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C ＯＣＣＵＰＡＴＩＯＮ2012 06118案例ASES整体叶轮数控加工的工艺分析文／王 睿（1）执行如下命令：$ cd c:$ grep -v＇^[1-9][0-9]*[^[:print:]]\{2\}[1-9][0-9]*[^[:print:]]\{2\}[1-9]＇contents.txt > step1.txt 若“^”是方括号中的第一个字符，则不再表示匹配文本行的开头，而是对其后面的模式取相反结果。
[:print:]表示可打印字符。
因此[^[:print:]]\{2\}表示匹配两个不可打印字符。
注意单引号括住的部分没有空格。
打开step1.txt，可以看到，序号形如“1 1 1”和“1. 1. 1”的三级标题都被删掉了。
（2） 执行如下命令：$ grep -v ＇^[1-9][0-9]*\.[1-9][0-9]*\.[1-9][0-9]*＇step1.txt > step2.txt此处，用“\.”匹配英文句号，因为单个“.”可以匹配任意字符，而前面加上反斜线（称为转义符）后，就只能匹配英文句号。
打开step2.txt，可以看到，序号形如“1.1.1”的三级标题也都被删掉了，任务完成。
二、查找稿件中的不规范术语grep还可以从一个文件中获取欲匹配的模式，并且一次搜索多个文件。
命令如下：$ grep –f 含匹配模式的文件原始文件例如，某位作者为其编写的C++图书提供了随书源文件。
部分文件的代码注释中使用了不规范的术语，如，把“面向对象”写成了“物件导向”，把“内存”写成了“记忆体”。
现在要确定哪些文件含有不规范术语。
如果逐一查找，比较费时。
此时可以把不规范的术语写在一个名为jargons.txt的文件中，每行一个。
将文件放在源文件所在目录，假设是C:\source。
然后执行如下命令：$ cd c:$ cd source$ grep –f jargons.txt *.cpp屏幕上就会输出所有含有不规范术语的源文件名。
整体叶盘的加工工艺研究摘要：整体研判是现代航空发动机的一种新型结构部件，对于提高航空发动机性能具有重要作用。
本文主要介绍了航空发动机整体叶盘结构的特点、应用现状、制造技术及其发展趋势。
关键词：航空发动机；整体叶盘；铣削工艺；叶型在过去40年，航空制造技术的进步，使发动机的效率提高了约70%。
而来自于经济和环保方面的压力，使航空发动机的设计和制造技术有待进一步提高。
来自商业和经济效益方面的驱动因素包括：强化产品投资组合，促进产品多样化；降低产品全寿命成本；提高产品质量；缩短研发周期，加速投放市场。
而来自环保方面的压力是，欧洲航空研究咨询委员会（ACARE）确立了2020年的环境保护目标：二氧化氮排放量降低80%，二氧化碳排放量降低50%、可感噪声降低50%。
制造技术的进步对于实现上述目标至关重要，而且新技术需要通过所有产品的设计和制造过程进行基本的检验。
作为发动机的核心部件压力机来说，它的设计的发展趋势之一就是：采用新结构与新的制造工艺技术，结构更简单，零件数量更少。
在这种情况下，整体叶盘应用的越来越多，无论是轴流还是离心，采用数控加工整体成型的比例很大，叶盘多采用比强度高的钛合金。
1 整体叶盘结构的特点（1）不需叶片榫头和榫槽连接的自重和支撑这些重量的结构，减轻了发动机风扇、压气机、涡轮转子的重量。
英国R.R公司在发动机中采用整体叶盘结构后，与传统的叶片、轮盘分体结构相比，重量可减轻50%，若采用金属基复合材料（MMC）的整体叶环（Bling），则可减重70%。
（2）原轮缘的榫头变为鼓筒；盘变薄，其内孔直径变大；消除了盘与榫头接触应力，以及由于榫头安装角引起的力矩产生的挤压应力；减轻了盘的重量，提高叶片的振动频率。
（3）可消除常规叶盘中气流在榫根与榫槽缝隙中逸流造成的损失，是发动机工作效率增加，推重比显著提高。
（4）由于省去了安装边和螺栓、螺母、销子、锁片等连接件，零件数量大大减少，避免了榫头、榫槽间的微动磨损、微观裂纹、锁片损坏等意外事故，使发动机工作寿命和安全可靠性大大提高。
第25卷第2期2004年3月航空学报ACTA AERONAU TICA ET ASTRONAU TICA SIN ICA Vol 125No 12Mar 1 2004文章编号:100026893(2004 022*******整体叶盘数控加工技术研究任军学, 张定华, 王增强, 刘维伟, 汪文虎(西北工业大学现代设计与集成制造技术教育部重点实验室, 陕西西安710072 R esearch on the NC Machining T echnique of B liskREN J un 2xue , ZHAN G Ding 2hua , WAN G Zeng 2qiang , L IU Wei 2wei , WAN Wen 2hu(The K ey Laboratory of Contemporary Design and Integrated Manufacturing , of China ,Northwestern Polytechnical University , an , 摘要:。
, 提出了一种整体, 、最佳刀轴方向的、加工变形处理和叶片与刀具减振技术等。
给, 证明了所提方法的先进性和有效性。
关键词:; 五坐标数控加工; 刀轴方向; 变形与振动控制中图分类号:V261文献标识码:AAbstract :Blisk is a new integrated structure of blades and disk actually used in the aero 2engine of high thrust 2weight ratio. Based on the study of the state 2of 2the 2art of the Blisk manufacturing technology worldwide , a convenient manufacturing process and key technique of 52axis NC machining are proposed in this paper , Such novelties include analyses of blisk 2tunnel feature and partition of manufacturing area , determination of optimal orientation of cutter axis and its refinement , efficient rough2cutting of the tunnel , high 2precision shaping , control of Blisk distortion and vibrationreduction of cutter and blade. Preliminary results of cutting test verify the validity of the techniques men 2tioned above.K ey w ords :blisk ; 52axis NCmachining ; cutter axis orientation ; control of distortion and vibration近年来, 国外航空发达国家在新型航空发动机结构设计中采用了称之为整体叶盘(blisk 的最新结构。
航空发动机整体叶盘加工工艺探析摘要航空发动机制造是一个国家高端制造业的集中体现，当前我国航空产业高速发展对于航空发动机的需求大幅增加，积极研发与应用航空发动机机械加工新技术，在保障航空发动机机械加工质量的同时有效地提高航空发动机机械加工效率对于保障航空发动机的供应有着极为重要的意义。
叶盘是航空发动机中的重要组件，整体叶盘机械加工能够有效地避免榫头、榫槽间的微动磨损、微观裂纹等缺陷，对于提高航空发动机的使用性能和使用寿命有着极为重要的意义。
本文在分析航空发动机整体叶盘机械加工特点的基础上对航空发动机整体叶盘常用的加工技术进行分析阐述。
关键词航空发动机；整体叶盘；机械加工0前言整体叶盘应用于航空发动机中能够有效地提高航空发动机的使用性能和使用的可靠性。
但是相对的航空发动机整体叶盘机械加工也面临着较大的困难和挑战，航空发动机整体叶盘结构复杂，尤其是航空发动机整体叶盘的叶片型面为自由曲面，叶片厚度薄带来的是航空发动机整体叶盘叶片的整体刚性较差，航空发动机整体叶盘叶片容易在机械加工中产生变形进而影响航空发动机整体叶盘的机械加工质量。
此外，受航空发动机整体叶盘结构限制在机械加工中发生干涉现象较为严重，相较于普通的盘片分离结构航空发动机整体叶盘机械加工所面临的困难更大，应当积极做好航空发动机整体叶盘加工技术的研究与应用，提高航空发动机整体叶盘的加工质量与加工效率。
1航空发动机整体叶盘的结构与加工特性航空发动机整体叶盘从结构形式上主要分为整体式和焊接式两大类，焊接式采用的是对叶片进行单独加工并在后期采用电子束焊、线性摩擦焊或是真空固态扩散联结等的焊接技术将前期加工的叶片焊接至叶盘。
采用焊接式加工时对于叶片焊接质量要求较高，其直接影响着航空发动机整体叶盘的使用性能和可靠性。
整体式叶盘是航空发动机整体叶盘的主要结构形式，在对整体式叶盘加工制造主要依靠的是机械加工，加工时采用整体材料或是锻造的毛坯件进行加工，在这一过程中材料去除余量主要是依靠通道粗加工完成的，通道粗加工与航空发动机整体叶盘的加工效率密切相关，应当积极做好航空发动机整体叶盘通道粗加工技术的研究与应用，以便有效地提高航空发动机整体叶盘的加工效率，缩短加工周期。
26航空制造技术·2012 年第 3 期COVER STORY整体叶盘制造工艺技术综述西北工业大学 史耀耀 段继豪 张军锋 董 婷随着整体叶盘在航空发动机上的广泛应用，未来高推重比、涵道比发动机使整体叶盘结构更加复杂，优异的SiC 或C/C 复合材料等在整体叶盘上的应用，对整体叶盘制造技术提出了更高的挑战，各国都投入大量的人力、物力对整体叶盘制造技术进行研究，寻求低成本、低污染、高效率、高质量的复合制造技术，以满足航空发动机对整体叶盘的需求。
Blisk Disc Manufacturing Process Technology史耀耀西北工业大学机电学院教授、博士生导师。
主要从事机电控制及自动化、专用数控工艺装备、高速高效数控加工、加工表面光整技术等方面的研究工作。
主持和参加各类科研项目 20余项，发表学术论文30余篇，获国家发明专利3项，获国家、省部级奖励5项，入选“2006年度中国高等学校十大科技进展”。
整体叶盘是为了满足高性能航空发动机而设计的新型结构件，结构模型如图1所示，其将发动机转子叶片和轮盘形成一体，省去了传统连接中的榫头、榫槽及锁紧装置等，减少结构重量及零件数量，避免榫头气流损失，提高气动效率，使发动机结构大为简化，现已在各国军用和民用航空发动机上得到广泛应用，如EJ200、F119、F414等军用发动机，法国SNECMA 公司生产的P.A.T 验证核心机以及美国P&W 公司生产的基准发动机等民用大流量比发动机。
与整体叶盘诸多优点相对应，其制造工艺技术面临着非常严峻的挑战。
由于其结构复杂，通道开敞性差，图1 整体叶盘结构件2012 年第 3 期·航空制造技术27COVER STORY加工精度要求高，叶片型面为空间自由曲面，导致对其制造技术要求极高，而且其工作条件多为高温、高压、高转速、气流交变等恶劣环境中，故整体叶盘广泛采用钛合金、高温合金等高性能金属材料和钛基、钛铝化合物等先进复合材料，材料的可加工性差，也使整体叶盘的综合制造工艺技术成为世界性难题。
整体叶盘超硬磨料砂轮数控磨削加工技术陈志同;朱燏;张云;刘瑞松;吴宁宁;张武刚;程璋;徐启洋;刘安洪【摘要】针对航空发动机整体叶盘进排气边曲率半径小、材料加工难度大、工具磨损快、编程难度大、加工周期长和容易产生加工变形等问题,对多种整体叶盘的磨削加工技术进行了系统的研究,总结了一系列整体叶盘的CBN砂轮数控磨削加工技术,开发了专用的整体叶盘编程模块.利用鼓形砂轮插磨方法和宽行周磨方法实现了整体叶盘叶片的全型面高精度磨削,加工面轮廓精度提高到15～20μm,最小进排气边圆弧半径达到28.7μm.利用几何自适应磨削加工方法实现整体叶盘进排气边的局部磨削加工,接刀痕迹低于10μm.提出了整体叶盘的三轴圆柱坐标磨削方法和圆周阵列磨削方法,可望将叶片长度不大于60mm整体叶盘的加工时间从数十乃至数百小时缩短到3h以内.【期刊名称】《航空制造技术》【年(卷),期】2018(061)019【总页数】9页(P64-72)【关键词】整体叶盘;数控磨削;CBN砂轮;叶片磨床;曲面磨削【作者】陈志同;朱燏;张云;刘瑞松;吴宁宁;张武刚;程璋;徐启洋;刘安洪【作者单位】北京航空航天大学机械工程及自动化学院,北京100191;北京航空航天大学机械工程及自动化学院,北京100191;北京航空航天大学机械工程及自动化学院,北京100191;北京航空航天大学机械工程及自动化学院,北京100191;中国航发南方工业有限公司,株洲412000;陕西秦川机床工具集团有限公司,宝鸡710000;中国航发南方工业有限公司,株洲412000;中国航发南方工业有限公司,株洲412000;中国航发南方工业有限公司,株洲412000【正文语种】中文砂轮磨削机床和砂带磨削抛光机床；德国HAAS公司开发的五轴磨削中心用于为航天工业加工叶片；2001年德国Blohm公司在欧盟的支持下开始研制五轴联动磨床，主要用于磨削圆弧缘板。
图2 国外五轴联动叶片磨床Fig.2 5-axis turbine blade CNC grinding machine tool图3 两种规格和结构形式的五轴联动叶片磨床Fig.3 Two types of 5-axis blade CNC grinding machine tool with different structures and dimensions表1 QMK50A、QMK100、Starrag LX501 3种五轴联动叶片磨床关键精度检测结果Table 1 Accuracy test for three types of 5-axis blade grinding machine tools QMK50A, QMK100, Starrag LX501QMK50A QMK100 Starrag LX501运动轴双向定位精度P/µm双向重复定位精度Ps/µm反向间隙U/µm双向定位精度P/µm双向重复定位精度Ps/µm反向间隙U/µm双向定位精度P/µm双向重复定位精度Ps/µm反向间隙U/µm X 0.8 0.7 0.2 4.9 1.8 0.3 3.06 1.08 1.1 Y 1.7 1.30.4 2.2 1.6 0.4 4.03 1.65 1.3 Z 0.9 0.7 0.4 1.4 1.4 0.7 2.3 0.47 0.73 A 1.66"1.11" 0.5" 4.75"2.87" 0.47" 4.07" 2.05" 0.7"B 4.53" 1.77" 0.23" 4.02"3.48"0.14" 3" 2.26" 1.09"两种五轴联动叶片磨床研制2002年，北京航空航天大学（以下简称北航）提出利用超硬磨料复杂母线CBN砂轮实现整体叶盘和叶片全型面的数控宽行磨抛技术路线，并与中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司（以下简称沈阳黎明）共同申请并获得航空工业技术创新基金资助，开始研制五轴联动叶片磨床，同时开展了叶片磨削过程必要的复杂曲面编程技术、磨削抛光参数优化技术、砂轮制造与修整技术、专用夹具设计制造技术、变形控制技术、表面完整性控制技术、在机测量技术和误差补偿技术等10余项关键技术攻关。
整体叶轮数控加工技术的应用摘要随着社会的发展以及时代的进步，各类技术成果不断的在人们的生产生活中渗透，不仅便捷了人们的生活，同时也提升了生产效率，人们越发的意识到科技成果对于人们生产生活的重要性，并积极地在实践生活中将这些技术成果融入进来，以整体叶轮数控技加工技术为例，人们在应用这一技术方法的过程中，发现应用它可以将大大的降低零件加工的误差，进而提升生产效率，最终将会为生产企业的发展提供切实的动力，鉴于此，笔者首先针对整体叶轮数控加工技术的研究现状进行了分析，而后对其技术应用运作方式进行了相应的探讨，以下为详述。
关键词整体叶轮;数控加工技术;应用;探讨整体叶轮技术是透平机械的重要组成部分，这一技术成果已经被大范围的应用于工业领域以及航空领域，这一数控技术与其他的分体式叶轮结构相比，它更加强调设计的整体性，使轮毂和叶片的实现了有机的统一，同时也间接地提升了软件的制造性能，更加保障了零件加工的精确度，如果在实际的加工过程中，出现叶片制造失误的情况，而后还会导致零件报废，因此在对这一技术进行应用时，一旦出现应用不当等问题，将会大大的降低零件生产效率，最终导致零件出现变形等问题，这将会大大的降低零件的生产效率和质量，因此，对整体叶轮技术的应用进行分析和探讨就显得尤为必要，笔者首先对这一技术的发展现状进行了分析，而后对其技术的运作方式予以切实的探讨。
1对于整体叶轮数控加工技术的发展现状分析自从整体叶轮数控技术问世以来，它就备受各国专家学者的关注，有国外的专业对这一技术的应用方法进行了切实的分析。
欧共体科学技术委员对复杂曲面数控加工相关技术进行了研究，发现它可以大范围的应用于发动机叶片以及叶轮的制造或是生产中，在软件应用方面，现阶段厂家都会应用商用软件编制叶轮数控加工技术，国际上仍旧有很多生产厂家都会应用叶轮加工数控技术，进行叶轮的生产和制造，为了更好地提升生产效益，实现叶轮数控技术的进一步更新和发展，研发出了像－、－5以及ＲＲ等软件［1］。
整体叶轮五轴数控技术的研究整体叶轮是典型的航空航天复杂零件。
为了进行整体叶轮的数控加工，用Pro／E对其进行了参数化建模。
在深入分析整体叶轮加工工艺的基础上，确定了五轴数控机床加工叶轮的工艺流程。
使用UG软件实现了自动编程，生成了刀路轨迹。
通过后置处理生成G代码。
并在实际机床上进行了加工验证。
整体叶轮是燃气发动机中的一种关键零件，其作用是由外界供给的机械功连续不断地将气体压缩并传输出去。
气体经进气管进入工作轮，在工作轮中因受到叶片的作用力而压力升高，速度增加。
因此对叶轮的要求：一是气体流过叶轮的损失要小，即气体流经叶轮的效率要高；二是叶轮型式能使整机性能曲线的稳定工况区及高效区范围较宽。
好的外形构造是发挥叶轮性能的保证。
在设计过程巾，叶片的数量和外形轮廓需要经过多次的修改，配合发动机试车后的性能优化得以确定。
整体叶轮的加工一直是机加工中长期困扰我们的难题。
在叶片之间有大量的材料需要去除。
为了使叶轮满足气动性的要求，叶片常采用大扭角、根部变圆角的结构，这都给叶轮的加工提出了较高的要求。
普通的叶轮加工往往采用铸造成形，然后再机械加工成形；或者叶片单独加工，然后将叶片与轮毂焊接，再通过打磨、抛光使之外观平滑。
这些方法的技术含量低，做出来的叶轮曲面精度难以保证，表面的质量也差，严重影响了叶轮的使用性能。
近几年随着多轴联动数控技术的发展，使得加工整体叶轮类零件成为可能。
由于整体叶轮的结构造型的复杂性，其数控加工技术一直是制造业的难点，也是研究的热点。
为了解决该问题，本文从以下几个方面展开研究：用Pro／E对其进行了参数化建模；整体叶轮加工工艺的分析与设计，制定五轴数控机床加工叶轮的工艺流程；使用UG软件实现了自动编程，生成了刀路轨迹；通过后置处理生成G代码；通过实际机床加工进行验证。
1 叶轮的参数化建模叶轮是典型航空航天复杂零件，具有重大的应用意义。
由于叶片的曲线和曲面形状比较复杂，本文利用Pro／Engineer软件进行参数化建模，并完成其三维设计。
第25卷第2期2004年3月航空学报ACTA AERONAU TICA ET ASTRONAU TICA SIN ICA Vol 125No 12Mar 1 2004文章编号:100026893(2004 022*******整体叶盘数控加工技术研究任军学, 张定华, 王增强, 刘维伟, 汪文虎(西北工业大学现代设计与集成制造技术教育部重点实验室, 陕西西安710072 R esearch on the NC Machining T echnique of B liskREN J un 2xue , ZHAN G Ding 2hua , WAN G Zeng 2qiang , L IU Wei 2wei , WAN Wen 2hu(The K ey Laboratory of Contemporary Design and Integrated Manufacturing , of China ,Northwestern Polytechnical University , an , 摘要:。
, 提出了一种整体, 、最佳刀轴方向的、加工变形处理和叶片与刀具减振技术等。
给, 证明了所提方法的先进性和有效性。
关键词:; 五坐标数控加工; 刀轴方向; 变形与振动控制中图分类号:V261文献标识码:AAbstract :Blisk is a new integrated structure of blades and disk actually used in the aero 2engine of high thrust 2weight ratio. Based on the study of the state 2of 2the 2art of the Blisk manufacturing technology worldwide , a convenient manufacturing process and key technique of 52axis NC machining are proposed in this paper , Such novelties include analyses of blisk 2tunnel feature and partition of manufacturing area , determination of optimal orientation of cutter axis and its refinement , efficient rough2cutting of the tunnel , high 2precision shaping , control of Blisk distortion and vibrationreduction of cutter and blade. Preliminary results of cutting test verify the validity of the techniques men 2tioned above.K ey w ords :blisk ; 52axis NCmachining ; cutter axis orientation ; control of distortion and vibration近年来, 国外航空发达国家在新型航空发动机结构设计中采用了称之为整体叶盘(blisk 的最新结构。
与传统的叶片和轮盘装配结构相比, 整体叶盘将叶片和轮盘设计成一个整体, 省去了榫头、榫槽和锁紧装置, 避免了榫头气流损失、减少了结构重量和零件数量; 在气动布局上采用了宽弦、弯掠叶片和窄流道, 从而提高了气动效率。
由于整体叶盘使发动机结构大为简化, 推重比和可靠性进一步提高, 因而在新研制的第四代战斗机所配套的高推比发动机上得到了成功的应用。
1国内外整体叶盘制造技术现状从目前所收集到的资料来看[1], 国外采用的整体叶盘结构形式主要有如图1所示的3种典型结构:(a闭式结构———带箍整体叶盘; (b 开式结构———不带箍整体叶盘; (c 大小叶片转子结构———开式结构中大叶片间含有小叶片。
由于整体叶盘是高速旋转部件, 既要达到减重和精确平衡要求, 又要提高疲劳强度, 因而其制造技术难度特别大。
整体叶盘毛坯一般采用钛合图13种典型整体叶盘结构Fig 11Three typical structures of blisk收稿日期:2003206217; 修订日期:2003212215206航空学报第25卷金、高温合金等难加工材料, 不允许有裂纹和缺陷, 必须经过严格无损探伤检验; 整体叶盘叶片薄、扭曲度大、叶展长、受力易变形, 且叶片间的通道深而窄、开敞性很差。
因此, 整体叶盘的制造和维修都特别困难, 是国外严密封锁的核心技术。
国外整体叶盘制造采用的主要工艺有:精锻毛坯+精密数控加工; 焊接毛坯+精密数控加工; 高温合金整体精铸毛坯+热等静压处理等。
由于数控加工具有快速反应和可靠性高的特点, 美国GE 和P. W 公司、英国R. R 盘时, [2], 。
在相关软件方面最著名的是NREC 公司推出的MAXCAM 系统[3]。
国内在整体叶轮叶盘相关软件和加工关键技术方面也进行了大量研究。
西北工业大学开发出了“叶轮类零件多坐标NC 编程专用软件系统”, 该系统集测量数据预处理、曲面建模、曲面消隐、刀位计算、刀位验证及后置处理于一体, 已在20多种叶轮叶盘的研制与生产中应用[4]。
2整体叶盘制造工艺主要采用整体锻造得到初始毛坯, 然后采用电解加工、线切割、数控铣削等高效数控粗加工技术制造出近成形毛坯。
焊接毛坯具有节省材料及适合于制造双性能盘的优点, 可用于开敞性好、叶片扭曲度小、形状较简单不带箍整体叶盘的近成形毛坯制造, 但目前国内尚无成熟技术可用, 需解决焊接应力与变形、。
,, , 数控铣削工艺用铣刀的五轴运动包络, 铣削加工出流道形状。
这种工艺适用于整体闭式叶盘和其他具有复杂曲面叶片的整体叶盘。
因此作者认为, 国内目前能够满足研制和小批量试制需求较为可行的技术途径是:近成形毛坯应首选“等温锻造+高效低应力粗加工”方法, 并进一步减少精锻毛坯余量以缩短加工周期; 精确成型加工宜采用五坐标数控铣削工艺。
这种工艺具有快速响应特点、所需专用工艺装备少、工艺较成熟且已制造出了合格的叶盘。
因而该工艺是研制和小批量试制阶段较为理想的选择。
叶型数控铣削完成后, 可选用磨粒流或振动光饰方法, 以提高表面光洁度和完整性。
3整体叶盘数控加工关键技术(1 通道分析与加工区域的划分通过对整体叶盘的结构特点和制造工艺需求分析, 本文提出一种整体叶盘复合制造工艺。
从工艺流程上, 将整体叶盘的制造划分为近成形毛坯制造、精确成型加工以及表面检测与抛光等主要阶段。
针对每个阶段, 筛选出典型工艺方法及其使用条件, 并根据叶盘制造过程不同阶段的特点, 特别是叶片的复杂程度, 调整工艺集成方案, 优选出成熟、稳定度高的工艺组合。
在近成形毛坯制造阶段, 可采用锻造、焊接和精铸3种工艺。
由于整体叶盘为重要受力部件, 必须满足强度要求, 所以尺寸较大的叶盘一般选用整体锻造或焊接方案。
从目前国内工艺的可行性、成熟度以及毛坯强度考虑, 整体叶盘研制阶段为了判定叶盘数控加工的工艺性和刀具的可达性, 必须首先对通道特征进行分析。
分析结果可为工艺人员确定数控加工刀具参数、制定加工工艺提供必备的信息, 或反馈给设计部门作为可制造性评价依据。
通道分析的内容包括:通道的最窄宽度、约束状态; 叶片的性质(包括叶片是直纹面还是自由曲面、叶片的扭曲度、各个截面的厚度、前后缘大小及变化情况、过渡圆角半径及其是否变化; 加工可行性等。
如图2(a 所示的叶盘通道刀具是可达的, 即该叶盘是可加工的; 而图2通道加工可行性分析与对接区域划分Fig 12Analysis of blisk 2tunnel feature and partition of manufacturing area 第2期任军学等:整体叶盘数控加工技术研究207图2(b 所示的通道刀具是不可达的, 即该零件不可采用数控加工完成。
对闭式整体叶盘, 由于受相邻叶片及内、外环的约束, 或受刀具长度和刚度等限制, 五轴连动数控加工设备通常无法从一端完成整个通道和叶片的加工, 而必须采用从进排气边双侧对接方式。
合理划分对接加工区域, 如图2(c , 既可缩短加工刀具长度, 又可增加切削刀具刚性、提高加工效率。
加工区域划分准则是:在分界处从两端加工的刀具长度相近, 长度控制到最短。
(2 , 约束状态下, 刀轴方向的确定是实现无干涉及高效加工的关键和难点。
如图3所示, 对于通道内部叶片上的同一点, 所需加工干涉与碰撞现象, 必须对刀具轨迹进行验证和干涉碰撞检查, 以确定刀位点计算的正确性, 刀杆是否与通道四周干涉, 刀柄和主轴头是否与工件和夹具碰撞。
图4光顺前、后刀轴方向的对比Fig 14Cutter axis orientations before and after smoothing(3 叶盘通道的高效粗加工技术刀具长度随刀轴方向变化而变化, 且相差很大。
若采用固定刀轴侧铣, 则需很长的刀具, 刀具的刚性和切削效率将严重降低。
采用变刀轴点切触加工时, 刀轴方向与叶盘轴向的夹角越小, 所需刀具长度越短。
因此, 可通过确定最佳刀轴方向, 从而获得最短的刀具长度、最大的刀具刚性和加工效率。
确定最佳刀轴方向的准则为:在与通道四周不产生干涉的条件下, 刀轴与叶盘轴向的夹角应为最小。
整体叶盘从毛坯到成品的加工过程中, 大约有90%的材料被切除, 其中绝大部分是在叶盘通道的粗加工阶段完成。
因此, 高效粗加工是提高加工效率、缩短制造周期的关键。
为此, 作者根据通道性质, 结合切削试验, 建立了一套高效的通道粗加工方法, 包括自由曲面通道的等高线粗加工轨迹计算; 基于粗加工去除量最大化的刀轴方向优化; 基于通道临界约束的防干涉计算; 粗加工过程动态仿真; 刀具的振动分析与控制方法。
由于材料切除量大, 粗加工后叶盘内会产生较大的切削应力。
为控制粗加工应力造成的变形, 采取以下3种方法进行处理:①通过优化刀具和工艺参数、优化刀具与工件的切触状态, 降低加工时的切削应力; ②通过热处理工艺消除切削应力以减小后期变形; ③采用工序分散、多次修复基准的方法, 补偿变形误差。
采取以上工艺措施后, 不仅叶盘的变形得到了控制, 同时还进一步减少了叶盘精加工前的近成形毛坯余量, 明显缩短了加工周期。
(4 叶盘型面的精确加工技术整体叶盘的精加工涉及内环、外环、叶片型面、前后缘、叶根过渡区等加工特征。
