大型钛合金风扇叶片型面数控加工技术的发展应用

　　按照叶片型面总体工艺思路要求，叶片型面的铣削加工要保证型面的几何位置精度基本达到设计要求水平，并具有一定的表面粗糙度质量，同时加工中效率的提高也是型面铣削的重点工作之一。依据对大型钛合金风扇叶片型面加工特点的了解，需要综合考虑设备、刀具、加工定位等多方面因素的影响。

　　对于大型钛合金风扇叶片型面的数控 铣削加工，选择五轴联动数控 加工中心是非常必要的。选择成熟的五轴联动叶片数控 加工中心既有高效加工方面的考虑，也有加工精度保证能力方面的考虑。对于曲率变化较大的型面加工，机床主轴的摆角功能能够很好地适应型面曲率变化所对应的切削受力一致的要求，机床高压冷却系统使切削温度大幅度降低，避免刀具快速磨损，使型面加工获得良好的加工精度和表面加工质量。

　　为了防止和减小长叶片装夹和切削加工中产生的扭转变形，要保证设备前后端装夹叶片的回转轴具有同步回转功能，其目的是改变传统叶片数控 加工工艺使用的一端夹紧、一端顶紧的定位装夹方式，避免叶片装夹时产生的弯曲变形和叶片回转加工时一端转动、一端随动而使叶片型面在长度方向产生的扭转变形。适应于叶片定位装夹的该项要求，叶片尾端辅助定位部分，相对于前端的榫头定位基准要具有严格的位置精度要求，在型面粗加工完成后，对于因应力变形而产生的叶片前后端定位基准之间的位置精度误差，要给予修复。叶片型面加工用夹具，在安装到机床前后两端回转轴上后，在确定机床前后两端回转轴不存在同心度误差的情况下，利用专用芯轴对前后夹具的安装精度进行检测调整，保证两端夹具具有准确的位置精度关系，以免机床前后回转轴的同步回转功能因夹具装夹精度差而产生额外扭转应力。

　　叶片型面的粗铣加工，是为了去除较大的余量，并为精加工留均匀的加工余量，在此前提下，该工序的加工应该保证具有高的加工效率。五轴联动叶片加工中心，具有宽行加工功能，其原理是，在铣削叶片时，刀具中心线不垂直于被铣点或面的切线，而是在走刀方向上与被铣点或面的法向成一定的角度，这种铣削采用的是圆柱型立铣刀，铣削轨迹是较宽的椭圆型弧线，与球头刀的铣削相比，对于铣削出同样的型面波峰高度或表面质量而言，生成的刀具路径的间距要大很多。因此，这种加工具有很高的加工效率。在实际加工中，采用在叶片长度上从一端向另一端移动的回转加工方式，即螺旋铣削方式，从效率角度上看，螺旋铣削方式相对于纵向铣削方式也具有更高的加工效率。

　　叶片型面的精铣加工是为了获得较高的几何与位置精度，同时使型面的粗糙度水平达到一定的要求。为了降低钛合金材料加工产生的“回弹”影响和大面积型面加工时刀具磨损对加工精度的影响，刀具必须保证锋利，并避免一把刀具的长时间加工。为此，在可能的情况下，尽量使用端铣刀进行型面的纵向铣削加工。纵向铣削加工可以分别使用几把刀具进行叶背型面、叶盆型面、进气边缘、排气边缘的铣削，避免一把刀具大面积加工造成的磨损使叶片各处型面加工精度水平产生不一致现象，有利于型面最终光精加工的进行。

　　在大型钛合金风扇转子叶片型面铣削加工时，为了改善切削条件，所有避免刀具磨损的措施都是必要的。在刀具材料、规格形式的选用方面，选择整体硬质合金带涂层的圆柱球型铣刀加工叶片缘板内侧面、缘板内侧面与型面转接圆弧、靠近缘板的过渡型面、进排气边缘部位，选择圆柱镶硬质合金带涂层刀片的端铣刀加工叶片叶盆和叶背大面积的型面表面。加工钛合金刀具的涂层材料选择非常重要，要避免使用与钛合金具有亲和性的涂层材料。目前加工钛合金常用PVD 涂层刀具，PVD 涂层较薄而且光滑，它们附着在刀具硬质合金基体上的同时还会产生一种残余应力，这种应力有利于提高刀具的抗破坏性能，PVD 能够紧密地贴于刀具上，有利于保持锋利的切削刃外形，PVD 刀具抗磨性好，化学性质稳定，不易产生积屑瘤。加工中，要使用充足的冷却液对刀具进行冷却和改善摩擦影响，选择合理的切削加工参数，改善切削力影响等。