一种大型柔性叶片的高效数控加工方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及大型柔性叶片的高效数控加工方法。
【背景技术】
[0002]目前，末级大叶片加工时间长，一片1375叶片加工时间为38个小时，一片1029叶片加工时间为24个小时，单只叶片加工时间过长严重影响了叶片的生产进度。加工过程中常常出现“坑点”、“搓衣板”等现象，也严重影响叶片质量，如图1所示。同时，加工完成的叶片有一定比例由于振动造成叶片报废，无形中增加了叶片的投料成本。以往的解决方式一一分层加工导致刀片消耗严重，仅以1375叶片精铣汽道为例，两层精铣凸台周边汽道需要耗费R3.1非标准方肩刀片(专门定制)25片，大大地增加了叶片加工的生产成本。这些都是目前大型柔性叶片加工急需要创新改进的内容。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是为了解决现有方法加工时间长、生产成本高以及叶片加工时颤刀等引起的叶片表面坑洼不平的问题，而提出一种大型柔性叶片的高效数控加工方法。
[0004]上述的发明目的是通过以下技术方案实现的:
[0005]步骤一、叶片凸台加工:叶片凸台位于叶片的中间位置，采用登高轮廓铣的方式进行铣削加工去除余量，经过登高轮廓铣去除余量以后，使用面铣刀采用30° — 45°之间的侧倾角将叶片凸台与汽道之间的汽道圆角加工到产品要求的尺寸；
[0006]其中，汽道圆角加工时汽道与汽道圆角相连部分的余量剩余3mm不加工;汽道与汽道圆角相连部分的余量由镶嵌R10柳叶刀片的球头刀D20加工去除；
[0007]层铣凸台及层铣凸台边缘不大于20mm内时，采用燕尾仿形铣刀D32镶嵌R5圆刀片；
[0008]步骤二、汽道加工:采用等步距的方式加工，刀具采用直杆四轴联动加工方式或采用镶嵌方肩刀片R1.6的玉米铣刀；
[0009]汽道锥面采用镶嵌R6圆刀片的D40仿形刀将汽道锥面加工到余量0.2mm;
[0010]汽道型线、叶片围带型线加工:采用直杆四轴联动加工汽道型线和叶片围带型线到余量0.2mm;
[0011]步骤三、叶片凸台和汽道加工完成后进行合金槽加工:采用来回铣合金槽型线，一刀顺铣一刀逆铣，切深:0.2mm，转速S = 5000/min，进给量F= 1600，刀具D10R1，完成柔性叶片的高效数控加工方法。
[0012]发明效果
[0013]1、加工效率上:原加工工艺方案耗时38个小时(1375叶片)、28个小时(1029叶片)，新工艺方案耗时仅为20个小时(1375叶片)、16个小时(1029叶片)，数据为实际生产加工时间，加工时间短，降低了生产成本。同时，解决了叶片加工时颤刀等引起的叶片表面坑洼不平的现象。
[0014]2、刀片耗费上:
[0015]1029 叶片
[0016]原加工方案耗费D40R6刀片1.5片，D40R5刀片4片，D40R3.1刀片7.5片;新工艺方案耗费D32R1.6刀片8片。
[0017]1375 叶片
[0018]原加工方案耗费D40R5刀片15片，D40R3.1刀片15?20片;新工艺方案耗费D32R1.6刀片10片。
[0019]3、表面质量方面:原工艺方案表面质量光滑，刀纹细密;新方案表面质量较原方案差，刀纹较粗，但符合抛光处理要求。叶片的表面质量如图12。
[0020]4、叶片各关键尺寸方面:
[0021]1)、叶片长度方向变形量< 1.5mm，符合工艺要求。
[0022]2)、叶片型线曲率符合工艺尺寸要求。
[0023]3)、表面精度符合抛光要求。
【附图说明】
[0024]图1为1375叶片表面出现的“搓衣板”颤纹图；
[0025]图2为凸台周边层铣去余量图；
[0026]图3为四轴精铣汽道所采用的加工方式图
[0027]图4为铣刀对叶片的作用力图
[0028]图5为根冠圆锥面加工图
[0029]图6为根冠汽道、圆角加工图
[0030]图7为五轴联动精铣合金槽所采用的方式前后对比图
[0031]图8为燕尾仿形铣刀D32R5图
[0032]图9为玉米铣刀图
[0033]图10为仿形铣刀D40R6图
[0034]图11为D20R10柳叶刀图
[0035]图12为新方法加工的大叶片表面质量图；
[0036]图13为法拉利五轴加工中心(机床型号N530)叶根方位夹具为叶根齿形夹具图；
[0037]图14为层铣、登高轮廓铣加工方式图；
[0038]图15为法拉利五轴加工机床俯视图；
[0039]图16为法拉利五轴加工机床侧视图。
【具体实施方式】
[0040]【具体实施方式】一:结合图15、图16说明本实施方式，本实施方式的一种大型柔性叶片的高效数控加工方法具体为:
[0041]该方案使用的是法拉利五轴加工中心(机床型号N530)叶根方位夹具为叶根齿形夹具，如图13该夹具与叶根型线完全一致，与叶根抱死固定;叶冠为压板式固定；
[0042]加工顺序:先加工凸台—凸台圆角—凸台周边汽道部分—向两侧根冠方向加工其他部分；
[0043]步骤一、叶片凸台加工:如图2所示(图示部分为叶片的凸台(专业术语:英文缩写:snub)部分，)叶片凸台位于叶片的中间位置，叶片五轴机床加工前的毛坯是由四轴机床加工后得到的，由于四轴机床自身自由度的限制，造成了上图所示五轴机床加工前凸台部分与实际产品相比:法线方向余量不均匀。若采用以往的仿形精加工，会造成余量大的地方噪声大，刀具磨损严重甚至折断刀片。采用登高轮廓铣的方式，多个工位进行铣削加工去除余量，目的是使叶片凸台部分法线方向余量均匀，为后续仿形精加工去余量。单面剩余余量叶片加工后的曲面与实际产品相比:法线方向上剩余:0.7mm，如图2所示。层铣时层铣就是登高轮廓铣。通过每一层的加工将叶片的曲面加工出来;经过登高轮廓铣去除余量以后，考虑叶片根冠相对刚性较好，可以不再分层，使用面铣刀(面铣刀为通用刀具，什么厂家都有)采用30° — 45°之间的侧倾角将叶片凸台与汽道之间的汽道圆角加工到产品要求的尺寸;这是由于此时叶片凸台部分余量均匀，故不必担心某处余量大造成的振动等问题。那么，由于圆锥面余量大，故锥面的加工采用D40R6的粗铣刀直接将根冠圆锥面加工到余量0.2mm;
[0044]其中，汽道圆角加工时汽道与汽道圆角相连部分的余量剩余3mm不加工；原因是，粗铣刀越向圆角部分加工，切削量就越大;满刀切削容易造成“闷刀”。所以粗铣刀不用将汽道和圆角部分加工到工艺尺寸，留量3mm即可。汽道与汽道圆角相连部分的余量由镶嵌R10柳叶刀片的球头刀D20加工去除；如图5所示;走刀方式形似铣刀“推着走”，如图6所示，图11为柳叶刀图。
[0045]层铣凸台及层铣凸台边缘不大于20mm内时，叶片余量大且不均匀，采用燕尾仿形铣刀D32镶嵌R5圆刀片；圆刀片的特点是抗冲击较好，刀体直径小于切削直径，有利于避让凸台容易实现复杂走刀轨迹，故此种燕尾仿形铣刀适合此序加工。如图8，图14;
[0046]步骤二、汽道加工:不再采用以往变步距的方式(中分面与起始面不平行)加工，而是采用等步距的方式(中分面与起始面平行)加工，这是因为变步距加工汽道容易造成叶片受力不均，从而造成叶片加工过程中出现颤纹，如图3所示，绕圈加工的每层刀轨都是相互平行等步距的；为了减小铣刀对叶片的作用力，刀具采用直杆四轴联动加工方式或采用镶嵌方肩刀片R1.6的玉米铣刀;通过试验证明:R太小的R0.8刀片磨损太快，而R较大的R3.2刀片加工时对叶片的作用力过大，出现颤纹。如图9;
[0047]汽道锥面加工:由于根冠周边部分刚性较好，采用镶嵌R6圆刀片的D40仿形刀将汽道锥面加工到余量0.2mm;如图10;
[0048]汽道型线、叶片围带型线加工:由于叶片刚性差，受力大时容易出现让刀现象出现颤纹，考虑放弃五轴联动加工叶片型线的方式，采用直杆四轴联动(型号:1375叶片、1029叶片)、大切深、小步距、一步到位高速加工汽道型线和叶片围