CN114833382A - 风扇叶片叶尖长度的加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种风扇叶片叶尖长度的加工方法，包括磨削或铣削风扇叶片叶尖。采用磨削时，在外圆磨床的主轴上同轴安装风扇整体安装盘作为夹具，沿着风扇整体安装盘的圆周方向布满风扇叶片，使得风扇叶片的叶尖以外圆磨床的主轴为旋转轴线同时转动，通过外圆磨床的砂轮磨削风扇叶片叶尖。采用铣削时，选择带有平面工作台的立式数控铣床，通过柱铣刀的侧刃沿叶尖理论轮廓线铣削风扇叶片叶尖。本发明通过不同的加工方式精确控制风扇叶片的叶尖长度，适应了不同的加工需求。

Description

风扇叶片叶尖长度的加工方法
技术领域
本发明涉及风扇叶片进行叶尖长度加工的方法，属于机械加工技术领域。
背景技术
风扇转子叶片是航空发动机引入气流的关键部件，叶片的尺寸及展弦比较大；风扇叶尖与机匣内壁的缝隙极为关键，叶片在工作时高速旋转，缝隙越小时发动机的进气效率越高，发动机推力性能越好；缝隙越大在发动机空气流场内会存在漏气，严重降低发动机的核心机工作效率，大幅减小输出推力。同时，缝隙也不能太小，必须保证叶尖不允许与机匣内壁摩擦干涉，以防止叶片高速旋转打伤机匣，所以风扇转子叶片的叶尖长度公差控制非常严格。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明旨在提供一种风扇叶片叶尖长度的加工方法，通过不同的加工方式精确控制风扇叶片的叶尖长度，适应不同的加工需求。
为实现上述目的，本发明采用了下述技术方案：
风扇叶片叶尖长度的加工方法，包括磨削或铣削风扇叶片叶尖。
作为一种选择，采用外圆磨床，在外圆磨床的主轴上同轴安装风扇整体安装盘作为夹具，沿着风扇整体安装盘的圆周方向布满风扇叶片，使得风扇叶片的叶尖以外圆磨床的主轴为旋转轴线同时转动，通过外圆磨床的砂轮磨削风扇叶片叶尖。上述方法的原理是模拟风扇叶片实际旋转时的状态，多片风扇叶片绕同一根轴线旋转，通过控制磨床主轴为圆心的外圆径向长度来控制风扇叶片的叶尖长度，使得多片风扇叶片的叶尖长度统一。风扇整体安装盘作为连接磨床主轴和风扇叶片的夹具，其中心位置与磨床主轴固定，其外圆周与多片叶片的榫头固定。
作为一种选择，采用带有平面工作台的立式数控铣床，通过柱铣刀铣削风扇叶片叶尖。
进一步，铣削风扇叶片叶尖还包括风扇叶片的装夹，风扇叶片装夹采用榫头定位，先将风扇叶片榫头装入夹具夹头中夹紧，再用压块将风扇叶片叶尖位置压住。
作为一种选择，铣削风扇叶片时，风扇叶片用过定位的方式夹紧在支撑块上，叶尖的被加工面与立式数控铣床主轴平行。
作为一种选择，所述柱铣刀的刀刃底部圆心低于风扇叶片叶尖面，确保柱铣刀的侧刃完整覆盖叶尖的被加工面。
作为一种选择，所述柱铣刀沿叶尖理论轮廓线驱动走刀，铣削共分两次进行，第一次粗铣时沿叶尖粗铣外沿轮廓驱动线铣削去除大部分叶尖长度方向上加工余量，第二次铣削时柱铣刀的进给速度降低，沿叶尖精铣外沿轮廓驱动线开始加工去除叶尖长度方向上少量的余量形成最终轮廓。叶尖粗铣外沿轮廓驱动线和叶尖精铣外沿轮廓驱动线是两条形状完全相同的曲线，曲线的形状与叶尖理论轮廓线一致，叶尖精铣外沿轮廓驱动线由叶尖粗铣外沿轮廓驱动线偏置一个加工距离得到。这里的“外沿”是指沿着叶尖理论轮廓线外侧。
作为一种选择，铣削风扇叶片叶尖时还包括测量叶尖长度尺寸，当出现长度尺寸超差的情况时，调整柱铣刀运行轨迹，在叶尖超差的位置提取多个点并调整进入合格范围内，重新连接提取点获得叶尖理论轮廓线，生成新的刀具轨迹后重复铣削过程。
与现有技术相比，本发明根据风扇叶片的尺寸大小、设备要求等特点将叶尖长度的加工方法分为两个方向，即磨削或铣削，本发明的风扇叶片叶尖长度加工方法具有如下优势：
(1)当采用磨削方法时，叶尖长度加工方法是将多块风扇叶片装配到组合夹具上(风扇整体安装盘)，在高精度外圆磨床上组合磨削，这种加工方法接近于风扇转子叶片的实际工作状态，具有叶尖长度一致性较好的特点，适合于尺寸较小的风扇叶片。但缺点是需要大型的磨床(与夹具组装后风扇叶片的叶尖旋转外圆半径较大)，组合夹具的装夹定位困难，对加工操作人员的素质要求高，需要边加工边测量，操作不当容易导致多块风扇叶片全部报废，经济损失巨大。
(2)当采用铣削方法时，每次加工只加工一块风扇叶片，加工完成后可立即测量，方便对下一件的加工作出调整。装夹简便，不用对叶片进行装配后组合加工，具有加工效率较高、过程稳定可靠以及可调整性高的特点。这种加工方法对设备精度要求相对较低，适合尺寸较大的风扇叶片，可降低生产成本，提升加工效率。
附图说明
图1为风扇叶片的叶尖外沿轮廓驱动线示意图；
图2为叶尖铣削加工示意图；
图3为叶尖理论轮廓线形成过程示意图；
图4为采用磨床磨削风扇叶片叶尖的示意图；
图5为风扇叶片铣削时的装夹示意图；
图中，1-磨床；2-砂轮；3-磨床主轴；4-风扇叶片；5-风扇整体安装盘；6-尾座；7-压块；8-支撑块；9-机床工作台；10-夹头；11-叶尖提取点；12-叶尖理论轮廓线；13-侧刃；14-走刀轨迹；15-叶尖的被加工面；16-叶尖粗铣外沿轮廓驱动线；17-叶尖精铣外沿轮廓驱动线。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明，但不应就此理解为本发明所述主题的范围仅限于以下的实施例，在不脱离本发明上述技术思想情况下，凡根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种修改、替换和变更，均包括在本发明的范围内。
实施例1
如图4所示，本实施例中的方法适用于小尺寸风扇叶片4的叶尖长度加工。当采用磨削方式加工风扇叶片4的叶尖时，将多块风扇叶片4装配到风扇整体安装盘5上，然后将风扇整体安装盘5安装在高精度外圆磨床1的磨床主轴3上，风扇整体安装盘5的另一端通过尾座6顶紧，多块风扇叶片4以磨床主轴3为旋转轴线旋转，最后采用砂轮2进行风扇叶片4的叶尖长度磨削。
实施例2
如图1、图2、图3和图5所示，本实施例中的加工方法适用于对大尺寸的风扇叶片4的叶尖长度进行加工。加工时，使用三轴或四轴带有平面工作台的立式数控铣床，将风扇叶片4对应的夹具固定安装在机床工作台9上并找正。使用大直径的柱铣刀，利用刀具的侧刃13进行铣削加工。
风扇叶片4装夹用榫头定位，先将风扇叶片4的榫头装入夹具夹头10中夹紧(夹头10为常规的榫头夹具)，再用压块7将叶片叶尖位置压住，加工时，风扇叶片4用过定位的方式夹紧在支撑块8上，叶尖的被加工面15与机床主轴平行；柱铣刀的刀刃底部圆心要低于叶片叶尖面，确保柱铣刀的侧刃13能完整覆盖叶尖的被加工面15。柱铣刀沿风扇叶片4的叶尖理论轮廓线12驱动走刀，走刀轨迹14如图2所示，如图1所示，铣削共分两次进行：第一次粗铣时沿叶尖粗铣外沿轮廓驱动线16铣削去除大部分叶尖长度方向上加工余量，为第二次铣削预留出合适的余量，刀具的进给速度可适当提高以减少加工时间。第二次铣削时刀具的进给速度降低，沿叶尖精铣外沿轮廓驱动线17开始加工去除叶尖长度方向上少量的余量形成最终轮廓，达到较好的表面粗糙度(如图2)。叶尖粗铣外沿轮廓驱动线16和叶尖精铣外沿轮廓驱动线17是两条形状完全相同的曲线，曲线的形状与叶尖理论轮廓线12一致，叶尖精铣外沿轮廓驱动线17由叶尖粗铣外沿轮廓驱动线16偏置一个加工距离得到。
加工完成后，根据测量结果调整加工参数；当出现长度尺寸超差的情况时，可调整刀具运行轨迹。在叶尖超差的位置提取多个叶尖提取点11，调整叶尖提取点11进入合格范围内，重新连接叶尖提取点11获得外沿轮廓驱动线(对应叶尖粗铣外沿轮廓驱动线16和叶尖精铣外沿轮廓驱动线17)，生成新的刀具轨迹(即走刀轨迹14)后重复前述加工过程，调整合格后转入批量加工。
以一级风扇转子叶片铣叶尖长度为例，包括以下步骤：
步骤一，在机床工作台9上找正安装一级风扇叶片的切断夹具，用百分表打表找到夹具的原点位置并输入到机床的加工坐标系中，使用废旧刀具铣出夹具叶尖对应的压块7和支撑块8的干涉部分；
步骤二，调整叶片编程坐标系的相对位置使其与机床的加工坐标系重合。按照工艺规程在叶尖的对应的位置提取点(叶尖提取点11)，连接成线(叶尖理论轮廓线12)，如图3；叶尖理论轮廓线12往叶尖外偏移刀具半径加预留余量的距离可以得到刀轨的驱动线(叶尖粗铣外沿轮廓驱动线16和叶尖精铣外沿轮廓驱动线17)，编程使用曲线驱动，利用柱铣刀的侧刃13进行铣削；
步骤三，程序编制后先仿真运行，确定正确后再传送到机床上加工，首次加工时降低进给倍率并观察柱铣刀的运行轨迹(即走刀轨迹14)。
步骤四，加工结束取下风扇叶片4在三坐标测量机上测量叶尖尺寸，所有的测量采集点都符合公差要求认为合格，出现不合格的情况及时调整数控程序，重新载入机床加工，加工完成后再进行测量，合格后正常批量加工。

Claims (8)

1.风扇叶片叶尖长度的加工方法，其特征在于：包括磨削或铣削风扇叶片叶尖。
2.根据权利要求1所述的风扇叶片叶尖长度的加工方法，其特征在于：采用外圆磨床，在外圆磨床的主轴上同轴安装风扇整体安装盘作为夹具，沿着风扇整体安装盘的圆周方向布满风扇叶片，使得风扇叶片的叶尖以外圆磨床的主轴为旋转轴线同时转动，通过外圆磨床的砂轮磨削风扇叶片叶尖。
3.根据权利要求1所述的风扇叶片叶尖长度的加工方法，其特征在于：采用带有平面工作台的立式数控铣床，通过柱铣刀铣削风扇叶片叶尖。
4.根据权利要求3所述的风扇叶片叶尖长度的加工方法，其特征在于：还包括风扇叶片的装夹，风扇叶片装夹采用榫头定位，先将风扇叶片榫头装入夹具夹头中夹紧，再用压块将风扇叶片叶尖位置压住。
5.根据权利要求3所述的风扇叶片叶尖长度的加工方法，其特征在于：铣削风扇叶片时，风扇叶片用过定位的方式夹紧在支撑块上，叶尖的被加工面与立式数控铣床主轴平行。
6.根据权利要求3所述的风扇叶片叶尖长度的加工方法，其特征在于：所述柱铣刀的刀刃底部圆心低于风扇叶片叶尖面，确保柱铣刀的侧刃完整覆盖叶尖的被加工面。
7.根据权利要求3所述的风扇叶片叶尖长度的加工方法，其特征在于：所述柱铣刀沿叶尖理论轮廓线驱动走刀，铣削共分两次进行，第一次粗铣时沿叶尖粗铣外沿轮廓驱动线铣削去除大部分叶尖长度方向上加工余量，第二次铣削时柱铣刀的进给速度降低，沿叶尖精铣外沿轮廓驱动线开始加工去除叶尖长度方向上少量的余量形成最终轮廓。
8.根据权利要求3所述的风扇叶片叶尖长度的加工方法，其特征在于：还包括，
测量叶尖长度尺寸，当出现长度尺寸超差的情况时，调整柱铣刀运行轨迹，在叶尖超差的位置提取多个点并调整进入合格范围内，重新连接提取点获得叶尖理论轮廓线，生成新的刀具轨迹后重复铣削过程。
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