[发明专利]一种大叶片铣削抛光机床

说明书

本发明提供了一种大叶片铣削抛光机床及铣削抛光方法，涉及大型叶片铣削、抛光数控加工领域；所述床身的顶端设置有X轴滑轨和第一移动滑台；所述第二移动滑台通过第一移动滑台可移动安装在X轴滑轨上；所述摆头包括摆头主体、主轴和刀具，所述主轴安装在摆头主体内部，所述刀具安装在摆头的端部，所述主轴一端与摆头驱动装置连接，所述主轴另一端与刀具连接，所述摆头可移动安装在第二移动滑台；所述床身的一侧安装有第三移动滑台，所述Z轴工作台可升降安装在第三移动滑台，大叶片放置在Z轴工作台。

技术领域

本发明属于大型叶片铣削、抛光数控加工领域，具体涉及一种大叶片铣削抛光机床。

背景技术

航空发动机大型风扇叶片是发动机中推动飞机前进的重要零件，这种叶片通常需要采用千万元级别的五轴联动叶片加工中心进行铣削加工，其加工时间长达数十天，单个叶片的价值高达10万元以上。但是这种叶片厚度薄、刚性差，铣削加工过程极易发生颤振和变形，叶片加工完成并从机床上拆下后，极易因为叶片内部残余应力的释放而发生严重的变形，导致叶片加工超差。

该问题是目前影响航空发动机大型叶片和叶盘生产加工的重大技术难题。该问题也存在于汽轮机叶片的加工中，以至于不得不采用反向扭转的方法消除叶片的变形。但是这种反向扭转方法会因为产生新的残余应力而导致叶片在应用过程不断变形，对于发动机工作性能的稳定及其不利。从以上分析可以看出，大叶片的制造难度相当大，叶片最终成形一直是航空发动机制造中的瓶颈技术。

目前，国内外研究者主要通过叶片的装夹方式、加工工艺及加工参数优化、变形预测与误差补偿、电解加工、使用高精设备等方式对航空发动机叶片的变形控制方法展开了探索和研究。控制叶片因受到切削力作用而产生的变形，最简单且直接的方法就是对叶片进行过定位装夹或辅助支撑，间接提高叶片的刚性，从而达到减小叶片受力变形的目的。

目前叶片实际生产加工中，绝大多数都采用这种方法来控制叶片的受力变形。北京航空航天大学的陈婵娟深入分析了叶片在悬臂装夹与双端装夹状态下的变形及其分布规律，并进行了试验验证。Wang.Y等提出一种涡轮叶片叶身装夹定位误差和加工误差的测量、计算方法，为叶片的夹具优化设计提供了依据。在叶片的实际加工中，国内的航空发动机叶片的主要生产单位黎明航空发动机有限公司和南方航空工业有限公司等均采用了双端装夹的方式来保证叶片的加工精度。但是，这种通过优化夹具结构及辅助支撑的方法使叶片不可避免的引入了过定位装夹变形，无论是叶尖处顶尖或辅助基准凸台支撑，还是叶身型面的辅助支撑等，都要求装置有很高的精度及其稳定性。同时，叶片的残余应力变形不能通过过定位装夹和支撑进行控制，此方法适用于残余应力变形较小的叶片加工。

通过工艺手段使刚性增强也是控制叶片加工变形的有效手段之一。西北工业大学的单晨伟等提出一种叶片型面的非均匀余量刚度补偿方法，对截面线方向采用正弦函数变化法分别进行非均匀余量刚度补偿设计，并且基于叶片原始截面线，构造出精加工时的工艺模型，从而在精加工总体余量不变的情况下，增强了叶片的加工刚度，一定程度上减少了弯曲和扭转变形。西北工业大学张定华和姚倡锋等将叶盆、叶背型面划分为若干个对称的区域，利用分区域对称刀具轨迹进行叶片加工的方法来控制变形。

叶片综合误差补偿是目前应用较为广泛的叶片加工变形控制方式，其主要思路是利用理论分析及有限元模拟仿真、变形测量等手段得到叶片在稳定的加工工艺下的变形规律及分布情况，然后通过适当修改叶片的三维模型或刀具加工轨迹来实现误差补偿。

全型面精密电解加工从加工机理出发，能够在加工过程中彻底避免叶片型面受到力的作用，彻底摒除了叶片弱刚性对其加工精度的影响；同时，加工表面不产生残余应力和加工硬化，也避免了叶片因加工表面残余应力而形成的无规律变形。因此，国内外对于叶片全型面的电解加工进行了许多研究。叶身全方位电解加工技术于20世纪80年代成功的运用于美国GE和英国Rolls-Royce公司镍基涡轮叶片和钛合金压气机叶片的加工领域。德国MTU公司也采用拷贝式电解加工工艺进行叶轮型面的整体加工。英国的Amchem公司已经生产出阴极斜向进给、轴向供液的叶片电解加工专用机床。