CN114406380B - 一种电化学制孔加工行程的在线快速确定方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电化学制孔加工行程的在线快速确定方法及设备。本发明通过研制与叶片内壁型面一致的内壁对刀模块，在叶片加工时以一定的相对位置进行固定，通过对内壁对刀模块进行自动对刀，通过机床控制系统的自动运算，快速设置气膜孔加工的终点位置坐标，并将其自动写入机床加工程序中，实现气膜孔加工行程快速设置，完成双层壁叶片气膜孔加工，确保孔通透且不击伤对壁。

Description

一种电化学制孔加工行程的在线快速确定方法及设备

技术领域

本发明涉及一种双层壁冷却结构叶片气膜冷却孔电化学加工的方法及设备，属电加工工艺技术领域。

背景技术

为提高航空发动机涡轮叶片工作温度，叶片冷却结构发生了很大变化，从最早采用的对流冷却发展到现在的气膜冷却，即通过许多小孔或窄槽让冷却气流从叶片的内腔流到叶片的外表面，在叶片表面形成一道温度较低的气膜，可大幅度提高冷却效率。而在叶片的内腔结构上，采用双层壁结构，如图1、图2所示为某型双层壁结构涡轮叶片截面示意图，叶身上分布有K1-K14共计14排气膜孔6，8个隔腔7为双层壁结构内腔，其内外两层壁之间的空腔间隙大小仅为0.6-0.8mm。相比单层壁结构，双层壁结构叶片狭小内腔中分布有很多由密集扰流柱组成的冷却通道，形状复杂，可进一步提高冷却效率。但是，新结构给气膜孔的加工带来了新问题。

以现有的电液束、电解制孔工艺为例，主要的问题在于加工进给行程控制上难度很大，加工小孔穿透后，因对壁的间隙极小，如加工行程过大，会出现击伤现象，甚至会加工贯通。

具体来说，受限于狭小的内腔间隙，采用现有电化学制孔方法要想避免对壁击伤，只能精确控制加工电极的行程，要在加工小孔穿透的瞬间即刻终止加工。但在实际加工中实现难度很大。主要是因为叶片的外壁为变厚度设计，不同位置处叶片壁厚差异较大，小孔穿透的加工行程无法准确提前设定。往往需要提前对叶片的进行检测，获取各个制孔部位的壁厚数据，再逐个进行行程设置，费时费力，且在叶片安装时角度出现偏离时，其设置的行程与壁厚的偏差无法保证孔通或对壁的安全。

为了完全消除狭小内腔叶片制孔加工的对壁损伤现象，必须找到行之有效的加工行程精准确定方法，使每个小孔的加工行程均能快速设置，确保孔通透且不击伤对壁。

发明内容

(1)要解决的技术问题

本发明实施例即针对现有加工双层壁结构叶片的技术方法存在的不足，会在一定概率上损伤到内腔对壁的问题，提出了一种精确在线快速设置气膜孔加工行程的方法，解决内腔对壁击伤的问题。

(2)技术方案

第一方面，本发明的实施例提出了一种电化学制孔加工行程的在线快速确定方法，包括：

根据双层壁结构叶片的设计图纸，提取叶片内层壁型面设计参数，制造外轮廓型面与叶片内层壁型面完全一致的内壁对刀模块；

调整当前加工叶片与所述内壁对刀模块的位姿，使二者在空间位置中角度、方向矢量保持一致后，进行固定，使得二者之间通过X、Y方向的平移即可实现对刀样件与双层壁叶片内壁型面完全重合，即二者之间基准零点仅存在X和Y方向的位移关系，测量二者之间的X，Y方向位置坐标差值，即△x、△y；

加工前，调整所述叶片与内壁对刀模块的角度、位置，使电极加工方向，即Z方向与待加工气膜孔矢量方向一致，通过电极对刀，测量叶片外层壁面气膜孔坐标(X₁，Y₁，Z₁)；

将对刀电极沿X方向移动△x距离，Y方向移动△y距离，使得所述对刀电极移动至所述内壁对刀模块的位置，通过电极对刀，测量所述内壁对刀模块外轮廓型面气膜孔坐标(X₂，Y₂，Z₂)，此时的Z₂即为双层壁叶片内层壁面气膜孔Z方向坐标值；

按气膜孔加工初始点坐标值(X₁，Y₁，Z₁’)，其中Z₁’＝Z₁+初始间隙，终止点坐标值(X₁，Y₁，Z₂)，完成当前加工叶片每个孔加工行程的设定；

按设定的气膜孔加工行程进行加工。

进一步地，所述当前加工叶片与所述内壁对刀模块分别通过第一夹具和第二夹具固定在车床上，所述第一夹具和第二夹具之间存在固定位置关系差值(△x，△y)。

进一步地，所述按气膜孔加工初始点坐标值(X₁，Y₁，Z₁’)，其中Z₁’＝Z₁+初始间隙，终止点坐标值(X₁，Y₁，Z₂)，完成当前加工叶片每个孔加工行程的设定，具体包括：

移动对刀电极，回到初始位置点(X₁，Y₁，Z₁)，回退一个初始间隙δ，初始位置变更为(X₁，Y₁，Z₁’)，终止点坐标值(X₁，Y₁，Z₂)，其加工行程L＝Z₂-Z₁’，将初始加工位置坐标(X₁，Y₁，Z₁’)与加工行程L写入加工程序中。

第二方面，提供了一种叶片加工设备，采用上述的一种电化学制孔加工行程的在线快速确定方法。

(3)有益效果

本发明研制了与叶片内壁型面一致的内壁对刀模块，在叶片加工时以一定的相对位置进行固定，通过对内壁对刀模块进行自动对刀，通过机床控制系统的自动运算，快速设置气膜孔加工的终点位置坐标，并将其自动写入机床加工程序中，实现气膜孔加工行程快速设置，完成双层壁叶片气膜孔加工，确保孔通透且不击伤对壁。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的双层壁结构叶片的的总体结构示意图。

图2是叶身截面厚度示意图。

图3是气膜孔加工位置获取方案示意图。

图中：

1-对刀电极；2-叶片；3-内壁对刀模块；4-第一夹具；5-第二夹具；6-气膜孔；7-隔腔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，但不能用来限制本发明的范围，即本发明不限于所描述的实施例，在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了零件、部件和连接方式的任何修改、替换和改进。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参照附图并结合实施例来详细说明本申请。

本发明实施例提供的一种电化学制孔加工行程的在线快速确定方法，包括：

步骤S110、根据双层壁结构叶片的设计图纸，提取叶片内层壁型面设计参数，制造外轮廓型面与叶片内层壁型面完全一致的内壁对刀模块；

具体的，本步骤中，如图3所示为对刀电极1与叶片2的位置关系。提取叶片2中虚线部分(叶片内层壁型面)的设计参数，作为内壁对刀模块3的设计依据，完全复制，制造出外轮廓型面与该部分完全一致的内壁对刀模块3。

步骤S120、调整当前加工叶片与所述内壁对刀模块的位姿，使二者在空间位置中角度、方向矢量保持一致后，进行固定，使得二者之间通过X、Y方向的平移即可实现对刀样件与双层壁叶片内壁型面完全重合，即二者之间基准零点仅存在X和Y方向的位移关系，测量二者之间的X，Y方向位置坐标差值，即△x、△y；

具体的，本步骤中，如图3所示，叶片2和内壁对刀模块3通过第一夹具4、第二夹具5固定在机床上，第一夹具4、第二夹具5之间存在固定位置关系差值(△x，△y)。通过夹具定位，使叶片2和内壁对刀模块3的基准零点坐标Z值相等，且二者在空间位置中角度、方向矢量一致，无翻转关系。此时，叶片2和内壁对刀模块3之间存在X，Y方向位置坐标差值，即△x、△y。

步骤S130、加工前，调整所述叶片与内壁对刀模块的角度、位置，使电极加工方向，即Z方向与待加工气膜孔矢量方向一致，通过电极对刀，测量叶片外层壁面气膜孔坐标(X₁，Y₁，Z₁)；

具体的，本步骤中，如图3所示，调整叶片2位置，使对刀电极1进给方向(Z方向)与待加工气膜孔矢量方向一致。调整对刀电极1，接近叶片2，待对刀电极1与叶片2表面接触时，读取气膜孔坐标数值(X₁，Y₁，Z₁)。

步骤S140、将对刀电极沿X方向移动△x距离，Y方向移动△y距离，使得所述对刀电极移动至所述内壁对刀模块的位置，通过电极对刀，测量所述内壁对刀模块外轮廓型面气膜孔坐标(X₂，Y₂，Z₂)，此时的Z₂即为双层壁叶片内层壁面气膜孔Z方向坐标值；

具体的，本步骤中，移动对刀电极1，X方向移动△x距离，Y方向移动△y距离，使得对刀电极1移动至内壁对刀模块3上方，水平坐标值为(X₂＝X₁+△x，Y₂＝Y₁+△y)。调整对刀电极1，接近内壁对刀模块3，待对刀电极1与内壁对刀模块3表面接触时，读取气膜孔坐标数值(X₂，Y₂，Z₂)。

步骤S150、按气膜孔加工初始点坐标值(X₁，Y₁，Z₁’)，其中Z₁’＝Z₁+初始间隙，终止点坐标值(X₁，Y₁，Z₂)，完成当前加工叶片每个孔加工行程的设定；

具体的，本步骤中，如图3所示，移动对刀电极1，回到初始位置点(X₁，Y₁，Z₁)，回退一个初始间隙δ，初始位置变更为(X₁，Y₁，Z₁’)，，终止点坐标值(X₁，Y₁，Z₂)，其加工行程L＝Z₂-Z₁’，将初始加工位置坐标(X₁，Y₁，Z₁’)与加工行程L写入加工程序中。

步骤S160、按设定的气膜孔加工行程进行加工。

具体的，本步骤中，按照以上相同的步骤完成对每个孔的设定之后，即可按每个孔设定的初始位置和加工行程进行逐孔加工。

以某型双层壁结构涡轮叶片K₁排气膜孔加工为例，按照以上方法，通过对刀获取每个气膜孔初始和终止加工位置坐标，初始间隙设为0.3mm，确定初始加工位置(X₁，Y₁，Z₁’)与加工行程L，如表1所示。

表1 K1排气膜孔初始和终止加工位置坐标数据

上述参数通过系统自动写入加工程序中，完成叶片制孔。通过精确化的行程加工设置，在确保通孔的前提下，实现了小间隙内腔对壁的有效保护。

第二方面，本发明还提供了一种叶片加工设备，采用上述的一种电化学制孔加工行程的在线快速确定方法。

需要明确的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不限制于本申请。在不脱离本发明的范围的情况下对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围内。

Claims (4)

1.一种电化学制孔加工行程的在线快速确定方法，其特征在于，包括：

根据双层壁结构叶片的设计图纸，提取叶片内层壁型面设计参数，制造外轮廓型面与叶片内层壁型面完全一致的内壁对刀模块；

调整当前加工叶片与所述内壁对刀模块的位姿，使二者在空间位置中角度、方向矢量保持一致后，进行固定，使得二者之间通过X、Y方向的平移即可实现对刀样件与双层壁叶片内壁型面完全重合，即二者之间基准零点仅存在X和Y方向的位移关系，测量二者之间的X，Y方向位置坐标差值，即△x、△y；

加工前，调整所述叶片与内壁对刀模块的角度、位置，使电极加工方向，即Z方向与待加工气膜孔矢量方向一致，通过电极对刀，测量叶片外层壁面气膜孔坐标(X₁，Y₁，Z₁)；

将对刀电极沿X方向移动△x距离，Y方向移动△y距离，使得所述对刀电极移动至所述内壁对刀模块的位置，通过电极对刀，测量所述内壁对刀模块外轮廓型面气膜孔坐标(X₂，Y₂，Z₂)，此时的Z₂即为双层壁叶片内层壁面气膜孔Z方向坐标值；

按气膜孔加工初始点坐标值(X₁，Y₁，Z₁’)，其中Z₁’＝Z₁+初始间隙，终止点坐标值(X₁，Y₁，Z₂)，完成当前加工叶片每个孔加工行程的设定；

按设定的气膜孔加工行程进行加工。

2.根据权利要求1所述的一种电化学制孔加工行程的在线快速确定方法，其特征在于，所述当前加工叶片与所述内壁对刀模块分别通过第一夹具和第二夹具固定在车床上，所述第一夹具和第二夹具之间存在固定位置关系差值(△x，△y)。

3.根据权利要求1或2所述的一种电化学制孔加工行程的在线快速确定方法，其特征在于，所述按气膜孔加工初始点坐标值(X₁，Y₁，Z₁’)，其中Z₁’＝Z₁+初始间隙，终止点坐标值(X₁，Y₁，Z₂)，完成当前加工叶片每个孔加工行程的设定，具体包括：

移动对刀电极，回到初始位置点(X₁，Y₁，Z₁)，回退一个初始间隙δ，初始位置变更为(X₁，Y₁，Z₁’)，终止点坐标值(X₁，Y₁，Z₂)，其加工行程L＝Z₂-Z₁’，将初始加工位置坐标(X₁，Y₁，Z₁’)与加工行程L写入加工程序中。

4.一种叶片加工设备，其特征在于，采用如权利要求1-3任一项所述的一种电化学制孔加工行程的在线快速确定方法。

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