楊傳勇+++劉磊+++王天宇

摘 要：航空發(fā)動(dòng)機(jī)是飛機(jī)的核心，其設(shè)計(jì)難度大、材料要求高、制造精度極高從而為航空發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械加工制造帶來(lái)了較大的難度。航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片是航空發(fā)動(dòng)機(jī)中的關(guān)鍵性零部件，其加工制造的成本及加工制造的難度約占整個(gè)航空發(fā)動(dòng)機(jī)加工制造量的1/3左右。做好航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的機(jī)械加工對(duì)于確保航空發(fā)動(dòng)機(jī)的加工制造質(zhì)量有著極為重要的意義。航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片屬于典型的薄壁零部件，在機(jī)械加工的過(guò)程中由于受到力的作用從而使得航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片在機(jī)械加工的過(guò)程中極易變形從而影響航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的加工制造質(zhì)量。因此，提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的機(jī)械加工精度關(guān)鍵是要控制好航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片機(jī)械加工過(guò)程中的變形量，通過(guò)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片機(jī)械加工中編制合理的加工工藝對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片機(jī)械加工過(guò)程中的變形量進(jìn)行控制與補(bǔ)償，以提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的機(jī)械加工精度。

關(guān)鍵詞：航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片；機(jī)械加工；變形；控制

前言

航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片是航空發(fā)動(dòng)機(jī)加工制造中的難點(diǎn)也是重點(diǎn)。航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片屬于薄壁型復(fù)雜曲面構(gòu)件，加工難度大制造精度高。在傳統(tǒng)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的加工制造過(guò)程中各加工工序之間相對(duì)獨(dú)立從而使得航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片制造中的信息無(wú)法進(jìn)行有效的傳輸。此外，航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片屬于復(fù)雜的曲面零部件，且航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片型面是由復(fù)雜的三維自由曲面所組成。傳統(tǒng)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片在越來(lái)越發(fā)展的航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的制造中難度越來(lái)越大，因此，加大航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的數(shù)控加工制造，通過(guò)應(yīng)用五軸機(jī)床來(lái)對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片進(jìn)行一次加工來(lái)提高加工制造精度，減少因工序改變所帶來(lái)的精度誤差。

1 航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片傳統(tǒng)數(shù)控加工工藝路線

在傳統(tǒng)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的數(shù)控加工中采用的單個(gè)航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片依次加工的加工統(tǒng)一，航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的毛坯件采用的是模鍛或是自由鍛都可，在進(jìn)行航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片銑削加工工藝的編制時(shí)需要根據(jù)加工制造要求進(jìn)行工裝的相應(yīng)的設(shè)計(jì)，并確保航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片加工工裝的精度要求以控制航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的機(jī)械加工精度。此外，在完成了對(duì)于葉片的銑削加工后還需要將其組合起來(lái)再繼續(xù)進(jìn)行車削加工。通過(guò)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的加工制造過(guò)程中使用數(shù)控銑床進(jìn)行高速加工的加工方法對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片進(jìn)行加工的過(guò)程中可以有效的降低航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片在機(jī)械加工過(guò)程中所受到的徑向力，從而減小航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片在機(jī)械加工中所產(chǎn)生的變形。此外，通過(guò)合理的編制航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的數(shù)控加工工藝減少航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片機(jī)械加工中的激振從而有效的提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片機(jī)械加工制造過(guò)程中的葉片表面的光潔度。

2 基于UG的航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的加工工藝的分析

航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片由于需要承受極高的溫度和工作力因此在航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的選材上多采用的是硬度極高的金屬，從而為航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的機(jī)械加工帶來(lái)了不小的難度。同時(shí)由于航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片屬于復(fù)雜的曲面加工，因此在航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片機(jī)械加工工藝的編制中使用UG中的CAM模塊經(jīng)過(guò)處理后生成的加工代碼是現(xiàn)今航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片機(jī)械加工工藝編制中采用較多的工藝編制方式。在加工機(jī)床的選擇上由于航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的型面要求較高且各個(gè)航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片之間有重疊的部分，機(jī)床原有的夾具是無(wú)法完成對(duì)于其的固定加工的，因此在航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的裝夾夾具上需要設(shè)計(jì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片裝夾的專用的夾具并采用五軸加工中心才能完成對(duì)于航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的機(jī)械加工。在航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片加工工藝的編制上需要通過(guò)控制刀軸各個(gè)矢量方向的改變來(lái)完成與航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片曲面的加工。各曲面的刀路要重疊相接，在航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片加工工藝的編制上首先需要選擇建立合理的工件坐標(biāo)系，針對(duì)表面選擇合理的加工方法，同時(shí)根據(jù)零件表面質(zhì)量要求來(lái)設(shè)定航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的加工參數(shù)。航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片毛坯件選用的是六面體方鋼，因此在航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的加工中首先需要使用銑床對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的毛坯件進(jìn)行六個(gè)基準(zhǔn)面的銑削加工。在對(duì)毛坯件進(jìn)行粗加工時(shí)在進(jìn)行數(shù)控加工程序的編制時(shí)應(yīng)當(dāng)在建立起航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片加工坐標(biāo)系并設(shè)定好相應(yīng)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片加工參數(shù)的設(shè)定后進(jìn)行航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的加工仿真。對(duì)于航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片加工參數(shù)的設(shè)定包括加工刀具直徑、切削參數(shù)、進(jìn)給速率以及切削方向和切削刀具的設(shè)定。在航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片機(jī)械加工中采用的是跟隨周邊的銑削方式，在完成航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片加工仿真后創(chuàng)建小平面得到相應(yīng)的實(shí)體，以完成對(duì)于航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片加工程序的編制。在航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的加工過(guò)程中需要注意對(duì)于航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片中的葉片根部過(guò)渡圓角、阻尼臺(tái)、進(jìn)氣邊、出氣邊等的特殊部位的加工。

3 對(duì)于航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片加工方法的選取

3.1 航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片主型面的加工

航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的主型面屬于空間自由曲面，由于航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片各部曲率扭轉(zhuǎn)較大且屬于薄壁件，因此在航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片加工方法上選用截面法進(jìn)行加工比較合適，使用此種加工方法形成的刀軌較為均勻，且走刀軌跡較為容易控制，在加工時(shí)刀具與航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的曲面接觸點(diǎn)的軌跡在同一平面上，加工時(shí)所選取的截面為與航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片高度相垂直的截平面。對(duì)于航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片加工過(guò)程中的阻尼臺(tái)同樣需要采用截面進(jìn)行加工，在此過(guò)程中截面法矢的選取是需要引起重視的問(wèn)題，航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片加工過(guò)程中選取阻尼臺(tái)中點(diǎn)的法矢作為所截平面的法矢，從而提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的加工效率。在航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的根部加工時(shí)需要注意：由于航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的主型面采用的是過(guò)渡曲面與根榫頭相連接的，而航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的過(guò)渡曲面采用的是多個(gè)片體所形成的自由度，在使用截面法來(lái)對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片進(jìn)行加工時(shí)比較容易對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片形成清根加工，使用截面法來(lái)對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片進(jìn)行清根加工可以使得銑削加工的刀軌形成一個(gè)環(huán)從而使得銑削加工的工序更為連貫效率從而使得航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的加工更為高效。航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片由于使用的材料較為硬使得在對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片進(jìn)行加工時(shí)如采用較大的進(jìn)給量和較大的切削深度將會(huì)使得航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片銑削加工時(shí)承受著較大的切削力，因此在航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片機(jī)械加工時(shí)需要控制加工深度與加工銑削量，以便減小航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片銑削加工時(shí)的葉片所承受的加工力，從而使得航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的銑削加工更為順暢和高效，從而有效的提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片機(jī)械加工時(shí)葉片表面的粗糙度。

3.2 提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片加工的粗糙度

為提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片表面的加工質(zhì)量在銑削刀具的選擇上需要注意銑削刀具材質(zhì)與工件材料的匹配度，從而提高銑削加工時(shí)葉片表面的加工質(zhì)量。此外，航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的材料硬度也會(huì)對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片加工后的表面質(zhì)量產(chǎn)生較大的影響。在航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片高速銑削時(shí)，與普通的中、低速銑削相比，隨著高速銑削的進(jìn)行，工件材料的硬度與銑削后工件表面的粗糙度成反比。即在高速銑削時(shí)工件的材質(zhì)越硬則加工后葉片表面的粗糙度越低。此外在銑削加工時(shí)還需要注意對(duì)于銑削速度和銑削進(jìn)給量的控制，在高速銑削時(shí)，傳統(tǒng)中、低速銑削所產(chǎn)生的積屑瘤及鱗刺也會(huì)隨著高速銑削而減小甚至消失，同時(shí)工件的塑形變形也會(huì)隨之減少，但是如在銑削加工時(shí)進(jìn)給量較大則會(huì)導(dǎo)致葉片表面殘留較大的刀具面積從而影響葉片表面的粗糙度。此外在航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的機(jī)械加工時(shí)還需要注意的是機(jī)床本身所具有的高次諧振也會(huì)對(duì)葉片表面的粗糙度產(chǎn)生一定的影響。

4 結(jié)束語(yǔ)

航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片屬于薄壁的復(fù)雜曲面工件，從而對(duì)機(jī)械加工帶來(lái)了較大的難度。文章從影響航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片加工的影響因素出發(fā)通過(guò)對(duì)加工工藝進(jìn)行改進(jìn)以提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的加工質(zhì)量。

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