一种整体叶盘叶片循环铣削刚性增强方法与流程

本发明涉及航空发动机技叶片加工术领域，具体是一种整体叶盘叶片循环铣削刚性增强方法

背景技术：

整体叶盘的叶型加工属于薄壁件加工。叶型的叶展、弦长、厚度(叶尖最大厚度)之比往往达到40：20：1，属于典型的薄壁零件。加工过程中，需要采取许多增强系统刚性的手段来获得高的加工效率和零件表面质量。如填充材料、分层加工、增加外环(闭式叶环加工)等方法。填充材料的方法在使用的过程中需要多次填充，尤其是当叶型一次性铣削下，需要3～4次填充，非加工时间较长，且填充材料的不同，对切削液等具有不同的影响，甚至影响加工；分层加工可以有效地增强零件的刚性，但加工过程中层与层之间会产生接刀痕，必须通过钳修方式，才能进行后续的叶型表面的光饰处理，增加了加工周期，同时，要求钳修人员具有一定的技能水平；增加外环的方式在叶盘的外侧增加工艺环，利用闭式铣削的方式进行叶型加工，该方法增加了一定的加工难度，又需要考虑外环的去除问题。该项技术采用半精铣—精铣循环铣削的方式，合理的余量分配，实现了在无填充材料、不需增加外环等方式，利用零件自身余量，增强铣削位置刚性的效果，获得了良好的切削参数，提高了零件表面质量和加工效率。

技术实现要素：

本发明采用半精铣—精铣循环铣削的方式，合理的余量分配，实现了在无填充材料、不需增加外环等方式，利用零件自身余量，增强铣削位置刚性的效果，获得了良好的切削参数，提高了零件表面质量和加工效率。

本发明采用的技术方案是：

一种整体叶盘叶片循环铣削刚性增强方法，该方法将加工过程中的半精铣与精铣刀轨循环组合，配合余量分布，实现增强系统刚性，又避免接刀痕的产生；

该方法包括以下步骤：

1)根据叶型的刚性强弱，确定叶型的精铣及半精铣余量；

根据叶型的叶展长度、叶尖处的最大厚度，判断叶型刚性的强弱，一般为精铣余量设定为叶尖处0.2mm，叶根处余量0.3mm，余量呈梯度变化，也可根据实际情况进行调整；该过程需保证叶型半精铣刚性，加工不产生振颤，半精铣余量一般设为0.5mm；

2)选取刀具；

该方法是将半精铣、精铣同时加工完成，半精铣刀具形状与精铣刀具相同，由于余量的增加，刀具直径应满足加工要求，生成刀轨；因刀具轨迹的长度增加，进而确定刀具的切削寿命，根据刀具切削的长度作为衡量，选择具有足够切削寿命的刀具，完成切削；

3)选取切削参数；

第一切削参数与刀具寿命为相对应关系，根据刀具的切削寿命，选取切削参数，完成切削；第二切削参数根据半精铣、精铣加工方式选取相应的切削参数；具体是半精铣以大的材料去除率为主，采用大切深低进给的方式，精铣以获得良好的表面质量为主，采用小切深大进给的方式；以钛合金为例，半精铣切削速度60m/min，精铣切削速度150～300m/min；

4)选择加工方式—等参数层铣；

该方法须采用精铣的加工方式进行，且半精铣的加工方式必须与精铣的加工方式相同；采用等参数层铣的方式，以便获得好的加工表面质量；

5)生成数控刀具轨迹；

利用通用软件ug(三维cad/cam设计加工软件)或专用软件max-pac(透平叶轮数控加工编程软件包)的多轴编程功能，按步骤4)方式，生成数控刀具轨迹；该轨迹特点为半精铣、精铣混合进行，即先进行若干数量半精铣加工、再进行精铣加工，后再进行半精铣加工，依次进行；例如半精加工程序有5层，即bj1、bj2......bj5；精铣程序有10层，即为j1、j2......j10，加工程序执行顺序是bj1、bj2、j1、bj2、j2、j3、bj3、j4、j5、bj4、j6、j7、bj5、j8、j9、j10；

6)编辑数控程序；

如果步骤5)中，软件只能生成单独的半精铣、精铣程序，此时，需要手动将半精铣、精铣程序以层为单位进行拆分，即每一层为一段程序，根据半精铣、精铣程序的刀路数再进行组合；

7)数控程序仿真；

如果是软件正常生成的程序，未经人工修改，只需要通过数控仿真，这里采用vericut软件，验证程序正确性即可；如果经过步骤6)获得的程序，还需要关注半精铣与精铣的顺序是否恰当，即同一个加工位置先进行半精铣加工后在进行精铣加工；如果不是该顺序，返回步骤6，继续编辑程序，直到本步骤合格后，开始加工。

本发明的优点是：该方法可以有效的增强铣削系统的刚性，提高加工效率获得良好的表面质量。同时，避免了其他刚性增强方法的缺点，不增加非加工时间、避免了接刀痕的产生、又不需要额外的工序，是一种可靠且便捷的加工方法。

附图说明

图1是本发明的余量加工示意图。

图2是本发明的等参数层铣示意图。

图3是本发明的循环铣刀轨顺序图。

具体实施方式

如图1-3所示，一种整体叶盘叶片循环铣削刚性增强方法，该方法将加工过程中的半精铣与精铣刀轨循环组合，配合余量分布，实现增强系统刚性，又避免接刀痕的产生；

该方法包括以下步骤：

1)根据叶型的刚性强弱，确定叶型的精铣及半精铣余量；

根据叶型的叶展长度、叶尖处的最大厚度，判断叶型刚性的强弱，一般为精铣余量设定为叶尖处0.2mm，叶根处余量0.3mm，余量呈梯度变化，也可根据实际情况进行调整；该过程需保证叶型半精铣刚性，加工不产生振颤，半精铣余量一般设为0.5mm；

2)选取刀具；

该方法是将半精铣、精铣同时加工完成，半精铣刀具形状与精铣刀具相同，由于余量的增加，刀具直径应满足加工要求，生成刀轨；因刀具轨迹的长度增加，进而确定刀具的切削寿命，根据刀具切削的长度作为衡量，选择具有足够切削寿命的刀具，完成切削；

3)选取切削参数；

第一切削参数与刀具寿命为相对应关系，根据刀具的切削寿命，选取切削参数，完成切削；第二切削参数根据半精铣、精铣加工方式选取相应的切削参数；具体是半精铣以大的材料去除率为主，采用大切深低进给的方式，精铣以获得良好的表面质量为主，采用小切深大进给的方式；以钛合金为例，半精铣切削速度60m/min，精铣切削速度150～300m/min；

4)选择加工方式—等参数层铣；

该方法须采用精铣的加工方式进行，且半精铣的加工方式必须与精铣的加工方式相同；采用等参数层铣的方式，以便获得好的加工表面质量；

5)生成数控刀具轨迹；

利用通用软件ug(三维cad/cam设计加工软件)或专用软件max-pac(透平叶轮数控加工编程软件包)的多轴编程功能，按步骤4)方式，生成数控刀具轨迹；该轨迹特点为半精铣、精铣混合进行，即先进行若干数量半精铣加工、再进行精铣加工，后再进行半精铣加工，依次进行；例如半精加工程序有5层，即bj1、bj2......bj5；精铣程序有10层，即为j1、j2......j10，加工程序执行顺序是bj1、bj2、j1、bj2、j2、j3、bj3、j4、j5、bj4、j6、j7、bj5、j8、j9、j10；

6)编辑数控程序；

如果步骤5)中，软件只能生成单独的半精铣、精铣程序，此时，需要手动将半精铣、精铣程序以层为单位进行拆分，即每一层为一段程序，根据半精铣、精铣程序的刀路数再进行组合；

7)数控程序仿真；

如果是软件正常生成的程序，未经人工修改，只需要通过数控仿真，这里采用vericut软件，验证程序正确性即可；如果经过步骤6)获得的程序，还需要关注半精铣与精铣的顺序是否恰当，即同一个加工位置先进行半精铣加工后在进行精铣加工；如果不是该顺序，返回步骤6，继续编辑程序，直到本步骤合格后，开始加工。

在选用通用软件或专用软件时，如果提供步骤5)中的刀具轨迹设计功能，可以直接生成程序，此时可以跳过步骤6)，直接进行步骤7)；如果通用软件无该功能，可分别生成半精铣、精铣程序，执行步骤6)。

实施例

整体叶盘为钛合金材料，叶片最大外径尺寸：φ532mm；叶片的最小外径尺寸：φ460mm；叶片的最大弦宽尺寸：26.5mm；叶片总数：79片；相邻叶片最小间距：约10mm；

步骤如下：

1)确定叶型的精铣及半精铣余量：这里叶型半精铣余量选取为0.5mm；精铣余量按梯度分配，叶尖处设为0.2mm，叶根处为0.3mm。

2)选取合适的刀具；

根据相邻叶片的最小间距初步选择直径φ8mm的球头铣刀，经计算该刀具直径满足半精铣、精铣程序的要求；经查阅刀具手册，刀具寿命满足要求。

3)选取合适的切削参数；

通过试验，半精铣加工参数为：切削速度60m/min，每齿进给量0.1mm/齿；精铣加工参数为：切削速度150m/min，每齿进给量0.04mm/齿；

4)选择合适的加工方式—等参数层铣；

5)生成数控刀具轨迹；

利用专业软件maxpac，采用等参数层铣方式，生成刀具轨迹，如图2。其中，半精铣轨迹71层，精铣轨迹140层，刀轨顺序如图3。由于直接生成程序，跳过步骤6)。

7)数控程序仿真；

利用vericut软件对刀具轨迹进行仿真，并检查仿真中是否存在过切、刀具干涉等情况，无问题，进行零件加工。

使用该方法后，零件(叶身部位)效果对比：

由上表可见，该方法取消了填充材料所耗费的辅助时间，同时，避免了分层的接刀痕迹的产生，由于系统刚性的增强，提高了表面质量，加工参数—切削速度、进给都有一定的提升，缩短了加工时间。