其特征在于，步骤4）中，各控制点的磨削量是以偏差最小点为基准进行计算得到的。

5.根据权利要求1所述的精锻叶片砂带磨削方法，其特征在于，步骤4）中，多层磨削轨迹的计算过程为：

基于各控制点的磨削量，结合预先设定的砂带单次磨削量，计算各控制点的磨削次数；

若控制点的磨削量小于等于预先设定的砂带单次磨削量，则磨削次数为零；

若控制点的磨削量大于预先设定的砂带单次磨削量，则磨削次数为控制点的磨削量与预先设定的砂带单次磨削量之间的比值。

6.根据权利要求1所述的精锻叶片砂带磨削方法，其特征在于，步骤4）中，多层磨削轨迹包括需要磨削的区域和过渡区域；

在磨削需要磨削的磨削区域时，按照设定的进给速度和法向磨削压力进行磨削；

在磨削过渡区域时，进给速度为预先设定的进给速度的3~5倍，法向磨削压力为零。

7.一种基于上述权利要求1至6任一项所述的精锻叶片砂带磨削方法的磨削系统，其特征在于，包括：

模型建立单元，用于对不同的砂带进行磨削试验，建立砂带磨损补偿模型；

参数选取单元，与模型建立单元相交互，基于设定的砂带单次磨削量，结合砂带磨损补偿模型，选择砂带、进给速度和法向磨削压力，并选取砂带磨损补偿参数；

评估单元，用于在叶片型面上设置若干个控制点，获取叶片型面各控制点处的沿法向相对于理论位置的偏差值，基于叶片型面各控制点处的偏差值，判断叶片型面的轮廓度是否合格；

磨削轨迹单元，与评估单元相交互，通过各控制点的偏差值，计算各控制点的磨削量，结合预先设定的砂带单次磨削量，计算获取多层磨削轨迹；

磨削加工单元，分别与磨削轨迹单元和评估单元相交互，基于磨削轨迹对叶片砂带进行磨削加工。

8.根据权利要求7所述的精锻叶片砂带磨削系统，其特征在于，磨削轨迹单元包括比较判断模块；

比较判断模块用于基于各控制点的磨削量，结合预先设定的砂带单次磨削量，计算各控制点的磨削次数。

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