整體葉盤線切割粗加工余量去除方法及專用夾具的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種整體葉盤線切割粗加工余量去除方法及專用夾具，首先采用投影法計(jì)算整體葉盤毛坯旋轉(zhuǎn)角度，其次將整體葉盤毛坯通過專用夾具安裝在二坐標(biāo)機(jī)床上，并根據(jù)步驟1得到的旋轉(zhuǎn)角度對(duì)整體葉盤毛坯進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，最后對(duì)旋轉(zhuǎn)到位的整體葉盤毛坯進(jìn)行線切割粗加工。本方法將傳統(tǒng)的線切割加工原理應(yīng)用到整體葉盤通道開槽中，由于電火花線切割加工中無切削力，加工振動(dòng)變形問題影響很小，不存在刀具磨損問題，而且采用二坐標(biāo)機(jī)床進(jìn)行線切割的加工費(fèi)用很低，使整體葉盤的加工費(fèi)用降低50％以上。
【專利說明】整體葉盤線切割粗加工余量去除方法及專用夾具
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種利用線切割對(duì)整體葉盤通道進(jìn)行粗加工余量去除的方法及專用夾具。
【背景技術(shù)】
[0002]整體葉盤是將葉片和輪盤設(shè)計(jì)成整體，省去了榫頭、榫槽等結(jié)構(gòu)，減少了葉盤重量和零件數(shù)量；在氣動(dòng)布局上采用了寬弦、彎掠葉片和窄流道，從而提高了氣動(dòng)效率。整體葉盤使發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化，推重比和可靠性進(jìn)一步提高。整體葉盤結(jié)構(gòu)形式主要有兩種典型結(jié)構(gòu):(1)閉式結(jié)構(gòu)一帶外輪轂整體葉盤；(2)開式結(jié)構(gòu)一不帶輪轂整體葉盤。整體葉盤葉片型面一般為空間自由曲面，葉片之間相互遮掩，通道約束多，而整體葉盤又具有葉片壁比較薄，易變形，易顫振，刀具干涉嚴(yán)重的特點(diǎn)，且材料多為鈦合金、高溫合金等難切削的材料，都使整體葉盤的加工變得困難。
[0003]目前整體葉盤通道粗開槽三種加工方法:數(shù)控銑削、數(shù)控電解和電火花加工。
[0004]數(shù)控銑削技術(shù)是整體葉盤常用的加工方法，整體葉盤通道是特殊曲面型腔結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)的銑削加工方法采用立銑刀分層側(cè)銑，側(cè)銑刀具受徑向力作用，隨著通道銑削深度的加深刀具懸伸量加長(zhǎng)，刀具的剛性變差，在徑向力的作用之下刀具變形、振動(dòng)、磨損加劇，力口工效率顯著降低。針對(duì)整體葉盤復(fù)雜通道側(cè)銑加工存在的問題，數(shù)控銑削開槽插銑方法解決了一些上述問題，但是，數(shù)控銑削切削力大，葉片易受變形，刀具與葉盤易發(fā)生干涉，刀具磨損嚴(yán)重等問題依然存在。整體葉盤另一種加工方法是數(shù)控電解加工，電解加工也存在一些不足之處，加工的影響因素多，且加工穩(wěn)定性和重復(fù)性都比較差，尤其是加工閉式整體葉盤零件時(shí)，葉盤流道彎扭復(fù)雜，且沖液?jiǎn)栴}也難于解決；電流要求高，電解液和電解產(chǎn)物需要專門處理，環(huán)境污染嚴(yán)重。電火花加工技術(shù)也是整體葉盤一種加工方法，電火花加工還存在一些問題，如:1)電極損耗嚴(yán)重，電極成本較高；2)加工表面有再鑄層；3)加工效率與電解相比，效率較低。因此，在整體葉盤批量生產(chǎn)過程中，電火花加工遇到許多障礙。
[0005]整體葉盤鍛造毛坯一般為矮圓柱狀，其與最終零件的形狀存在較大差別，材料切除量達(dá)到60%?90%，其中絕大部分是在粗加工葉盤通道的過程中完成。在整體葉盤通道粗加工中數(shù)控銑削方面，一般采用四坐標(biāo)或五坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床，數(shù)控機(jī)床本身價(jià)格高昂，加工價(jià)格高，針對(duì)不同的材料和加工精度要求，一般每小時(shí)300?1000元；數(shù)控電解加工加工費(fèi)用，一般每小時(shí)100?200元；數(shù)控電火花加工費(fèi)用，一般每小時(shí)150?300元。因此，對(duì)整體葉盤通道粗開槽降低加工成本的研究具有重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]技術(shù)方案
[0007]電火花線切割加工方法是利用移動(dòng)的細(xì)金屬導(dǎo)線(鑰絲或鑰絲)做電極，通過數(shù)控技術(shù)對(duì)工件進(jìn)行脈沖火花放電，完成對(duì)工件的切割。電火花線切割的優(yōu)點(diǎn):(I)能加工復(fù)雜的工件，對(duì)加工薄壁工件、深窄槽加工、微細(xì)加工有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)；(2)電火花線切割加工中無切削力，因此不受切削力的影響。由于整體葉盤五坐標(biāo)數(shù)控加工花費(fèi)，每小時(shí)達(dá)到上百元，而線切割加工每小時(shí)的費(fèi)用不足10元，特別是在整體葉盤材料切除量很大接近90%，其中絕大部分余量去除是在葉盤通道粗開槽加工中。由于使用五軸聯(lián)動(dòng)或四軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行整體葉盤加工的成本非常巨大，所以其經(jīng)濟(jì)性問題就顯得尤為重要。而利用線切割工藝對(duì)整體葉盤的粗開槽，其在粗加工中盡可能多的去除余量，為后續(xù)半精加工和精加工留下少的去除量，這樣可做到合理使用機(jī)床，提高整個(gè)機(jī)床的效率，縮短加工時(shí)間，節(jié)約加工成本。線切割加工中無切削力，由于切削力直接影響著工件質(zhì)量、刀具壽命、機(jī)床動(dòng)力消耗，此外切削力的存在會(huì)引起加工系統(tǒng):機(jī)床一刀具一工件，其引起加工系統(tǒng)振動(dòng)其會(huì)嚴(yán)重影響加工精度和表面質(zhì)量，而且還會(huì)縮短機(jī)床和刀具的壽命，振動(dòng)的噪音污染環(huán)境，損害工人的健康。因此線切割對(duì)整體葉盤通道粗加工降低成本和提高經(jīng)濟(jì)效益具有重要的意義。
[0008]本發(fā)明為解決現(xiàn)有技術(shù)中數(shù)控銑削、數(shù)控電解和電火花加工成本較大的問題，針對(duì)電火花線切割加工方法，提出了一種整體葉盤線切割粗加工余量去除方法。采用二坐標(biāo)機(jī)床，以毛坯去除量值為目標(biāo)函數(shù)，經(jīng)搜索算法得到整體葉盤軸線在切割時(shí)最優(yōu)矢量方向，并以此作為夾具裝夾依據(jù)。
[0009]本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0010]所述一種整體葉盤線切割粗加工余量去除方法，其特征在于:采用以下步驟:
[0011]步驟1:投影法計(jì)算整體葉盤毛坯旋轉(zhuǎn)角度: [0012]步驟1.1:將構(gòu)成一個(gè)通道的內(nèi)輪轂面、葉盆、葉背型面進(jìn)行等距偏置，其中偏置量為加工余量和線切割設(shè)備切割絲半徑之和；提取葉盆偏置面、葉背偏置面上方兩條邊緣曲線構(gòu)成曲面S1，下方兩條邊緣曲線構(gòu)成曲面S2 ；
[0013]步驟1.2:在曲面S2上等參數(shù)離散M條U線和M條V線，M為奇數(shù)，取中間一條U線和中間一條V線的交點(diǎn)為Ptl ;在曲面S1上等參數(shù)離散N條U線和N條V線，得到N條U線和N 條 V 線的交點(diǎn)為 PiJi, j = O, 1,2...N-1)，點(diǎn) P。、Pij 構(gòu)成向量 Iiij (i，j = 0，1，2...N-1)；以Iiij為法矢做過點(diǎn)Ptl的平面為Spm ；
[0014]步驟1.3:將葉背偏置面、葉盆偏置面、通道間內(nèi)輪轂面偏置面、毛坯圓曲面沿nu方向投影到Spro上，得到圍成的封閉區(qū)域?yàn)镾ijQ, j = 0，1，2...η)，Sij面積為Sarea ；
[0015]步驟1.4:搜索所有Ilij情況下的Smea中的最大值Smax，得到其對(duì)應(yīng)的投影矢量為η0 ;矢量Iitl在整體葉盤模型坐標(biāo)系中表示為[a，b, c]，整體葉盤模型坐標(biāo)系為:整體葉盤回轉(zhuǎn)軸為Z軸，從進(jìn)氣邊到排氣邊的方向?yàn)閆軸正向，進(jìn)氣端軸端面圓心為坐標(biāo)原點(diǎn)，回轉(zhuǎn)軸徑向方向?yàn)閄軸；
[0016]步驟1.5:取矢量[0，b，c]與矢量[0，0，d]的夾角α為整體葉盤毛坯繞X軸旋轉(zhuǎn)的角度；將矢量Iitl繞X軸旋轉(zhuǎn)α，得到矢量η(ι’，取矢量η(ι’與矢量Iitl的夾角β為整體葉
盤毛坯繞Y軸旋轉(zhuǎn)的角度；其中
【權(quán)利要求】
1.一種整體葉盤線切割粗加工余量去除方法，其特征在于:采用以下步驟: 步驟1:投影法計(jì)算整體葉盤毛坯旋轉(zhuǎn)角度: 步驟1.1:將構(gòu)成一個(gè)通道的內(nèi)輪轂面、葉盆、葉背型面進(jìn)行等距偏置，其中偏置量為加工余量和線切割設(shè)備切割絲半徑之和；提取葉盆偏置面、葉背偏置面上方兩條邊緣曲線構(gòu)成曲面S1，下方兩條邊緣曲線構(gòu)成曲面S2 ； 步驟1.2:在曲面S2上等參數(shù)離散M條U線和M條V線，M為奇數(shù)，取中間一條U線和中間一條V線的交點(diǎn)為Ptl ;在曲面S1上等參數(shù)離散N條U線和N條V線，得到N條U線和N條 V 線的交點(diǎn)為 PijQ, j = O, 1，2...N-1)，點(diǎn) PQ、Pij 構(gòu)成向量 ni」(i，j = O, 1，2...N_l)；以nij為法矢做過點(diǎn)Ptl的平面為Spm ； 步驟1.3:將葉背偏 置面、葉盆偏置面、通道間內(nèi)輪轂面偏置面、毛坯圓曲面沿Iiij方向投影到Spm上，得到圍成的封閉區(qū)域?yàn)镾ijQ, j = O, I, 2...n), Sij面積為Saraa ； 步驟1.4:搜索所有η、情況下的Sarea中的最大值Smax，得到其對(duì)應(yīng)的投影矢量為％ ;矢量Iitl在整體葉盤模型坐標(biāo)系中表示為[a，b，c]，整體葉盤模型坐標(biāo)系為:整體葉盤回轉(zhuǎn)軸為Z軸，從進(jìn)氣邊到排氣邊的方向?yàn)閆軸正向，進(jìn)氣端軸端面圓心為坐標(biāo)原點(diǎn)，回轉(zhuǎn)軸徑向方向?yàn)閄軸； 步驟1.5:取矢量[O，b, c]與矢量[O，O, d]的夾角α為整體葉盤毛坯繞X軸旋轉(zhuǎn)的角度；將矢量Iitl繞X軸旋轉(zhuǎn)α，得到矢量η(ι’，取矢量η(ι’與矢量Iitl的夾角β為整體葉盤毛坯繞Y軸旋轉(zhuǎn)的角度；其中
2.一種用于整體葉盤線切割粗加工余量去除的專用夾具，其特征在于:包括調(diào)整整體葉盤毛坯在X軸向和Y軸向的正弦規(guī)、調(diào)整整體葉盤毛坯加工通道的分度盤以及支撐和壓緊部件；支撐和壓緊部件包括支撐柱、壓板；整體葉盤毛坯固定在支撐柱一端，支撐柱另一端同軸穿過分度盤后與正弦規(guī)的第三基板軸承轉(zhuǎn)動(dòng)配合；分度盤通過壓板約束在第三基板上，分度盤分為轉(zhuǎn)盤和定盤，支撐柱與轉(zhuǎn)盤過盈配合，與定盤間隙配合，轉(zhuǎn)盤與定盤之間通過定位銷定位；正弦規(guī)包括第三基板、第二基板、第一基板、第二量塊、第一量塊、第二支撐軸、第一支撐軸、第二滾動(dòng)軸和第一滾動(dòng)軸；其中第二基板、第二量塊、第二支撐軸和第二滾動(dòng)軸支撐第三基板，且用于調(diào)整整體葉盤毛坯的繞Y軸的旋轉(zhuǎn)角度；其中第一基板、第一量塊、第一支撐軸和第一滾動(dòng)軸支撐第二基板，且用于調(diào)整整體葉盤毛坯的繞X軸的旋轉(zhuǎn)角度。
【文檔編號(hào)】B23H7/02GK104014890SQ201410164169
【公開日】2014年9月3日 申請(qǐng)日期:2014年4月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月23日
【發(fā)明者】藺小軍, 張新鴿, 王志偉, 史耀耀, 高源 , 陳悅, 楊艷 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)