一种钛合金叶盘的粗铣加工方法与流程

1.本发明涉及机械加工领域，具体为一种钛合金叶盘的粗铣加工方法。


背景技术：

2.目前，整体叶盘叶片粗铣需去除约90％材料，并且要保证余量均匀。传统粗铣加工工艺采用沿型面粗开槽和分层绕铣的组合方法，粗开槽采用口袋模式沿两个叶片的叶盆和叶背进行粗铣开槽，分层绕铣为沿单个叶片型面进行绕铣，并且粗铣开槽采用圆鼻刀，绕铣采用球头刀，加工时换刀频繁，加工周期较长。传统粗铣加工效率低，加工周期长，设备利用率低，如何高效的粗铣去除整体叶盘的大部分余量成为工程人员的难题。


技术实现要素：

3.针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种钛合金叶盘的粗铣加工方法，应用于钛合金整体叶盘粗铣中，首先将叶盘进行高效粗开槽，然后采用圆鼻刀绕铣完成粗铣型面，该方法提高了整体叶盘粗铣加工效率。
4.本发明是通过以下技术方案来实现：
5.一种钛合金叶盘的粗铣加工方法，包括以下步骤：
6.步骤1、对叶盘模型进行旋转，使叶片的前缘线与流道的交点a和叶盆的后缘线与流道的交点b之间的法向投影长度，等于叶尖前缘最高点d与叶尖后缘最低点c之间的法向投影长度；
7.步骤2、在交点b和叶尖后缘最低点c建立连接线bc，在当前视图a下根据连接线bc建立两个叶片的之间的加工边界面a和加工边界面b；
8.步骤3、将加工边界面a、加工边界面b和叶盘模型，沿叶盘的中心轴旋转，使加工边界面a和加工边界面b在x方向的投影形成直线a1和直线b1，根据直线a1建立刀具边界线a2；
9.步骤4、根据加工边界面a和加工边界面b之间的距离确定刀具的厚度，根据厚度并结合刀具边界线a2确定刀具中心线；
10.步骤5、当前视图平面b下将刀具中心线进行法向拉伸形成得到盘铣刀刀轴法相面，获取盘铣刀刀轴法相面与流道的交线e；
11.步骤6、根据刀具边界线a2建立刀具边界面，将交线e投影至刀具边界面上得到刀具边缘线f，根据刀具边缘线f确定刀心轨迹线g，根据刀心轨迹线g编写叶盘的粗铣加工程序。
12.优选的，步骤1中沿叶片积叠轴的轴向对叶盘进行旋转。
13.优选的，步骤2中建立加工边界面a的方法如下：
14.在当前视图a下将连接线bc进行法向投影，根据得到的投影线建立加工边界面a。
15.优选的，将得到的投影线向叶盆方向偏置预定距离得到加工边界线a，将加工边界线a在当前视图a下进行法向拉伸得到加工边界面a。
16.优选的，所述预定距离为粗铣叶型开槽预留余量。
17.优选的，步骤2中建立加工边界面b的方法如下：
18.确定加工边界面a与相邻叶片的叶背2的最小距离，根据该最小距离对加工边界面a进行偏置得到加工边界面b。
19.优选的，步骤3中在当前视图平面b下根据机床盘铣刀摆动角度调整直线a1的角度，形成刀具边界线a2。
20.优选的，步骤4中将刀具边界线a2在当前视图平面b中偏置一个刀具厚度的距离，形成刀具边界线b2线，根据刀具边界线a2和刀具边界线b2确定刀具中心线。
21.优选的，步骤6中根据刀具的直径，将刀具边缘线f进行偏置，得到刀心轨迹线，根据刀心轨迹线g编写叶盘的粗铣加工程序。
22.优选的，根据刀心轨迹线g确定进刀轨迹和退刀轨迹，得到粗铣加工程序。
23.与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
24.本发明提供的一种钛合金叶盘的粗铣加工方法，应用于钛合金整体叶盘粗铣加工过程，首先在相邻两个叶片之间创建两个平行的加工边界面，并且两个加工边界面的距离大于盘铣刀厚度，然后根据加工边界面确定刀心切削轨切削线及刀轴法向面，进而确定粗铣加工成型，粗铣整体叶片叶盘时，可以根据叶盘叶片间距，先选择合理的粗开槽刀具及工艺参数进行高效粗铣开槽，该方法能够高效去除整体叶盘大部分材料，直接提高了整体叶盘铣削效率，同时也保证了叶片粗铣质量，节约了经济成本。
附图说明
25.图1为本发明实施例中平面a与平面b的位于示意图；
26.图2为本发明实施例中创建包络叶盆线bc的示意图；
27.图3为本发明实施例中在当前视图下的包络平行线创建示意图；
28.图4为本发明实施例中刀具摆角线的创建示意图；
29.图5为本发明实施例中盘铣加工时刀轴法向面的创建示意图；
30.图6为本发明实施例中盘铣刀心轨迹创建示意图；
31.图7为本发明实施例中盘铣刀加工仿真示意图；
32.图8为本发明实施例中粗开槽模型示意图；
33.图9为本发明实施例中绕铣叶型的示意图。
34.图中：1、叶片；2、叶背；3、叶盆；4、前缘；5、后缘；6、流道；9、加工槽；11、盘铣刀；12、刀轨。
具体实施方式
35.下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
36.参阅图1-9，一种钛合金叶盘的粗铣加工方法，包括以下步骤：
37.步骤1、获取叶片1的叶盆3的前缘线与流道6的交点a、叶盆3的后缘线与流道交点b、叶片的叶尖前缘4最高点d以及叶尖后缘最低点c。
38.步骤2、对叶盘进行旋转，使交点a和交点b之间的连接线的法向投影长度，等于叶尖前缘最高点d与叶尖后缘最低点c之间的法向投影长度。
39.具体的，在交点a和交点b之间建立线段ab，在叶尖前缘最高点d与叶尖后缘最低点c建立线段cd，并沿叶片积叠轴的轴向对叶盘、线段ab及线段cd进行旋转，使线段ab和线段cd在当前视图a下的法向投影距离相同，
40.步骤3、在交点b和叶尖后缘5最低点c建立连接线bc，在当前视图a下根据连接线bc建立加工边界面a。
41.具体的，连接线bc最大程度包络了叶片1的叶盆3，在当前视图a下将连接线bc进行法向投影，将得到的投影线向叶盆方向偏置距离la，得到加工边界线a，将加工边界线a在当前视图a的状态下法向拉伸得到加工边界面a。
42.其中，la为粗铣叶型开槽预留余量，其大小与叶片形状和工艺加工预留量有关，由工艺人员确定。
43.步骤4、确定加工边界面a与相邻叶片的叶背2的最小距离，根据该最小距离对加工边界面a进行偏置，得到加工边界面b，加工边界面a和加工边界面b之间的区域形成两个叶片之间的粗加工槽9。
44.在当前视图平面1将线a偏置l
ab
，l
ab
＝l1-la，形成线b如图3所示，同理将线b沿当前视图平面1进行法向拉伸，形成加工边界面b，如图1所示。
45.加工边界面a与加工边界面b平行。加工边界面a与叶片1的叶背最小距离不小于叶片粗铣预留余量，加工边界面b与叶片2的叶盆的最小距离不小于叶片粗铣预留余量，同时使平面a与平面b间的距离最大，该距离应该大于或等于盘铣刀宽度。
46.步骤5、将加工边界面a、加工边界面b和叶盘，沿叶盘的中心轴旋转，使加工边界面a和加工边界面b在x方向投影形成直线a1和b1，在当前视图下建立当前视图平面b，在当前视图平面b下根据机床盘铣刀11可以摆动的角度调整直线a1的角度，形成刀具边界线a2。
47.如图4所示，绕盘体中心旋转，使加工边界面a、加工边界面b分别重合为一条直线a1和b1，然后创建当前视图平面b，根据a1和b1在当前视图平面b确定刀具边界线a2，刀具边界线a2与叶盘回转中心轴线的夹角需与机床盘铣刀可以摆动的角度向匹配，因此刀具边界线a2为刀心轨迹线的参考。
48.步骤6、根据加工边界面a和加工边界面b之间的距离确定刀具的厚度，根据厚度并结合刀具边界线a2确定刀具中心线c1。
49.将刀具边界线a2在当前视图平面b中偏置距离d1，形成刀具边界线b2线，根据刀具边界线a2和刀具边界线b2计算刀具中心线c1，d1为所选用盘铣刀的厚度。
50.步骤7、当前视图平面b下将刀具中心线c1进行法向拉伸形成得到盘铣刀刀轴法相面，获取盘铣刀刀轴法相面与流道6的交线e。
51.步骤8、当前视图平面b下将刀具边界线a2法向拉伸形成刀具边界面，并将交线e投影至刀具边界面上，形成刀具边缘线f，根据刀具的直径，将刀具边缘线f进行偏置，得到刀心轨迹线g，根据刀心轨迹线g编写叶盘的粗铣加工程序，完成相邻两个叶片之间粗加工，循环该程序完成所有相邻叶片之间区域的粗加工。
52.如图6所示，将交线e投影至平面a2形成刀具边缘线f，刀具边缘线f沿平面c1向外一个盘铣刀半径形成刀心轨迹线g，则刀心轨迹线g为加工时的刀心轨迹线，h1为进刀轨迹，h2为退刀轨迹，g为切削时刀心轨迹。f与g的距离l
fg
＝rd，rd为盘铣刀半径。平面c1与d1的距离为盘铣刀宽度1/2lk，如图7所述，加工是形成的导轨12如图9所示。
53.实施例1
54.以某机型第二级整体叶盘粗铣为例，材料为tc17，叶片1高度为57mm，按照步骤1将设计开槽模型，更具第二级整体叶盘叶片间隙，最终开槽宽度选择15mm，深度为叶高方向尺寸，流道预留2mm余量。
55.参阅图8和9，通过对粗铣工艺优化前后进行了对比，第二级叶盘共51片叶片，优化前粗铣叶片需78min/片，采用上述一种钛合金整体叶盘高效粗铣加工方法粗铣叶片需48min/片，提升效率38％以上。
56.因此将该方法应用于整体叶盘叶片的粗铣过程中，将叶片加工效率提升30％以上。因此一种钛合金整体叶盘高效粗铣加工方法真实有效，该方法能够为各级整体叶盘叶片的粗铣加工效率提升提供更好的解决方案，因此应用范围广，效率提升效果显著，具有极大的经济价值。
57.以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。