阅读说明：本技术 一种降低叶片铣削加工变形的方法 (Method for reducing milling deformation of blade ) 是由 宋成 许帅 田家龙 姜军 杨光 于 2021-08-27 设计创作，主要内容包括：一种降低叶片铣削加工变形的方法,包括以下步骤：步骤1、设备选择；步骤2、夹具选型；步骤3、刀具选用；步骤4、工艺安排；步骤4.1型面粗铣基准加工；步骤4.2型面粗铣加工；步骤4.3基准修正；步骤5、精铣策略；步骤5.1切削深度与宽度策略；步骤5.2刀具线速度与每齿进给量策略；步骤5.3切削顺序策略；步骤6、精铣过程控制；步骤6.1刀具装夹；步骤6.2刀具寿命控制；步骤6.3刀具补偿值控制。按照办发明方法进行航空发动机薄壁叶片的型面铣削加工,加工变形能够得到有效控制,叶身型面的轮廓精度由0.10提高到0.04以内,截面位置度达到φ0.10以内,截面扭转控制在0.2°以内,满足设计图纸的要求,型面精铣合格率由50％提高到95％以上。(A method for reducing milling deformation of a blade comprises the following steps: step 1, equipment selection; step 2, selecting a clamp type; step 3, selecting a cutter; step 4, process arrangement; step 4.1, roughly milling a standard on the molded surface; step 4.2, rough milling of the molded surface; step 4.3, correcting the benchmark; step 5, fine milling strategy; step 5.1, cutting depth and width strategies; step 5.2, the strategy of the linear speed of the cutter and the feeding amount of each tooth is adopted; step 5.3 cutting sequence strategy; step 6, controlling the finish milling process; step 6.1, clamping a cutter; step 6.2, controlling the service life of the cutter; and 6.3, controlling the compensation value of the cutter. The profile milling processing of the thin-wall blade of the aero-engine is carried out according to the method, the processing deformation can be effectively controlled, the profile precision of the blade body profile is improved to be within 0.04 from 0.10, the section position degree reaches within phi 0.10, the section torsion is controlled to be within 0.2 degrees, the requirements of design drawings are met, and the finish milling qualified rate of the profile is improved to be more than 95% from 50%.)

一种降低叶片铣削加工变形的方法

技术领域

本发明属于航空发动机薄壁叶片型面铣削加工技术领域，具体涉及一种降低叶片铣削加工变形的方法。

背景技术

压气机薄壁叶片型面的铣削加工，在工艺路线安排、设备选用、夹具及刀具设计与选用、铣削策略、加工过程控制5个方面存在不合理的设计安排，导致铣削加工变形严重，加工成本和加工效率难以满足生产要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种降低叶片铣削加工变形的方法，解决薄壁压气机叶片型面铣削加工中产生的变形问题，能够取得合格率和加工效率的提高。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种降低叶片铣削加工变形的方法，包括以下步骤：

步骤1、设备选择

设备选用具有A轴、a轴的双驱结构工作台的五坐标加工中心，A轴、a轴同步精度应不大于0.001°，通过安装在A轴、a轴工作台上的夹具以过定位方式夹持叶片的两端，以增强叶片的刚性，降低加工变形；

步骤2、夹具选型

夹具分为两个部分，分别夹持叶片两端基准，其中一端夹具采用蜗轮蜗杆式变径套拉紧结构，夹持轴径长度7～10mm；另外一端夹具采用三爪结构，这两种夹头均能够提供大于等于500N的夹紧力，满足加工要求；

步骤3、刀具选用

在刀具选择上，叶片型面精铣加工采用密齿刀具和锥形刀具，其中密齿刀具的齿数为7齿或9齿，即能够保证刀具为非对称结构，以降低加工时振动，另外刀具圆角R在0.5～1.5mm之间，既要保证刀具的锋利性，同时也要避免圆角R过小导致刀具磨损过大；锥形刀具的锥角7～8°，以保证刀具具有良好的刚性；其余工序选用端铣刀和球头刀具；

步骤4、工艺安排

在工艺上安排粗、精铣加工，在粗、精铣之间安排基准修正工序，用于修正粗铣加工后叶片的变形，为型面精铣加工提供准确的定位基准；为保证精铣工序型面余量能够实现成品叶片加工，粗铣后型面留0.2～0.35mm的余量；具体工序安排如下：型面粗铣-半精磨大轴颈-半径磨小轴颈-精铣叶身型面；

步骤4.1型面粗铣基准加工

型面粗铣前的定位基准加工，为保证加工精度并兼顾加工效率，两轴径的联合跳动t₁不大于0.05mm，轴径圆柱度t₂不大于0.03mm，可采用数控车床进行轴径的车削；

步骤4.2型面粗铣加工

型面粗铣加工时切削深度选择0.2～0.4mm、切削宽度选择0.5～0.7mm，每齿进给量选择0.1～0.2mm，最终将粗铣后的余量控制在0.2～0.35mm；

步骤4.3基准修正

为保证精铣加工时叶片的定位精度，保证叶片铣削加工时不存在装夹应力，两轴径的联合跳动t₁不大于0.03mm，轴径圆柱度t₂不大于0.01mm，可采用外圆磨床进行轴径的磨削；

步骤5、精铣策略

步骤5.1切削深度与宽度策略

薄壁叶片的铣削加工，为降低加工变形，提高刀具寿命和加工效率，一般给定为切深ap＝0.1～0.3mm，切削宽度aw＝0.3～0.5mm；

步骤5.2刀具线速度与每齿进给量策略

高温合金材料是叶片的常用材料，为降低加工变形，提高刀具寿命和加工效率，一般给定线速度为Vc＝80～120m/min，每齿进给量fz＝0.05～0.12mm；

步骤5.3切削顺序策略

型面铣削的加工顺序从刚性较弱侧向刚性较强侧进行铣削，即按区域A→区域B→区域C的顺序，以保证正在切削的部位具有良好的刚性；在铣削中采取顺铣的切削方法，降低切削力和加工振动，降低刀具磨损；

步骤6、精铣过程控制

步骤6.1刀具装夹

现场加工过程中，通过控制刀具装夹长度，刀具伸出刀柄的长度L在25～30mm之间，能够保证刀具具有足够的刚性，并减小振动，从而提高刀具使用寿命，降低加工变形；

步骤6.2刀具寿命控制

通过切削试验，确定每组刀具的加工数量，即在保证铣削轮廓度要求的前提下，确定精加工的每把刀具的加工数量，达到要求数量后要进行更换；

步骤6.3刀具补偿值控制

加工过程中，刀具是不断磨损的，从而导致铣削的尺寸不断变大，为此需要在每件叶片加工完毕后，对精加工刀具的长度补偿值进行修改，补偿数值的大小根据前后两件叶片的轮廓厚度偏差的大小确定。

本发明的技术效果为：

按照办发明方法进行航空发动机薄壁叶片的型面铣削加工，加工变形能够得到有效控制，叶身型面的轮廓精度由0.10提高到0.04以内，截面位置度达到φ0.10以内，截面扭转控制在0.2°以内，满足设计图纸的要求，型面精铣合格率由50％提高到95％以上。

附图说明

图1本发明叶片装夹在工作台上整体视图；

图2本发明叶片与夹具1和夹具2装配示意图；

图3本发明密齿刀具示意图；

图4本发明锥形刀具示意图；

图5本发明叶片定位基准公差示意图；

图6本发明叶片铣削方向示意图；

图7本发明刀具装夹长度示意图；

1-工作台A，2-工作台a，3-双轴径叶片，4-蜗轮蜗杆夹头，5-三爪卡盘，6-密齿刀具，7-锥形刀具。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1

以航空发动机压气机叶片为载体，该叶片材料为高温合金，叶片长度为150mm，叶型最薄1.5mm，属薄壁弱刚性叶片，型面轮廓公差0.1mm。

一种降低叶片铣削加工变形的方法，包括以下步骤：

步骤1、设备选择

设备选用具有A轴、a轴的双驱结构工作台A1、工作台a2的五坐标加工中心，A轴、a轴同步精度应控制在0.001°，在工作台A1的A轴上安装蜗轮蜗杆夹头4，在工作台a2的a轴上三爪卡盘5，通过安装在A轴、a轴工作台上的夹具以过定位方式夹持双轴径叶片3的两端，以增强双轴径叶片3的刚性，降低加工变形，如图1和图2所示；

步骤2、夹具选型

夹具分为两个部分，分别夹持双轴径叶片3两端基准，其中一端夹具采用蜗轮蜗杆夹头4，夹持轴径长度7～10mm；另外一端夹具采用三爪卡盘5，这两种夹头均能够提供500N的夹紧力，满足加工要求，另外标准的夹具结构精度且有利于外购补充；

步骤3、刀具选用

在刀具选择上，叶片型面精铣加工采用密齿刀具6和锥形刀具7，其中密齿刀具6的齿数为9齿，即能够保证刀具为非对称结构，以降低加工时振动，另外刀具圆角R为1.0mm，既要保证刀具的锋利性，同时也要避免圆角R过小导致刀具磨损过大；锥形刀具7的锥角7.5°，以保证刀具具有良好的刚性；其余工序选用D12R2端铣刀、D4R2和D5R2.5球头刀具；如图3和图4所示；

步骤4、工艺安排

在工艺上安排粗、精铣加工，在粗、精铣之间安排基准修正工序，用于修正粗铣加工后双轴径叶片3的变形，为型面精铣加工提供准确的定位基准；为保证精铣工序型面余量能够实现成品双轴径叶片3加工，粗铣后型面留0.2～0.35mm的余量；

具体工序安排如下：型面粗铣-半精磨大轴颈-半径磨小轴颈-精铣叶身型面

步骤4.1型面粗铣基准加工

型面粗铣前的定位基准加工，为保证加工精度并兼顾加工效率，两轴径的联合跳动t₁为0.05mm以内，轴径圆柱度t₂为0.03mm以内，如图5所示，可采用数控车床进行轴径的车削；

步骤4.2型面粗铣加工

型面粗铣加工时切削深度选择0.3mm、切削宽度选择0.5mm，每齿进给量选择0.15mm，最终将粗铣后的余量控制在0.2～0.35mm；

步骤4.3基准修正

为保证精铣加工时双轴径叶片3的定位精度，保证双轴径叶片3铣削加工时，不存在装夹应力，两轴径的联合跳动t₁控制在0.03mm以内，轴径圆柱度t₂控制在0.01mm以内，可采用外圆磨床进行轴径的磨削；

步骤5、精铣策略

步骤5.1切削深度与宽度策略

薄壁双轴径叶片3的铣削加工，为降低加工变形，提高刀具寿命和加工效率，一般给定为切深ap＝0.15mm，切削宽度aw＝0.3mm；

步骤5.2刀具线速度与每齿进给量策略

高温合金材料是双轴径叶片3的常用材料，为降低加工变形，提高刀具寿命和加工效率，一般给定线速度为Vc＝120m/min，每齿进给量fz＝0.05mm；

步骤5.3切削顺序策略

型面铣削的加工顺序从刚性较弱侧向刚性较强侧进行铣削，即按区域A→区域B→区域C的顺序，如图6所示，以保证正在切削的部位具有良好的刚性；在铣削中采取顺铣的切削方法，降低切削力和加工振动，降低刀具磨损；

步骤6、精铣过程控制

步骤6.1刀具装夹

现场加工过程中，通过控制刀具装夹长度，刀具伸出刀柄的长度L在25～30mm之间，如图7所示，能够保证刀具具有足够的刚性，并减小振动，从而提高刀具使用寿命，降低加工变形；

步骤6.2刀具寿命控制

通过切削试验，确定每组刀具的加工数量，本实施例中铣削轮廓度为0.1mm，确定精加工的每把刀具的加工数量为10件，达到要求数量后要进行更换；

步骤6.3刀具补偿值控制

在精铣过程中，在每件双轴径叶片3加工完毕后，对精加工刀具的长度补偿值进行适当的修改，以第一件双轴径叶片3的轮廓厚度为基准，通过测量确定了第二件双轴径叶片3与第一件双轴径叶片3之间的轮廓厚度偏差为0.03mm，则对更换下一组刀具后的第二件双轴径叶片3的刀具长度补偿数值增加0.03mm。