薄壁件階梯對稱銑削加工方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種薄壁件階梯對稱銑削加工方法，本發(fā)明不僅可以最大限度的使應(yīng)力分布均勻，而且可以充分的利用薄壁件的剛性，達(dá)到減小變形的目的。以加工路徑b為例進(jìn)行分析，其軸向切深為αp，一次加工完成，提高了加工效率。當(dāng)加工其靠近上端0.5αp的部分時(shí)，由于對稱一側(cè)的工件材料仍未去除，剛性較好；而當(dāng)?shù)毒呒庸て淇拷露?.5αp的部分時(shí)，由于對稱一側(cè)的工件材料已在前一走刀中去除，故其剛性相對較差，這就要求采用合適的αp值保證其加工精度，使得產(chǎn)生的加工變形較小。階梯對稱銑削加工薄壁件時(shí)，選擇較大的進(jìn)給速度與徑向切深不會(huì)增大加工變形，同時(shí)可以提高加工效率。該工藝方法對船舶、航空領(lǐng)域中易變形薄壁結(jié)構(gòu)件的加工具有重要指導(dǎo)意義。
【專利說明】薄壁件階梯對稱銑削加工方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種薄壁件的精密切削加工工藝方法，屬于精密、超精密切削加工【技術(shù)領(lǐng)域】，主要解決航空發(fā)動(dòng)機(jī)薄壁葉片的精加工變形控制問題。

【背景技術(shù)】
[0002]薄壁葉片廣泛應(yīng)用于船舶、航空等領(lǐng)域，具有型面結(jié)構(gòu)復(fù)雜、薄壁以及材料難加工等工藝特點(diǎn)，容易產(chǎn)生加工變形。如圖1所示，傳統(tǒng)的分面銑削工藝在半精加工和精加工工序中，加工完葉片一側(cè)之后，再加工另一側(cè)型面。產(chǎn)生結(jié)果:分面銑削加工在兩側(cè)型面產(chǎn)生的表面殘余應(yīng)力非平衡，零件呈現(xiàn)明顯的彎扭變形，型面的局部區(qū)域精加工余量不足，工件的輪廓度精度達(dá)不到要求；而且會(huì)將前面銑削工序的變形累積到后續(xù)加工工序中，一般適應(yīng)于剛性強(qiáng)、壁厚的葉片，不能滿足薄壁類葉片的加工精度。針對現(xiàn)有的薄壁葉片加工的工藝缺點(diǎn)，提出了一種全新的加工工藝方法，實(shí)現(xiàn)對薄壁葉片加工變形的有效控制，提高加工精度和效率，以滿足國家安全及相關(guān)科技工程領(lǐng)域?qū)Ω倪M(jìn)和完善薄壁、超薄葉片精密切削加工技術(shù)的迫切需求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種薄壁件階梯對稱銑削加工方法，該方法的刀位軌跡規(guī)劃為回繞葉片的形式，對薄壁件進(jìn)行半精加工和精加工，從而達(dá)到抑制薄壁葉片精加工彎扭變形的目的。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為:
[0005]薄壁件階梯對稱銑削加工方法，其特征在于，包括如下步驟:
[0006]S1、在普通三坐標(biāo)數(shù)控銑床上粗銑葉片的葉背和葉盆型面，余量1mm，應(yīng)用現(xiàn)有的CAM軟件(如UG、CATIA等)生成粗加工的刀具軌跡；
[0007]S2、對葉片按照步驟SI所得的粗加工軌跡進(jìn)行粗加工；
[0008]S3、粗加工完成后，將葉片的輪廓邊界分別投影到兩個(gè)輔助平面上，得出兩個(gè)線段長度；
[0009]S4、根據(jù)線段長度計(jì)算葉盆、葉背型面刀位軌跡數(shù)；
[0010]S5、通過步驟S4所得的軌跡數(shù)目，確定切深α ρ ；
[0011]S6、先以軸向切深0.5 α ρ按路徑a加工工件一側(cè)，再以軸向切深αρ按路徑b加工另一側(cè)，再按軸向切深α ρ按路徑c加工一側(cè)，以此類推，直到加工完成。
[0012]其中，所述除第一刀和最后一刀采用軸向切深0.，其余路徑下的切深均為
qp°
[0013]本發(fā)明不僅可以最大限度的使應(yīng)力分布均勻，而且可以充分的利用薄壁件的剛性，達(dá)到減小變形的目的。以加工路徑b為例進(jìn)行分析，其軸向切深為Cip，一次加工完成，提高了加工效率。當(dāng)加工其靠近上端0.5 α ρ的部分時(shí)，由于對稱一側(cè)的工件材料仍未去除，剛性較好；而當(dāng)?shù)毒呒庸て淇拷露?.5 α ρ的部分時(shí)，由于對稱一側(cè)的工件材料已在前一走刀中去除，故其剛性相對較差，這就要求采用合適的α ρ值保證其加工精度，使得產(chǎn)生的加工變形較小。
[0014]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0015](I)保證截面加工質(zhì)量。階梯對稱銑的走刀軌跡非常接近葉片截面形狀，易保證截面加工質(zhì)量，尤其是緣頭形狀；
[0016](2)良好工藝性。階梯對稱銑走刀軌跡是回繞葉片的加工方法，該方式有利于控制葉片的變形。薄壁葉片，分上、下面加工往往會(huì)造成葉片的翹曲變形(內(nèi)應(yīng)力釋放變形)，回繞式加工是對稱加工，可大大減小翹曲變形；
[0017](3)軌跡形狀好。階梯對稱銑走刀軌跡無橫向進(jìn)刀，走刀方向變化平緩，適合高速切削；
[0018](4)階梯對稱銑削加工方法是一種有效的加工薄壁件側(cè)壁的工藝方法，與單純對稱加工法相比，這種方法能顯著減小加工過程中的“讓刀”現(xiàn)象；
[0019](5)階梯對稱銑削加工薄壁件時(shí)，選擇較大的進(jìn)給速度與徑向切深不會(huì)增大加工變形，同時(shí)可以提高加工效率。該工藝方法對船舶、航空領(lǐng)域中易變形薄壁結(jié)構(gòu)件的加工具有重要指導(dǎo)意義。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中傳統(tǒng)的對稱銑削軌跡示意圖。
[0021]圖2為本發(fā)明實(shí)施例薄壁件階梯對稱銑削加工方法的軌跡示意圖。
[0022]圖3為本發(fā)明實(shí)施例1中采用的常見葉片的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖中:1-榫根,2-櫞板，3-葉背型面，4-進(jìn)氣邊，5-葉盆型面，6-排氣邊；
[0024]圖4為本發(fā)明實(shí)施例1中采用的薄壁葉片葉盆粗加工刀位軌跡示意圖。
[0025]圖5為本發(fā)明實(shí)施例1中采用的薄壁葉片階梯對稱銑削刀位軌跡示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0026]為了使本發(fā)明的目的及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0027]本發(fā)明實(shí)施例提供了一種薄壁件階梯對稱銑削加工方法，包括如下步驟:
[0028]S1、在普通三坐標(biāo)數(shù)控銑床上粗銑葉片的葉背和葉盆型面，余量1mm，應(yīng)用現(xiàn)有的CAM軟件(如UG、CATIA等)生成粗加工的刀具軌跡；
[0029]S2、對葉片按照步驟SI所得的粗加工軌跡進(jìn)行粗加工；
[0030]S3、粗加工完成后，將葉片的輪廓邊界分別投影到兩個(gè)輔助平面上，得出兩個(gè)線段長度；
[0031]S4、根據(jù)線段長度計(jì)算葉盆、葉背型面刀位軌跡數(shù)；
[0032]S5、通過步驟S4所得的軌跡數(shù)目，確定切深α ρ ；
[0033]S6、如圖2所示，先以軸向切深0.5αρ按路徑a加工工件一側(cè)，再以軸向切深αρ按路徑b加工另一側(cè)，再按軸向切深CIp按路徑C加工一側(cè)，以此類推，直到加工完成。
[0034]其中，所述除第一刀和最后一刀采用軸向切深0.，其余路徑下的切深均為αρ°
[0035]實(shí)施例1
[0036]如圖3所示，本實(shí)施例所采用的航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片由前櫞1、后櫞2、葉背型面3、葉盆型面4組成,該薄壁葉片鍛造毛還的尺寸為208mmX82mmX46mm,葉片材料為航空鈦合金TC4。
[0037]本實(shí)施例的薄壁件階梯對稱銑削加工方法，包括如下步驟:
[0038](I)在普通三坐標(biāo)數(shù)控銑床上粗銑葉背、葉盆型面，余量1mm，既滿足加工要求又節(jié)約了加工成本。采用傳統(tǒng)的單面加工工藝方法，即先加工葉背型面3，后加工葉盆型面5。應(yīng)用現(xiàn)有的CAM軟件如UG、CATIA等可以方便地生成粗加工的刀具軌跡。圖4給出的是粗加工葉背型面粗加工時(shí)的刀位軌跡。
[0039](2)規(guī)劃薄壁葉片型面的半精、精加工刀具軌跡時(shí)，將葉片的輪廓邊界分別投影到兩個(gè)輔助平面上。粗加工完成后，葉片的兩個(gè)弦線在平面上投影的兩個(gè)線段長度分別為156mm和142mm,因此,取L = max {156,142} = 156mm,根據(jù)該型號(hào)薄壁葉片數(shù)控側(cè)統(tǒng)加工經(jīng)驗(yàn)，確定切深αρ大小為5mm-10mm，則刀位軌跡數(shù)η應(yīng)滿足:156/10彡η彡156/5，即15.6 SnS 30.12。所以，可以取η為20。則葉盆、葉背型面刀位軌跡數(shù)為20。
[0040](3)由以上規(guī)劃的刀位軌跡數(shù)目，得19 α ρ+0.5 α ρ = 156mm,確定薄壁葉片銑削加工時(shí)切深a p = 8mm。因此規(guī)劃后的葉背和葉盆型面刀位軌跡如圖5所示，葉背、葉盆型面刀位軌跡按照對稱方式進(jìn)行銑削加工，如圖5所示，首先以數(shù)控側(cè)銑軸向切削深度4mm加工葉盆型面，如圖5所示的01，然后以數(shù)控側(cè)銑軸向切深8mm加工葉背型面，如圖5所示的02，以此類推，圖5所示的03，圖5所示的04，直至加工完成，除葉盆型面加工的第一刀和葉背型面加工最后一刀切深為4mm之外，其余刀位軌跡的軸向切深都為8mm。
[0041](4)三坐標(biāo)數(shù)控測量機(jī)的測量結(jié)果表明，加工精度完全符合設(shè)計(jì)要求。最后，對可調(diào)葉片進(jìn)行拋光處理和熒光檢測。
[0042]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.薄壁件階梯對稱銑削加工方法，其特征在于，包括如下步驟: 51、在普通三坐標(biāo)數(shù)控銑床上粗銑葉片的葉背和葉盆型面，余量1mm，應(yīng)用現(xiàn)有的CAM軟件生成粗加工的刀具軌跡； 52、對葉片按照步驟SI所得的粗加工軌跡進(jìn)行粗加工； 53、粗加工完成后，將葉片的輪廓邊界分別投影到兩個(gè)輔助平面上，得出兩個(gè)線段長度； 54、根據(jù)線段長度計(jì)算葉盆、葉背型面刀位軌跡數(shù)； 55、通過步驟S4所得的軌跡數(shù)目，確定切深Cip; 56、先以軸向切深0.5 α p按路徑a加工工件一側(cè)，再以軸向切深α ρ按路徑b加工另一偵牝再按軸向切深α ρ按路徑c加工一側(cè)，以此類推，直到加工完成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄壁件階梯對稱銑削加工方法，其特征在于，所述除第一刀和最后一刀采用軸向切深0.5 α ρ外，其余路徑下的切深均為α ρ。
【文檔編號(hào)】B23C3/16GK104227103SQ201410360136
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年7月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月24日
【發(fā)明者】李鋒, 劉維偉, 李文科, 李涌泉 申請人:西安航空學(xué)院