某薄型叶片高效精密数控加工工艺

1 概述

　　叶片作为一种复杂的透平机械零件，在航空发动机中，起着能量转换的关键作用，是提高航空发动机推重比的关键部件。某机静子叶片作为薄型难加工材料的典型零件，数控加工过程中存在着严重的弹性变形，变形量0.10～0.25mm。为了控制和改善数控加工过程中产生的变形，提高数控加工精度和产品的合格率，根据对影响其变形及加工质量的几个重要因素的分析，通过大量攻关试验，达到了对薄型难切削材料叶片加工过程中变形的控制及改善；实现了此类薄型叶片小余量的稳定加工；实现了宽行高效数控铣削技术；达到了行业内同类叶片数控加工的最高水平。实验所采用的各项技术及方法也为其它薄型叶片的数控加工提供了经验与技术。

2 技术难点

　　2.1　零件类型、加工难点及特殊性

　　此叶片为薄型叶片，两端为轴颈，且轴颈长度不一致。长宽比例大，材料为高温合金，属于难加工材料，切削时容易出现烧伤和弹性变形。同时，叶身的角向定位是大轴颈上宽度非常窄的小扁，夹具角向定位难且加工叶身型面过程中易产生扭转透光。因此必须在加工系统刚性优化、刀路轨迹优化、切削参数选择等方面进行改善，从而减小变形，提高数控加工质量。

　　2.2　精度要求

　　设计要求的尺寸精度高，技术条件严格。叶身型面边缘厚度薄，叶身轮廓度公差小，叶身型面扭转大。

3 试验

　　3.1　材料

　　叶片的材料为高温合金，硬度非常大，切削加工性能较差。

　　3.2　设备

　　试验所采用的是国外先进的高速数控铣床。该设备尾座处配备有与另一端同步转动的U轴，在此叶片的数控加工中起很好的对心作用。

　　3.3　变形的控制及改善

　　影响叶片变形的因素主要有以下几个方面，下面将分别对其进行分析并阐述试验所采取的措施。

　　3.3.1装夹系统的稳定性及刚性对叶片变形的影响及控制

　　装夹是否稳定，重复精度如何及夹紧力的大小是影响变形的主要因素。叶片为弱刚性体，增强装夹系统刚性是解决薄型叶片变形的最主要途径。

　　3.3.1.1　增强装夹系统刚性

　　以往数控加工叶身型面时，采用顶尖顶紧小轴颈处顶尖的方式，

　　此叶片非常薄，在顶紧力的作用下，叶身型面变形非常明显，加工过程不平稳。改进后采用抱紧轴颈的方式，自设U轴处夹头（如图1）。

　　叶片两端均采用抱紧轴颈的方式且此结构装夹好叶片后手动将U轴坐标向拉紧小轴颈方向前进0.03mm，拉紧叶片而不是顶紧叶片的装夹方式。采用此种方法大大加强了这种薄型易变形叶片加工精度及稳定性，使叶片变形量减少到最小。