基于UG數(shù)控銑加工質量控制要點

楊傳勇+++劉磊+++王天宇

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

關鍵詞：航空發(fā)動機葉片；機械加工；變形；控制

前言

航空發(fā)動機葉片是航空發(fā)動機加工制造中的難點也是重點。航空發(fā)動機葉片屬于薄壁型復雜曲面構件，加工難度大制造精度高。在傳統(tǒng)的航空發(fā)動機葉片的加工制造過程中各加工工序之間相對獨立從而使得航空發(fā)動機葉片制造中的信息無法進行有效的傳輸。此外，航空發(fā)動機葉片屬于復雜的曲面零部件，且航空發(fā)動機葉片型面是由復雜的三維自由曲面所組成。傳統(tǒng)的航空發(fā)動機葉片在越來越發(fā)展的航空發(fā)動機葉片的制造中難度越來越大，因此，加大航空發(fā)動機葉片的數(shù)控加工制造，通過應用五軸機床來對航空發(fā)動機葉片進行一次加工來提高加工制造精度，減少因工序改變所帶來的精度誤差。

1 航空發(fā)動機葉片傳統(tǒng)數(shù)控加工工藝路線

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

2 基于UG的航空發(fā)動機葉片的加工工藝的分析

航空發(fā)動機葉片由于需要承受極高的溫度和工作力因此在航空發(fā)動機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)動機葉片的機械加工帶來了不小的難度。同時由于航空發(fā)動機葉片屬于復雜的曲面加工，因此在航空發(fā)動機葉片機械加工工藝的編制中使用UG中的CAM模塊經(jīng)過處理后生成的加工代碼是現(xiàn)今航空發(fā)動機葉片機械加工工藝編制中采用較多的工藝編制方式。在加工機床的選擇上由于航空發(fā)動機葉片的型面要求較高且各個航空發(fā)動機葉片之間有重疊的部分，機床原有的夾具是無法完成對于其的固定加工的，因此在航空發(fā)動機葉片的裝夾夾具上需要設計航空發(fā)動機葉片裝夾的專用的夾具并采用五軸加工中心才能完成對于航空發(fā)動機葉片的機械加工。在航空發(fā)動機葉片加工工藝的編制上需要通過控制刀軸各個矢量方向的改變來完成與航空發(fā)動機葉片曲面的加工。各曲面的刀路要重疊相接，在航空發(fā)動機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系，針對表面選擇合理的加工方法，同時根據(jù)零件表面質量要求來設定航空發(fā)動機葉片的加工參數(shù)。航空發(fā)動機葉片毛坯件選用的是六面體方鋼，因此在航空發(fā)動機葉片的加工中首先需要使用銑床對航空發(fā)動機葉片的毛坯件進行六個基準面的銑削加工。在對毛坯件進行粗加工時在進行數(shù)控加工程序的編制時應當在建立起航空發(fā)動機葉片加工坐標系并設定好相應的航空發(fā)動機葉片加工參數(shù)的設定后進行航空發(fā)動機葉片的加工仿真。對于航空發(fā)動機葉片加工參數(shù)的設定包括加工刀具直徑、切削參數(shù)、進給速率以及切削方向和切削刀具的設定。在航空發(fā)動機葉片機械加工中采用的是跟隨周邊的銑削方式，在完成航空發(fā)動機葉片加工仿真后創(chuàng)建小平面得到相應的實體，以完成對于航空發(fā)動機葉片加工程序的編制。在航空發(fā)動機葉片的加工過程中需要注意對于航空發(fā)動機葉片中的葉片根部過渡圓角、阻尼臺、進氣邊、出氣邊等的特殊部位的加工。

3 對于航空發(fā)動機葉片加工方法的選取

3.1 航空發(fā)動機葉片主型面的加工

航空發(fā)動機葉片的主型面屬于空間自由曲面，由于航空發(fā)動機葉片各部曲率扭轉較大且屬于薄壁件，因此在航空發(fā)動機葉片加工方法上選用截面法進行加工比較合適，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，在加工時刀具與航空發(fā)動機葉片的曲面接觸點的軌跡在同一平面上，加工時所選取的截面為與航空發(fā)動機葉片高度相垂直的截平面。對于航空發(fā)動機葉片加工過程中的阻尼臺同樣需要采用截面進行加工，在此過程中截面法矢的選取是需要引起重視的問題，航空發(fā)動機葉片加工過程中選取阻尼臺中點的法矢作為所截平面的法矢，從而提高航空發(fā)動機葉片的加工效率。在航空發(fā)動機葉片的根部加工時需要注意：由于航空發(fā)動機葉片的主型面采用的是過渡曲面與根榫頭相連接的，而航空發(fā)動機葉片的過渡曲面采用的是多個片體所形成的自由度，在使用截面法來對航空發(fā)動機葉片進行加工時比較容易對航空發(fā)動機葉片形成清根加工，使用截面法來對航空發(fā)動機葉片進行清根加工可以使得銑削加工的刀軌形成一個環(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)動機葉片的加工更為高效。航空發(fā)動機葉片由于使用的材料較為硬使得在對航空發(fā)動機葉片進行加工時如采用較大的進給量和較大的切削深度將會使得航空發(fā)動機葉片銑削加工時承受著較大的切削力，因此在航空發(fā)動機葉片機械加工時需要控制加工深度與加工銑削量，以便減小航空發(fā)動機葉片銑削加工時的葉片所承受的加工力，從而使得航空發(fā)動機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)動機葉片機械加工時葉片表面的粗糙度。

3.2 提高航空發(fā)動機葉片加工的粗糙度

為提高航空發(fā)動機葉片表面的加工質量在銑削刀具的選擇上需要注意銑削刀具材質與工件材料的匹配度，從而提高銑削加工時葉片表面的加工質量。此外，航空發(fā)動機葉片的材料硬度也會對航空發(fā)動機葉片加工后的表面質量產(chǎn)生較大的影響。在航空發(fā)動機葉片高速銑削時，與普通的中、低速銑削相比，隨著高速銑削的進行，工件材料的硬度與銑削后工件表面的粗糙度成反比。即在高速銑削時工件的材質越硬則加工后葉片表面的粗糙度越低。此外在銑削加工時還需要注意對于銑削速度和銑削進給量的控制，在高速銑削時，傳統(tǒng)中、低速銑削所產(chǎn)生的積屑瘤及鱗刺也會隨著高速銑削而減小甚至消失，同時工件的塑形變形也會隨之減少，但是如在銑削加工時進給量較大則會導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)動機葉片的機械加工時還需要注意的是機床本身所具有的高次諧振也會對葉片表面的粗糙度產(chǎn)生一定的影響。

4 結束語

航空發(fā)動機葉片屬于薄壁的復雜曲面工件，從而對機械加工帶來了較大的難度。文章從影響航空發(fā)動機葉片加工的影響因素出發(fā)通過對加工工藝進行改進以提高航空發(fā)動機葉片的加工質量。

參考文獻

[1]藺小軍，汪文虎，單晨偉.航空發(fā)動機葉片加工新工藝研究[J].航空精密制造技術，2009，45（5）：46-48.

[2]田慶，莫蓉，夏禹，等.航空發(fā)動機葉片CAD造型方法[J].航空制造技術，2007（2）：78-81.

[3]段繼豪，史耀耀，張軍鋒，等.航空發(fā)動機葉片柔性拋光技術[J].航空學報，2012，33（3）：573-579.