1 概述

　　葉片作為一種復(fù)雜的透平機(jī)械零件，在航空發(fā)動機(jī)中，起著能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵作用，是提高航空發(fā)動機(jī)推重比的關(guān)鍵部件。某機(jī)靜子葉片作為薄型難加工材料的典型零件，數(shù)控加工過程中存在著嚴(yán)重的彈性變形，變形量0.10～0.25mm。為了控制和改善數(shù)控加工過程中產(chǎn)生的變形，提高數(shù)控加工精度和產(chǎn)品的合格率，根據(jù)對影響其變形及加工質(zhì)量的幾個(gè)重要因素的分析，通過大量攻關(guān)試驗(yàn)，達(dá)到了對薄型難切削材料葉片加工過程中變形的控制及改善；實(shí)現(xiàn)了此類薄型葉片小余量的穩(wěn)定加工；實(shí)現(xiàn)了寬行高效數(shù)控銑削技術(shù)；達(dá)到了行業(yè)內(nèi)同類葉片數(shù)控加工的最高水平。實(shí)驗(yàn)所采用的各項(xiàng)技術(shù)及方法也為其它薄型葉片的數(shù)控加工提供了經(jīng)驗(yàn)與技術(shù)。

2 技術(shù)難點(diǎn)

　　2.1　零件類型、加工難點(diǎn)及特殊性

　　此葉片為薄型葉片，兩端為軸頸，且軸頸長度不一致。長寬比例大，材料為高溫合金，屬于難加工材料，切削時(shí)容易出現(xiàn)燒傷和彈性變形。同時(shí)，葉身的角向定位是大軸頸上寬度非常窄的小扁，夾具角向定位難且加工葉身型面過程中易產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)透光。因此必須在加工系統(tǒng)剛性優(yōu)化、刀路軌跡優(yōu)化、切削參數(shù)選擇等方面進(jìn)行改善，從而減小變形，提高數(shù)控加工質(zhì)量。

　　2.2　精度要求

　　設(shè)計(jì)要求的尺寸精度高，技術(shù)條件嚴(yán)格。葉身型面邊緣厚度薄，葉身輪廓度公差小，葉身型面扭轉(zhuǎn)大。

3 試驗(yàn)

　　3.1　材料

　　葉片的材料為高溫合金，硬度非常大，切削加工性能較差。

　　3.2　設(shè)備

　　試驗(yàn)所采用的是國外先進(jìn)的高速數(shù)控銑床。該設(shè)備尾座處配備有與另一端同步轉(zhuǎn)動的U軸，在此葉片的數(shù)控加工中起很好的對心作用。

　　3.3　變形的控制及改善

　　影響葉片變形的因素主要有以下幾個(gè)方面，下面將分別對其進(jìn)行分析并闡述試驗(yàn)所采取的措施。

　　3.3.1裝夾系統(tǒng)的穩(wěn)定性及剛性對葉片變形的影響及控制

　　裝夾是否穩(wěn)定，重復(fù)精度如何及夾緊力的大小是影響變形的主要因素。葉片為弱剛性體，增強(qiáng)裝夾系統(tǒng)剛性是解決薄型葉片變形的最主要途徑。

　　3.3.1.1　增強(qiáng)裝夾系統(tǒng)剛性

　　以往數(shù)控加工葉身型面時(shí)，采用頂尖頂緊小軸頸處頂尖的方式，

　　此葉片非常薄，在頂緊力的作用下，葉身型面變形非常明顯，加工過程不平穩(wěn)。改進(jìn)后采用抱緊軸頸的方式，自設(shè)U軸處夾頭。

　　葉片兩端均采用抱緊軸頸的方式且此結(jié)構(gòu)裝夾好葉片后手動將U軸坐標(biāo)向拉緊小軸頸方向前進(jìn)0.03mm，拉緊葉片而不是頂緊葉片的裝夾方式。采用此種方法大大加強(qiáng)了這種薄型易變形葉片加工精度及穩(wěn)定性，使葉片變形量減少到最小。

3.3.1.2　增強(qiáng)裝夾系統(tǒng)穩(wěn)定性

　　裝夾系統(tǒng)的穩(wěn)定性對提高數(shù)控加工合格率起著非常重要的作用。裝夾系統(tǒng)穩(wěn)定了，加工狀態(tài)一致性較好，合格率自然就得到了提高。

　　3.3.2切削過程是否穩(wěn)定，切削力是否均勻?qū)ψ冃蔚挠绊懠翱刂?/strong>

　　優(yōu)化走刀路徑，優(yōu)化加工順序，合理分布粗精加工余量，預(yù)留均勻切削載荷，是保證切削過程穩(wěn)定的主要途徑。

　　3.3.2.1優(yōu)化走刀路徑

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　　毛料邊緣余量較葉身大很多，需要編制一個(gè)切邊程序。

　　原程序采用沿圓弧R最邊緣法向切削一次，為粗加工留0.6余量的方式。切邊加工是葉片數(shù)控加工過程中產(chǎn)生變形量最大的一個(gè)，軸頸變形量約0.25左右。現(xiàn)切邊程序開發(fā)出TS80軟件新功能，沿進(jìn)排氣邊R表面均勻抽取三條驅(qū)動線，沿三條不同矢量方向的驅(qū)動線進(jìn)行切削邊緣余量，分二次切削，余量由0.9至0.45。經(jīng)測量證實(shí)，葉片軸頸變形量約0.1左右。以此減少了切邊程序所產(chǎn)生的變形且進(jìn)排氣邊余量變得更為均勻。

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　　據(jù)葉片毛料的實(shí)際特點(diǎn)，分粗銑、精銑兩次同步進(jìn)行葉身型面的加工。

　　粗銑部分主要是去除葉身表面的毛料硬化層，為精加工預(yù)留均勻的切削載荷，保證精銑的加工質(zhì)量。由于毛料余量不均，想完全去除硬化層，需為精加工留0.35mm的加工余量。精銑部分采用順銑的切削方法，去除的材料較均勻，且采用曲率梳較好的曲面作為驅(qū)動面，防止了加工過程中常出現(xiàn)的顫紋及凹坑等缺陷，表面質(zhì)量可以達(dá)到Ra0.8以上。

4 高效加工技術(shù)與刀具的選擇

　　4.1關(guān)于高效加工

　　高效加工最合理的解釋是：在有限的時(shí)間內(nèi)，最大限度去除材料。國外研究數(shù)據(jù)顯示，增加切削參數(shù)20　%　，約可降低單件制造成本15%。數(shù)控加工的發(fā)展就是粗加工采用寬行大切深大進(jìn)給，精加工采用高轉(zhuǎn)速，高進(jìn)給的高速加工。無論是粗加工還是精加工，隨著切削速度的提高，切削溫度會有下降的趨勢。這說明，采用了更高的切削速度和進(jìn)給速度，允許采用較小的切削用量進(jìn)行切削加工。由于切削用量的降低，切削力和切削熱隨之下降，工藝系統(tǒng)變形減小，可以避免銑削顫振。利用這一特性可以通過高速銑削工藝加工薄壁結(jié)構(gòu)零件。

　　4.2數(shù)控刀具的技術(shù)要求

　　高溫合金材料要求刀具鋒利，一般情況下宜選取較小正前角，較大后角，較大工作主偏角。對于粗加工，斷續(xù)切削容易產(chǎn)生振動的加工工序，宜采用中等顆?；蚝枯^高的超細(xì)顆粒硬質(zhì)合金；對于精加工，必須考慮切削過程對表面完整性的影響，如限制后刀面磨損帶，及時(shí)刃磨等。根據(jù)以上特點(diǎn)和以往經(jīng)驗(yàn)，粗加工選用了Ф10R2銑刀，精加工選用了Ф10R1銑刀，切削時(shí)選擇適當(dāng)?shù)睦鋮s液，加冷卻液時(shí)應(yīng)考慮充分冷卻并不間斷。

　　4.3切削參數(shù)與數(shù)控高效加工技術(shù)相結(jié)合

　　葉型粗加工大膽地采用了寬行銑削技術(shù)，根據(jù)葉型結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，保證葉身不過切的情況下，給定粗加工用刀Ф10R2的前傾角為10°，允許加工后的殘留高度為0.1　mm，計(jì)算出刀具步距為3.75　mm，在理論切削參數(shù)的計(jì)算下，又提高了進(jìn)給系數(shù)，進(jìn)給達(dá)500mm/min，一片葉片粗加工僅用時(shí)9分鐘。精加工用刀Ф10R1的前傾角仍選用10°，允許加工后的殘留高度為0.005　mm，計(jì)算出刀具步距為0.75，進(jìn)給達(dá)800mm/min，一片葉片精加工用時(shí)21分鐘。經(jīng)過計(jì)算加工效率相對于傳統(tǒng)加工效率提高了約50%，合格率達(dá)到95%。

結(jié)語

　　掌握了高溫合金薄型葉片的數(shù)控加工工藝；控制了加工系統(tǒng)的穩(wěn)定性；有效地控制了葉片變形問題；提高了生產(chǎn)效率　。為其他高溫合金零件加工提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。