[发明专利]薄壁叶片分区域对称精密切削加工方法及其专用夹具

说明书

技术领域

本发明涉及精密、超精密切削加工技术领域，具体为一种薄壁叶片分区域对称精密切削加工方法及其专用夹具，主要解决航空发动机薄壁叶片的精加工变形控制问题。

背景技术

薄壁叶片等复杂薄壁结构零件得到越来越广泛的应用，实现此类零件的高效精密数控加工技术已经成为先进制造企业核心竞争力的重要表现形式之一。

随着设计方法的改进，利用先进的主轴技术及无间隙的线性滚柱导轨技术等，现代数控加工中心本体具有很高的刚度和精确的运动控制，能够满足大部分加工任务的需求。以Mikron UCP 1350为例，该机床的定位精度分别为（允差mm）：X轴是0.010，Y轴是0.008，Z轴是0.008，C轴是8″，A轴是6″。但是，在切削加工过程中，由于切削力、残余应力等导致的加工变形误差却不是仅仅通过改进机床结构设计就可以完全避免的，从而在很大程度上限制了高精度数控机床的应用。这些矛盾在切削加工薄壁零件的过程中尤为显著。

传统的叶片单面铣削工艺，分别在半精加工和精加工工序中，或先加工叶背型面，或先加工叶盆型面。可以发现，采取这种走刀方式，由于叶背、叶盆型面铣削表层残余应力的非平衡状态，薄壁叶片呈现了明显的弯扭变形现象。往往直接导致叶尖和前后橼等局部区域精加工余量的不足，即所谓的“缺肉”现象，同时还将严重影响叶片的轮廓精度。

针对现有的薄壁叶片加工工艺的缺点，很有必要提出一种全新的加工工艺方法，实现对薄壁叶片加工变形的有效控制，大幅提高加工精度和效率，以满足相关科技工程领域对改进和完善薄壁、超薄叶片精密切削加工技术的迫切需求。

发明内容

要解决的技术问题

为解决现有技术存在的问题，本发明提出了一种薄壁叶片分区域对称精密切削加工方法及其专用夹具，该方法以两两对称的方式，交替完成叶背、叶盆型面上各个子区域的半精加工和精加工，从而达到抑制薄壁叶片精加工扭曲变形的目的。

技术方案

本发明沿叶片的弦线方向将叶背型面、叶盆型面划分成若干个对称的子区域，并交替完成各个子区域的半精加工和精加工工序。所有子区域的加工顺序按两两对称的方式由靠近前后橼的部分至叶背和叶盆的中间部分。对于叶背、叶盆型面上处于对称位置的某两个子区域而言，首先半精加工叶背型面上的子区域；然后，工作台旋转180°，半精加工叶盆型面上相对应的子区域；紧接着，精加工叶盆型面上的子区域；最后，工作台旋转180°，完成叶背型面上的子区域的精加工。

本发明的技术方案为：

所述一种薄壁叶片分区域对称精密切削加工方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：对叶片型面进行粗加工，并将粗加工后的叶片置于温度条件为45℃±5℃的环境下10-12h；

步骤2：对叶片型面进行区域划分：

步骤2.1：将叶片的轮廓边界分别垂直投影到平面Q₁和平面Q₂上，所述平面Q₁和平面Q₂分别位于叶背外侧和叶盆外侧，且平面Q₁和平面Q₂均平行于由叶片两端弦线形成的平面；

步骤2.2：将叶片两端弦线在平面Q₁和平面Q₂上的投影线段均等分为n段，其中L/10≤n≤L/5，n为大于1的正整数，L=max{L1，L2}，L1为叶片一端弦线在平面Q₁的投影线段的长度，L2为叶片另一端弦线在平面Q₁的投影线段的长度；将平面Q₁上两条投影线段的等分点对应连接，从而将叶片在平面Q₁上的投影轮廓区域划分为n个子区域，从前橼到后橼依次编号为g_i到g_i+n；将平面Q₂上两条投影线段的等分点对应连接，从而将叶片在平面Q₂上的投影轮廓区域划分为n个子区域，从前橼到后橼依次编号为h_i到h_i+n；

步骤3：将叶片装夹到专用夹具，旋转叶片使得叶片叶盆侧的后橼贴专用夹具中的定位柱的柱面；按两两对称的方式，由靠近叶片前后橼的部分至叶背和叶盆的中间部分依次加工所有子区域。