[发明专利]一种长悬臂大型整体叶盘叶片一次性铣削方法

说明书

技术领域

本发明属航空发动机技术领域，特别涉及一种长悬臂大型整体叶盘叶片一次性铣削方法。

背景技术

整体结构叶盘是国际航空发动机上采用的关键零件，在发动机低压压气机和高压压气机各级均采用整体叶盘结构，国际上广泛采用五坐标数控铣削的加工方法，但对于长悬臂大型整体叶盘加工，目前国内一直沿用传统对接铣削工艺，存在二次装夹误差，且加工振动大表面质量差，对接铣削后接刀痕大，后续手工抛修消除接刀痕，振纹等表面缺陷造成叶片前、后缘及临近部位过切致使叶片轮廓度严重超差且两次铣削加工效率低等技术瓶颈问题。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供抑制长悬臂整体叶盘叶片加工振颤，提高加工精度及效率的解决方法。

本发明一种长悬臂大型整体叶盘叶片一次性铣削方法，按照以下步骤进行：

步骤一、刀具的选择

采用热涨刀柄，跳动量在0.005以下，夹持刀具后整体跳动量在0.01mm的刀具，根据槽的可达性分段在长度上逐步递增刀柄悬深，尺寸规格随叶片在不同位置最小间距合理配置，使刀具保证在最短悬深；选择三种梯度刀柄，根据叶片从最外缘轮盖到轮毂，刀柄的可达性计算定制一种规格2种不同长度刀具，分层渐进铣削，刀具悬伸相当于传统最大缩短4倍能够进入叶片根部铣削；

步骤二、五轴加工防干涉计算

编制叶盘铣加工程序时，在MAX-PAC软件中利用.sha文件对刀柄进行全尺寸构建，将刀柄所有尺寸均在编程模拟中进行验证区别于简单的通过刀具锥角逼近“刀具—刀柄”状态，

刀具最小悬深精确计算：刀柄与刀具相比尺寸大，干涉计算困难在计算避让时与刀柄与叶片避让距离小，通过计算避让距离在1mm左右，且刀柄尺寸在不同长度变化大，为避免干涉结合VERICUT软件计算刀具最短精确悬伸；

步骤三、五轴加工刀具轨迹设计

(1)整体螺旋刀轨设计

在刀具轨迹设计上，采用对称螺旋铣削方式完成叶盘半精和精加工，对称螺旋铣削精加工采用螺旋线刀具轨迹在叶片两侧在一个螺旋周期内被“对称”地加工，且叶片两侧被切除的加工余量是对称的；

(2)叶根、流道刀轨设计

叶片根部、流道及叶身最后一段叶身，采用一个程序，同一把刀具一次加工工步来完成；。步骤四：进行铣削

将叶盘叶片分为叶身(叶尖到叶根全长范围内型面)和流道(包括叶片根部圆角R和流道面)两个区域，叶身区域采用整体螺旋铣削，通过特殊的热胀刀柄一次装夹完成叶片的半精铣和精铣；流道区域作为一个整体加工区域一次加工工步来完成。

本发明的特点如下：

(1)铣削方案：将叶盘叶片分为叶身(叶尖到叶根全长范围内型面)和流道(包括叶片根部圆角R和流道面)两个区域，叶身区域采用整体螺旋铣削，通过特殊的热胀刀柄一次装夹完成叶片的半精铣和精铣；流道区域作为一个整体加工区域一次加工工步来完成，这种加工方法消除清根和叶身、流道的接刀痕迹，有效提高零件表面质量。

(2)增强铣削刀具刚性方案：选用定制的热胀刀柄，加工过程中在保证刀柄及刀具可达性的前提下，采取圆柱直柄+锥度的形式保证刀柄及刀具的整体刚性。同时，为解决刀具悬深长问题，采用热涨梯度刀柄改变传统采用一种刀柄结构尺寸，根据槽的可达性分段在长度上逐步递增刀柄悬深，尺寸规格随叶片在不同位置最小间距合理配置，这样可以增加刀柄的悬深及刚性让刀柄伸进腔槽中进行切削，使刀具保证在最短悬深，相当于传统刀具悬伸最大缩短4倍能够进入叶片根部铣削，解决刀具悬深长振颤难题。

(3)刀柄参数确定方法

在多约束，多干涉、狭窄槽、封闭腔的加工环境下，刀具进入叶片根部，叶片腔深存在五轴数控加工防干涉、碰撞难题，采取以下方法：

1)确定刀柄最大实体范围：采取锥度刀具编程模拟加工过程，确定刀柄的最大实体范围。

2)根据确定的刀柄最大实体范围进行刀柄设计，同时参考刀具悬伸，初步确定刀柄结构及尺寸及刀具。

3)最终确定刀柄尺寸及刀具：将确定的刀柄及刀具进行编程，并模拟加工过程，检查是否干涉、碰撞，并优化结构，最终确定刀柄尺寸及刀具。

4)采用分级调整切削步距策略和调整轮盖数据、流道延伸方向和长度及改变刀轨方向，优化刀轴矢量以获得最优刀轨方法。

5)采用VERICUT编程模拟获取刀具最短精确悬伸计算。

本发明的有益效果：