本站小編為你精心準備了葉盤通道加工工藝論文參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發(fā)您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

1通道可加工性分析

通道空間的復雜性嚴重限制了數(shù)控刀具使用性，為了避免干涉通常選擇保守的刀具尺寸或工藝方法，嚴重影響葉盤加工效率和質(zhì)量。為了提高通道開槽粗加工效率，對通道空間進行可加工性分析，為后續(xù)深入的研究打下基礎(chǔ)，主要是沿軸向和徑向兩方面對其進行分析。①沿通道軸向分析沿軸向分析時通道的可加工性主要受葉片的彎曲度限制。首先計算葉片的彎曲度，如圖3所示，在對葉片型面參數(shù)化后，在葉尖子午線和葉根曲線之間做一組同向等u參數(shù)線，獲得每條等參數(shù)線的最大曲率值點Pu，在兩曲線對應(yīng)點處連接P0iPu和PuPni，得到了一系列沿葉片v向的兩個矢量，這兩個矢量的夾角ψi就是葉片曲面的彎曲度，對比這一系列夾角的大小得出最大的夾角ψmax，即葉片的彎曲度，彎曲度越大說明通道開敞性越差。然后，進行沿軸向的刀具可加工性分析，將葉盤通道簡化到垂直于葉盤軸的平面上，如圖4所示。葉片型面用兩側(cè)粗曲線簡化表示，刀具用通道中細直線簡化表示，可以得到刀具在通道中進行加工所被約束的范圍。當?shù)毒哐貜较蚣庸r，如圖3所示四處關(guān)鍵刀位均避免了刀具干涉，還可以計算出通道是否存在刀具不可達區(qū)域，如果存在，還需調(diào)整后續(xù)銑削工藝。②沿通道徑向分析在沿通道徑向銑削時其可加工性主要受葉片的扭轉(zhuǎn)度限制。同理首先計算葉片的扭轉(zhuǎn)度，如圖5所示，對葉片型面進行參數(shù)化后，在排氣邊與進氣邊之間做一組同向等v參數(shù)線，并獲取每條等參數(shù)線的最大曲率值點Pv，然后在兩曲線對應(yīng)點處連接P0jPv和PvPnj，得到一系列沿葉片v向的兩個矢量，這兩個矢量間的夾角φj就是葉片曲面的扭轉(zhuǎn)度，比較這一系列夾角的大小得出最大的夾角φmax，即葉片的扭轉(zhuǎn)度，扭轉(zhuǎn)度越大說明通道開敞性越差。計算完葉片扭轉(zhuǎn)度后，進行沿通道徑向的刀具可加工性分析，將通道簡化為以葉盤軸為旋轉(zhuǎn)軸的回轉(zhuǎn)面上，如圖6所示。與軸向簡化方法相同，對葉盤通道進行簡化，可以得到刀具在通道中進行銑削時所被約束的范圍。當?shù)毒哐剌S向加工時，如圖6所示，在刀位軌跡中的兩處關(guān)鍵刀位避免了刀具干涉，計算出通道是否存在刀具不可達區(qū)域，如圖6中陰影部分所示，刀具從進氣邊單向加工不可達。如果存在不可達區(qū)域，需要再調(diào)整加工工藝。

2通道加工區(qū)域規(guī)劃

開式整體葉盤通道加工是屬于粗加工[7]，應(yīng)該為后續(xù)加工需要留有余量，因此，根據(jù)通道的幾何特征分析，對復雜通道空間進行合理的計算和規(guī)劃來確定復合銑加工區(qū)域。①曲面偏置面的求解抽取葉片相鄰葉背面和葉盆面兩個曲面，并分別裁去進氣邊和排氣邊曲率較大的部分，提取位于同一通道兩曲面S1和S2，重新構(gòu)建葉背面和葉盆面。同時可得輪轂回轉(zhuǎn)曲面S3。將曲面S1按u和v等參數(shù)線進行離散，得到一組離散數(shù)據(jù)點P1(u,v)。求出P1(u,v)各離散點處對應(yīng)曲面的法矢n1(u,v)，即。②偏置面延伸求解對葉片曲面進行偏置求解后，可能不完全充分相交，因此需要對偏置面進行延伸直至完全相交，但曲面延伸后斜率要連續(xù)，這樣有利于后續(xù)加工刀位軌跡規(guī)劃，使加工過渡均勻，而且能夠充分去除毛坯材料，葉片偏置面的延伸求解如圖7所示。③通道加工域確定將同一個通道內(nèi)的兩個葉片曲面和輪轂曲面偏置、延伸相交后，把葉尖子午線回轉(zhuǎn)后得到回轉(zhuǎn)面S4，將這四個面與毛坯軸向的上下平面充分相交截取，得到葉盆臨界曲面、葉背臨界曲面、通道加工底面、通道進刀平面和通道退刀平面。這五個面共同圍成了一個封閉區(qū)域就是規(guī)劃的通道加工區(qū)域，也是整個葉盤銑削毛坯去除大量材料的通道區(qū)域，其中設(shè)計從Z軸負向進刀，可以保證在加工進程中材料更容易的被排除，如圖8所示。

3復合銑加工方法分析確定

通過以上分析可以知道，對于葉盤通道復雜的幾何特征，銑削加工具有較大的難度，僅依靠單一的傳統(tǒng)加工方法是無法滿足的。為了向高效率、高質(zhì)量、集成化和柔性化方向發(fā)展，因此進行復合銑削加工方法的研究[8]。本文針對課題中提出的通道高效銑削的加工要求，進行研究分析總結(jié)，比較其他開槽方法，最終確定盤銑開槽，插銑擴槽，分層側(cè)銑相結(jié)合的通道開槽的復合銑削加工方法，實現(xiàn)少裝夾或一次裝夾的方法集中加工，使加工工藝得到優(yōu)化。

3.1盤銑開槽盤銑加工主要用于開槽加工，如圖9所示，其中ae表示盤銑徑向切深。主要特點是切削效率和表面質(zhì)量較高，盤銑在任何情況下的開槽加工方法都是作為首選。在本文開式整體葉盤通道復合銑加工中，采用盤銑進行開槽加工，可以最大限度的去除復雜通道內(nèi)材料，整體加工效率得到極大地提升。與其他通道開槽加工方法相比[9]，研究發(fā)現(xiàn)盤銑加工方法有以下優(yōu)勢：①與插銑開槽相比，盤銑可以直接開槽直加工，無需事先對毛坯進行預(yù)鉆工藝孔；②對于較深通道，較大的吃刀量容易使插銑刀發(fā)生變形，甚至折斷，而盤銑刀不受槽深限制，優(yōu)化了刀具壽命[10]；③盤銑相比于插銑、分層端銑等開槽方式，加工效率明顯提高，因而大大降低生產(chǎn)成本；④與其他加工方法相比，盤銑開槽加工的表面質(zhì)量也得到了較大的提高，為后續(xù)加工提供了有力保障。

3.2插銑擴槽插銑加工主要用于深腔和槽的加工，如圖10所示，其中s為插銑步距，ae為徑向切深。由于插銑可以全直徑加工，當背吃刀量不大時，受插銑深度的影響較小，因此其十分適用于通道的擴槽加工。經(jīng)過盤銑開槽加工后，可以使用插銑加工盤銑不可達區(qū)域，再次去除大量的剩余材料，還可以對通道曲面近似成型加工。研究發(fā)現(xiàn)，與其他通道擴槽或近似成型的加工方法相比，插銑加工可以優(yōu)化以下問題：①側(cè)銑或端銑分層加工效率較低，插銑材料去除量，優(yōu)化了加工效率，而且所需機床功率也較小，降低了生產(chǎn)成本；②在通道擴槽加工過程中，傳統(tǒng)加工方法刀具懸伸量較大，剛性不足，插銑刀具對抗彎剛性的要求低，刀具長徑比大，適宜通道擴槽加工，還可使用較大的切削參數(shù)；③傳統(tǒng)加工方法加工徑向力較大，工件很容易產(chǎn)生變形，刀具易發(fā)生顫振，而插銑加工主要受軸向力作用，加工穩(wěn)定性好，工件變形??；④由于整體葉盤大多采用難加工材料制備，傳統(tǒng)加工方法開槽加工過程中排屑困難，刀具易磨損，插銑加工由于排屑好，切削溫度低，更適合于航空難加工材料。

3.3分層側(cè)銑側(cè)銑加工主要是使用圓柱銑刀的側(cè)刃進行加工，由于是線接觸加工，側(cè)銑只能加工出直紋面[11]。在通道加工中，通過盤銑和插銑后大部分余量已經(jīng)被去除，還需要去除的材料量較少，由于切削量少徑向力小，使用側(cè)銑加工插銑后的余棱，可以很好地發(fā)揮側(cè)銑的優(yōu)勢，避免曲面干涉，均勻加工余量，加工出成型通道曲面。應(yīng)用側(cè)銑的加工特點，相比廣泛采用的端銑加工，側(cè)銑可改善如下問題：①由于端銑加工刀軸變化范圍較大，在狹窄通道內(nèi)極易與葉片發(fā)生干涉，而且刀具懸伸有限，側(cè)銑使用側(cè)刃加工，刀軸變化范圍小可以很好的改善干涉問題，且適用于大懸伸小切削量加工。②端銑由于球頭中心部分切削速度為零，刀具極易磨損，而側(cè)銑則是使用整個刀具速度最快的側(cè)刃進行加工，減小刀具磨損，延長刀具壽命；③端銑行距較小，加工效率低，側(cè)銑可實現(xiàn)寬行加工，提高加工效率，加工出的直紋面余量均勻，改善已加工表面質(zhì)量[12]。

4復合銑刀具選用及工藝流程分析

4.1復合銑刀具的選用復合銑削開式整體葉盤通道加工工藝分析，除了要選擇合適的加工方法外，合理選擇刀具也是十分重要的，刀具的結(jié)構(gòu)參數(shù)、材料以及耐用度都直接影響著整個葉盤的加工質(zhì)量和效率，因此，結(jié)合上述通道幾何特征分析和復合銑加工工藝的特點，有針對性的對刀具進行選擇。盤銑刀又叫做三面刃銑刀，除圓周有主切削刃外，兩側(cè)面也副切削刃，從而改善了切削條件，提高了切削效率。主要依據(jù)通道狹窄空間計算來對盤銑刀的幾何參數(shù)進行選取，原則為：刀盤直徑D>2hmax，刀盤厚度L<dmin-2δ，其中hmax為通道最大深度，dmin為通道最小寬度，δ為通道加工余量，這樣可以最大限度的去除通道材料，而且能夠避免刀具干涉。針對整體葉盤材料刀片選擇硬質(zhì)合金涂層刀片，由于盤銑刀具剛度和排屑較好，刀片采用較大的前角，較大的刀片厚度，減小切削力使加工更平穩(wěn)[13]。刀具齒數(shù)選擇要適中，當有較多的刀齒時，與工件嚙合刀片不同易引起振動，但為保證效率和壽命還要保證足夠多的刀片參與切削，選擇錯齒兼顧了穩(wěn)定性和效率。插銑通常選用專用的插銑刀，插銑刀沿進給方向可以全直徑下刀，此類刀具主要是底部切削刃參與切削。刀具采用組合式刀桿，可轉(zhuǎn)位刀片，刀具直徑較大，刀齒較多，節(jié)約刀具成本。插銑也可以采用平底立銑刀，但球頭立銑刀則不能用來插銑加工。在狹窄通道側(cè)銑加工過程中，由于側(cè)銑刀具懸伸大，刀具剛性不足，為了增加刀具剛性，采用了開式整體葉盤通道加工防干涉?zhèn)茹妼Ｓ玫毒?。選擇四刃，兼顧了金屬去除率，保證了較高的加工效率，同時切削過程也較穩(wěn)定；大螺旋角排屑槽，有利于切屑的快速穩(wěn)定排出，減少刀具磨損；錐度的設(shè)計提高了刀具的強度和耐用度；在容易發(fā)生干涉的部分設(shè)計階梯結(jié)構(gòu)，加強刀了整體刀具的剛度，進一步優(yōu)化了刀具耐用度和穩(wěn)定性。

4.2復合銑工藝流程規(guī)劃開式整體葉盤通道加工是零件的整個加工過程中第一道工序，對整體加工效率和最終質(zhì)量有著直接的影響，因此需要滿足如下三點要求：最大程度地高效去除葉片間的毛坯材料；在復雜的通道空間中避免發(fā)生刀具干涉問題；為后續(xù)加工留有均勻的余量。結(jié)合上述分析和要求，針對性的分析不同切削過程的加工要求，選擇對應(yīng)的加工方法，合理地進行通道復合銑加工工藝流程規(guī)劃，詳細工藝流程如圖11所示。首先，盤銑開槽加工盤形毛坯，開槽加工應(yīng)選取通道中間位置，并留有輪轂的加工余量[14]，最大限度地去除通道材料，提升加工效率，為了保持盤銑加工的穩(wěn)定性，盤銑刀軸始終保持不變，最后盤銑開出矩形直槽。其次，插銑擴槽加工，在盤銑開槽后從中間向兩邊進行插銑擴槽近似成型加工，并留有葉片精確成型的加工余量，采用四軸控制走刀，兼顧了材料去除量和穩(wěn)定性。最后，分層側(cè)銑均勻余量加工，通過以上加工后，插銑留下的刀痕明顯且余量不均勻，需要側(cè)銑光順表面和補充加工，由于受刀具懸伸量的限制，需要進行分層規(guī)劃來完成通道的復合銑削。

5結(jié)語

本文進行了開式整體葉盤通道復合銑加工工藝研究分析，并對現(xiàn)存的問題進行了有針對性的優(yōu)化、改進和規(guī)劃。主要完成了以下研究工作：①對葉盤通道進行了分析，從寬度和深度兩個方面計算了通道空間，從軸向和徑向分分析了通道的可加工性，為確定了通道復合銑的加工區(qū)域打下基礎(chǔ)。②為了充分的去除材料并未后續(xù)加工留有余量，通過曲面的偏置面求解以及偏置面的延伸求解，確定了最大的粗加工區(qū)域。③通過以上的分析研究，確定了復合銑削的加工方法，分析總結(jié)得出各個銑削方式的優(yōu)勢并優(yōu)選了相應(yīng)銑削方式的刀具，完成整個通道復合銑的工藝流程規(guī)劃。最終明確了優(yōu)化目標，得到了復合銑加工方法詳細流程，為后續(xù)通道復合銑加工工藝優(yōu)化的打下了堅實的基礎(chǔ)。

作者：程耀楠左殿閣陳天啟霍亭宇萬泉單位：哈爾濱理工大學“高效切削及刀具”國家地方聯(lián)合工程重點實驗室