[发明专利]薄壁叶片精密铣削加工变形补偿方法

说明书

技术领域

本发明属于精密、超精密切削加工技术领域，具体为一种薄壁叶片精密铣削加工变形补偿方法，主要解决航空发动机薄壁叶片数控铣削精加工变形控制问题。

背景技术

叶片是航空发动机的核心零件，也是一种典型的薄壁类零件，其制造水平直接影响着航空发动机的气动性能。随着气动设计技术、结构技术和材料技术的不断发展，航空发动机叶片出现了弯、扭、薄、掠、轻等新的结构特点，同时也给其制造精度提出了更高的要求。航空发动机叶片高质量精密加工技术是发动机叶片制造面临的挑战性课题，也是当前国内航空发动机制造的关键技术之一。

在实际的铣削加工过程中，由于受到切削力、切削热和金属金相撕裂的共同作用，叶片会产生加工变形，导致加工后的叶片精度和轮廓度较差。目前，国内薄壁叶片制造精加工工艺是数控半精加工与手工打磨精加工。这是因为叶片属于薄壁曲面零件，加工变形难以控制，为避免报废，必须留下足够的余量补偿数控加工引起的变形，最后依靠人工抛光，用“边打磨、边检验”的方法将叶片余量逐步去除掉。但由于手工打磨过程无冷却液，靠样板控制叶片截面形状，故加工效率低，劳动强度大，表面精度低，波纹度大，易烧伤，质量不稳定，无法满足薄壁叶片对壁厚和叶型精度控制的要求。

同时，在工程实践中，为了消除加工变形对薄壁叶片数控加工精度的不利影响，常通过采用工艺措施来减小叶片的加工变形，从而保证加工精度达到设计要求。目前主要采取的手段有：优化数控切削参数以减小切削力；通过改进和优化装夹方案以增加零件的刚性。这些措施可以减小叶片的加工变形，但这就必然要增加很多额外的工序，而且这些工艺措施主要是以定性分析和实际加工经验为基础的，缺乏定量分析和操作规范，不仅零件的精度和质量难以保证，而且严重影响了加工效率。专利201110185239.7中公开了一种基于数模重构的整体涡轮叶片加工误差补偿方法，主要针对现有的航空发动机整体涡轮叶片加工精度因弹性恢复量难以控制而造成加工精度超差的问题。这种误差补偿方法适用于悬臂结构的叶片，对于两端同时夹持的叶片加工效果不明显，而且未考虑到补偿加工后的再变形情况，反复补偿的次数多。

加工变形是影响薄壁零件数控加工效率、精度和表面质量的关键因素。针对现有的薄壁叶片加工工艺存在的不足，很有必要寻找一种新的叶片加工变形补偿方法，实现对薄壁叶片加工变形的有效控制，大幅提高加工精度和效率，以满足相关科技工程领域对改进和完善薄壁、超薄叶片精密铣削加工技术的迫切需求。

发明内容

要解决的技术问题

为了解决现有技术中薄壁叶片加工变形大，精度难保证的问题，本发明提出了一种薄壁叶片精密铣削加工变形补偿方法，针对叶片加工变形的特点采用反变形的补偿方法，从而提高叶片加工精度和效率，实现薄壁叶片的高效精密切削。

技术方案

叶片加工过程产生的变形非常复杂，有弹性变形导致的厚度增加，有残余应力变形产生的弯曲和扭转，而对于加工完成的叶片零件而言，检测到的是综合误差，经过误差分析和误差特征提取，可以将叶片的变形量分解出来，然后与设计数据对比，进而确定变形补偿量。最简单的方法就是将实际测量数据与设计数据的对比结果作为补偿量，补偿方向为叶片变形的相反方向，即余量加厚的地方减去补偿量，余量减少的地方加上补偿量。这种方法简单易操作，虽可以提高叶片的加工精度，但是不能够完全消除加工误差，多数情况下很难达到精度要求。因为通过这种变形补偿后，零件刚性与各个切触点处的切削状态发生了改变，切削力大小也随之发生非线性变化，从而导致零件变形难以一次性补偿到位，形成新的加工变形，即再生变形。在此基础上，本发明提出一种变形多次误差补偿方法，即对变形补偿量进行反复修正迭代的一个过程，直到满足精度要求，其流程如图1所示。本发明提出的变形多次误差补偿方法的思想是对变形补偿量进行修正，重构叶片实体模型，重新生成加工程序进行加工，经过试切后的零件如果合格则误差补偿成功，否则再次循环，确定合适的补偿量。

本发明的技术方案为：

所述一种薄壁叶片精密铣削加工变形补偿方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：在叶片三维模型中提取n条垂直于参数v向的叶片截面，并提取每个叶片截面的截面线；在每条截面线上按照等弧长设定m个测量点；

步骤2：按照步骤1中叶片三维模型对叶片进行加工后，测量叶片每个截面上各测量点的坐标；根据测量得到的测量点坐标与测量点的理论坐标，计算每个测量点的误差，取每个截面上所有测量点的误差均值，作为该截面上截面线的初次补偿量；