航空发动机整体叶轮五轴数控加工机床运动学分析

航空发动机精锻叶片数字化数控加工技术随着航空业的不断发展和飞机性能的不断提升，航空发动机作为飞机的“心脏”，其性能对于整个飞机的安全和性能有着至关重要的影响。

而发动机叶片作为发动机中最关键的零部件之一，其制造工艺和加工精度直接影响了发动机的性能和效率。

目前，航空发动机精锻叶片数字化数控加工技术已经成为发展的趋势，为提升叶片制造的精度和效率，推动航空发动机的发展起到了积极的推动作用。

一、数字化叶片设计技术数字化叶片设计技术是航空发动机精锻叶片数字化数控加工技术的重要基础。

传统的叶片设计采用手工绘图和模型制作，这种方法效率低、精度不高且易受人为因素的影响。

而数字化叶片设计技术则采用计算机辅助设计软件，通过三维建模技术能够高效准确地完成叶片的设计工作，可以实现对叶片各种参数的实时监测和调整，保证叶片的设计精度和一致性。

数字化叶片设计技术还能够方便和CAD/CAM等软件进行数据交换和集成，使得叶片设计数据得以共享和传输，为后续的数控加工提供了良好的基础。

二、数字化数控加工技术数字化数控加工技术是航空发动机精锻叶片数字化数控加工技术的核心环节。

传统的叶片加工工艺中，需要通过数控机床进行铣削、钻孔等工序，但是这种方式难以满足叶片的复杂曲面和高精度加工需求。

而数字化数控加工技术则是将数字化叶片设计数据直接输入到数控机床上，通过程序控制实现叶片的加工，能够高效、精确地完成叶片的加工工序。

在数字化数控加工技术中，主要采用了一些先进的加工方法和设备，比如激光切割、激光熔化沉积、电火花加工等技术，这些新型的加工方法和设备能够更好地满足叶片复杂曲面和高精度加工的需求，同时提高了叶片的制造效率和一致性。

三、数字化质量检测技术数字化质量检测技术是航空发动机精锻叶片数字化数控加工技术的重要保障。

叶片作为航空发动机中的重要部件，其加工质量对于发动机的性能和安全有着至关重要的影响。

传统的叶片质量检测方式主要是依靠人工目测和简单的测量工具，难以满足叶片高精度加工的需求。

航空发动机精锻叶片数字化数控加工技术摘要：我国经济的发展、人民生活水平的提高带动了航天事业的迅速发展，航天安全受到了人们的广泛关注，其中影响航天安全的主要因素就是航天发动机。

航空发动机零件制造难度很高，具有材料难加工、易变性震动、结构形状复杂以及加工标准高等特点，其加工水平会直接反应一个国家制造实力的高低。

本文以航空发动机的典型零部件为研究对象，分类零部件的结构特点、加工方法等，并总结了零部件数控加工技术的性能和要求，并总结了航空发动机典型零部件数控加工技术的未来发展趋势，希望对我国零部件的数控加工技术有所帮助。

关键词：航空发动机；典型零部件；数控；加工技术1航空发动机典型零件加工特性现代航空发动机的典型零件主要包括了叶轮、叶片、盘类、机匣以及轴类零件等。

在航空发动机零部件的加工过程中，为了提高发动机的推重比，一些高性能的发动机制造过程中应用了大量的新材料，使得零部件的结构越来越复杂，加工精度随之提高，对于零部件的制造工艺也有了更高的要求。

通过调查，航空发动机典型零部件的特点主要体现在以下几个方面：第一、形状结构复杂，这主要是由于新材料的使用加大了加工的难度，使得结构、形状也变得复杂，目前我国主要使用的是轻量化的整体薄壁结构。

第二、采用的材料加工难度大，在零部件的加工过程中，材料加工受到使用环境和条件的限制，发动机采用的材料需要具有强度高、质量轻、耐腐蚀以及耐高温的特点。

目前航空发动机零部件制造过程中应用最多的材料有树脂基复合材料、镍基高温合金以及钛合金等。

第三、毛坯材料切除率高，目前我国材料切除率超过了百分之六十。

锻造毛坯的整体式加工方式应用于整体毛坯件和薄壁整体框架结构零件的加工，主要包括了机匣、整体叶盘等锻件，而这些零件的轮廓和结构都十分复杂，我国目前的锻造技术还达不到精细化的水平，导致毛坯余量大且分布不均匀，材料切除率高。

第四、加工精度高、追求高效低成本加工，航空发动机零部件的制造要求十分高，包括了使用寿命高、可靠性高以及性能强等，对零件的加工精度和表面质量的要求十分严苛。

数控机床在航空发动机加工中的应用航空发动机作为飞行器的核心动力装置，对其性能和可靠性要求极高。

在航空发动机的制造过程中，数控机床扮演着至关重要的角色。

本文将探讨数控机床在航空发动机加工中的应用，并分析其优势和挑战。

一、航空发动机加工的需求航空发动机具有复杂的结构和高精度的加工要求。

其零部件通常由高强度合金材料制成，需要进行精确的切削和加工。

常见的航空发动机零部件包括涡轮盘、叶片、缸套等。

这些零部件的制造要求高精度、高效率、高可靠性。

二、数控机床在航空发动机加工中的优势1. 高精度加工：数控机床采用数字化的控制系统，可以实现高精度的切削和加工，保证零部件的准确尺寸和光洁度。

这对于航空发动机的性能和可靠性至关重要。

2. 复杂零部件加工：航空发动机的零部件通常具有复杂的形状和结构。

数控机床具有多轴控制和多功能加工的能力，可以制造出各种复杂的零部件，如曲线叶片和复杂腔体，满足航空发动机的设计要求。

3. 高效率生产：数控机床具有高速切削和快速移动的能力，可以大幅提高生产效率。

在航空发动机的大规模制造中，数控机床能够快速完成大批量的零部件加工，节约时间和成本。

4. 自动化加工：数控机床可通过预先编程实现自动化加工过程，减少人工操作和干预，提高生产的一致性和稳定性。

这对于航空发动机的质量控制和工艺稳定性非常重要。

三、数控机床在航空发动机加工中面临的挑战1. 加工工艺的优化：数控机床的应用需要与先进的加工工艺相结合，以提高加工效率和零部件质量。

需要深入研究航空发动机加工过程中的各种技术和方法，进行工艺的优化和改进。

2. 精确度和可靠性的要求：航空发动机零部件的加工需要达到极高的精确度和可靠性要求。

数控机床的性能和稳定性对加工质量有直接影响，需要不断改进和提高数控机床的精度和可靠性。

3. 人才培养和技术创新：数控机床的应用需要人才掌握相应的操作和编程技能。

航空发动机加工领域需要培养一批专业的数控机床操作人员和技术创新人才，推动技术的发展和创新。

摘要数控铣床日益向高速度、高精度和高刚度的方向发展，其机构日趋复杂，对其工作性能的要求越来越高。

而发达国家在进出口技术含量高的五轴联动加工中心方面，对我国进行限制。

所以，我国就必须自主开发。

虚拟制造技术的发展应用，为开发研究高技术数控机床产品提供了技术手段。

本科题的主要任务是在设计阶段采用有限元法完成基础件（底座、工作台、滑枕、立柱）及整机的虚拟动力学分析。

其虚拟动力学研究包含两个方面：固有振动特性分析和响应特性分析。

对基础件（底座、工作台、滑枕、立柱）及整机进行了固有振动特性分析，得出了相应的固有频率和振型，通过振型的动画显示，形象而逼真地描述各模态的振动过程。

对滑枕进行了响应特性分析，得出了主轴在工作转速下的响应位移，并绘出了主轴在一系列频率下的响应位移对频率的曲线。

本课题的研究，为设计高性能的基础件（底座、工作台、滑枕、立柱）及整机提供了可靠的理论依据，缩短了产品的开发周期，降低了开发成本，其中的分析方法易于推广到其它各类机床的开发研究中，故本课题的研究方法及结论具有广泛的工程意义。

ABSTRACTThe milling machine is developing towards high speed, high precision and high rigidity, its organization is becoming more complex, the need of its work performance is becoming more. For the developed countries restrict our country in importing the NC machine with 5-axes linkage, we should do it by ourself. The development and appliance of the VMT provide the technical measurement in exploiting the NC machine tool of the high technology. The main task of this study is the accomplishment of the virtual dynamics of the basic parts including worktable、base、slider and the whole machine by means of the finite element analysis. The virtual dynamics research include two sides: the analysis ofthe inherent libration speciality and the analysis of the response speciality.The analysis of the inherent libration speciality of the worktable、base、slider and the whole machine oth the system is done to get the relevant inherent frequencies and the librating models. The moving show of the librating models describes the vibrating process of several modes.The analysis of the slider is done on the slider, the response displacement of the working speed is gotten. The curve of the response displacement and the frequency is drawn.The virtual dynamics research is done in this thesis, to shorten the exploiting period of the product, and to reduce the exploiting cost. The reliable theory is provided to design the worktable、base、slider and the whole machine performance. The way is easy to extend to the research of the other machine tools. So the way and the conclusion is of abroad engineer meaning.1．1 课题研究的来源和技术背景本课题的主要任务是对五轴加工中心的动力学分析（固有振动特性分析和响应特性分析）。

五轴加工中心原理
五轴加工中心是一种先进的数控机床，它的原理是通过同时控制五个方向的运动，即X轴、Y轴、Z轴和两个旋转轴（A轴
和C轴），来实现对复杂工件的加工。

在加工过程中，工件被夹持在工作台上，并通过刀具来切削和加工。

通过控制X、Y、Z轴的运动，可以实现工件在平面内
的移动和上下移动。

同时，通过控制A轴和C轴的旋转，可
以使工件在不同方向上进行旋转。

通过这五个方向的联合运动，五轴加工中心可以灵活地切削工件的任意曲面。

五轴加工中心利用数控系统来控制各个轴的运动。

数控系统根据预先编好的加工程序，通过计算机控制各个轴的步进电机或伺服电机的运动，从而实现对工件加工的控制。

同时，数控系统还可以通过传感器对加工过程中的刀具位置进行实时监测，确保加工的精度和质量。

五轴加工中心的运动精度和稳定性对加工质量有着重要影响。

为了保证五轴加工中心的高精度加工，机床结构和传动系统需要具备足够的刚性和稳定性。

同时，对于数控系统的控制算法和参数调节也需要精心设计，以确保刀具的轨迹和工件表面的加工精度。

总之，五轴加工中心通过同时控制五个方向的运动，可以实现对复杂曲面工件的高精度加工。

这种机床在航空航天、汽车制造、模具制造等领域有着广泛的应用前景，对提高加工效率和产品质量具有重要意义。

整体叶轮5轴数控加工工艺仿真技术研究*夏雨（浙江工商职业技术学院机电工程学院，浙江宁波315012）【摘要】分析了整体叶轮的造型轮廓和加工特点，依据叶轮的整体形状和加工工艺技术要求，确定了基于UG NX 软件的5轴加工策略，生成刀路轨迹，并完成整体叶轮零件的数控仿真的加工。

结果表明：经过加工工艺的优化，通过在5轴加工中心加工整体叶轮，零件的表面质量和加工效率得到全面提升，对叶轮类零件的加工有一定借鉴的意义。

关键词：整体叶轮；5轴加工；UG NX ；加工工艺；仿真技术中图分类号：TG659文献标识码：BDOI ：10.12147/ki.1671-3508.2023.02.014Study on the Simulation Technology of5-Axis CNC Machining Process of Integral ImpellerXia Yu（College of Mechanical and Electrical Engineering,Zhejiang Bussiness and Technology Institute,Ningbo ，Zhejiang 315012，CHN ）【Abstract 】The modeling contour and processing characteristics of the integral impeller are analyzed.Based on the overall shape of the impeller and the technical requirements of the machining process,the 5-axis machining strategy based on UG NX software is determined,the toolpath trajectory is generated,and the machining of the integral impeller part with CNC simulation is completed.The results show that after the optimization of the machining process,the surface quality and machining efficiency of the parts are comprehensively improved by machining the integral impeller in the 5-axis machining center,which has certain significance for the machining of impeller-type parts.Key words ：integral impeller ；5-axis machining ；UG NX ；machining process ；simulationtechnology*基金项目：浙江省教育厅访问工程师项目：手机马达整盘治具数控加工技术研究（编号：FG2022085）；浙江工商职业技术学院2021年学校科研年度项目“整体叶轮叶片多轴铣削加工技术研究”（编号：KYND202108）1引言整体叶轮零件在航空航天、汽车工业、冶金石油工业里有广泛的应用，作为机械结构零件的核心部件之一，其特点是结构复杂，加工困难和应用范围广，同时对整体叶轮的加工质量和加工精度要求较高，整体叶轮的曲面形状复杂，优化的加工工艺一直是制造业重要研究方向，因此，本文主要讨论经过优化的加工工艺能提升整体叶轮的加工质量，提高加工效率，并能广泛应用到各个场合[1]。