[发明专利]一种宽弦空心风扇叶片的自适应加工方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种宽弦空心风扇叶片的自适应加工方法。

背景技术

随着我国航空制造业的发展，航空发动机国产化的需求愈发紧迫，其中航空发动机叶片的制造是航空发动机的关键技术之一。

现有的航空发动机叶片制造技术中，钛合金为叶片材料，叶片的几何形状为空心桁架和实体部组合而成的封闭结构。由于叶片毛坯采用的超塑成形/扩散连接工艺伴随多重热循环，冷却过程中热应力的释放与重新分布导致叶片发生变形。目前的工艺难以一次成型出满足外形轮廓精度和空心壁厚分布精度的钛合金宽弦空心风扇叶片。因此，除叶片毛坯内的空心桁架结构外，叶尖和进排气边均留有余量且分布不均匀，需要针对叶片毛坯不同部位分别辅以不同数控加工手段才能满足最终精度要求。

现有的钛合金宽弦空心风扇叶片的加工主要面临三个问题。第一，毛坯尺寸差异大。由于超塑成形/扩散连接工艺应变速率和冷却参数等工艺条件难以精确控制，导致成形得到的叶片毛坯尺寸状态相互之间差异大。数控加工前必须分别对每一加工对象进行测量并获得各自尺寸分布状态，根据测量的数据重构出反应叶片毛坯实际尺寸状态的CAD模型用于数控加工。

第二，余量分布不均匀。叶片毛坯各部位加工余量分布不均匀，叶尖留有较大余量，进排气边余量较小，空心桁架结构外形几乎没有余量。加工部位的结构特点和余量分布不同决定了数控加工方法的多样化，给数控加工带来了困难。

第三，外形轮廓加工受内形约束。钛合金宽弦空心风扇叶片空心桁架结构壁厚分布精度是影响使用性能的重要因素。由于空心叶片空心区域的封闭性，内形轮廓在热成型工艺中一旦形成便无法通过机械加工手段加以修正。

因此，有必要提供一种基于容差分配的空间曲面外形结构切削加工路径，并为钛合金宽弦空心风扇叶片在航空发动机中的应用提供支撑的宽弦空心风扇叶片的自适应加工方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于容差分配的空间曲面外形结构切削加工路径，并为钛合金宽弦空心风扇叶片在航空发动机中的应用提供支撑的宽弦空心风扇叶片的自适应加工方法。

本发明的技术方案如下：一种宽弦空心风扇叶片的自适应加工方法包括如下步骤：

a、测量毛坯的实际形状，得到所述毛坯形状的测量数据；

b、根据步骤a得到的所述测量数据重构所述毛坯的CAD模型；

c、将所述毛坯的CAD模型与工件设计模型进行匹配对比；

d、根据匹配对比结果对工艺方案进行优化，并开始加工毛坯。

优选地，步骤a包括如下步骤：

评估所述毛坯的尺寸形状，滤除尺寸形状不满足加工要求的毛坯件；

基于所述毛坯表面的空间曲面建立与测量特征相关的测量坐标系统；

通过所述测量坐标系统测量所述毛坯的空间曲面的外形结构；

测量所述毛坯的壁厚。

优选地，步骤b中包括如下步骤：

将步骤a中得到的所述测量数据进行光顺去噪处理，得到去噪后的测量数据；

对所述去噪后的测量数据进行简化处理，得到简化后的测量数据；

对所述简化后的测量数据进行修补处理，得到修补后的测量数据；

对所述修补后的测量数据进行分块处理，得到分块后的测量数据；

基于所述分块后的测量数据重构所述毛坯的CAD模型。

优选地，步骤c包括如下步骤：

基于网格变形的零件数模修正方法对所述毛坯的CAD模型和所述工件设计模型进行对比；

对所述毛坯的CAD模型和所述工件设计模型进行配准操作；

分配加工容差，并计算所述毛坯各部位的加工余量。

优选地，步骤d包括如下步骤：

基于所述加工余量优化所述毛坯加工的工艺方案；

基于所述加工容差的分配对加工刀具的运动轨迹进行仿真并优化处理；

由计算机生成数控代码传输给机床，对所述毛坯进行数控切削加工。