[發明專利]一種整體葉輪開槽插銑加工優化方法

有效

• 申請號: 201210078460.7
• 申請日: 2012-03-22
• 公開（公告）號: CN102601434A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發明（設計）人: 陳明;魏瑩瑩;李軍利;牛秋林;安慶龍
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: B23C3/28
• 分類號: B23C3/28;B23Q15/013
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 祖志翔

技術領域

本發明涉及一種航空發動機整體葉輪的加工方法，具體涉及一種整體葉輪開槽插銑加工的切削參數的選擇和優化方法，屬于機械加工技術領域。

背景技術

整體葉輪作為動力機械的關鍵部件，其廣泛應用于航空、航天、動力等多個領域。葉輪加工質量的好壞和加工精度是否滿足要求直接決定著整臺設備性能的優劣，而整體葉輪開槽粗加工插銑技術是葉輪加工過程中的關鍵技術之一，其質量直接影響后續半精加工和精加工的加工質量，因此整體葉輪的開槽粗加工插銑過程中，選用何種切削參數，使得葉輪葉片變形最小同時切削效率最高，成為整體葉輪的插銑加工技術的關鍵。由于插銑過程中主切削力方向沿機床軸線，制造整體葉輪的高溫合金材料難以實現滿刀插銑，而是采用非對稱插銑，即切寬小于刀具直徑，從而不可避免地依然存在一定徑向力，可能導致插銑過程發生“讓刀”，無法保證插銑表面的垂直度，造成刀具劇烈磨損等現象。綜合考慮插銑“讓刀”所引起的宏觀刀桿變形與插銑過程中振動所引起的切削厚度微觀變化對切削力的影響，從而精準預測插銑動態切削力，并考慮插銑過程中的穩定性來實現切削參數的最優化，是提高生產效率和改善加工質量的關鍵所在。

關于整體葉輪粗加工插銑的專利，專利申請號為200610125473.X的中國發明專利說明書公開了一種可加工整體葉輪自由曲面葉片的整體葉輪葉片的插銑刀加工方法，其特點在于插銑刀在葉片上的走刀方向為葉輪徑向，滿足了大直徑、高精度葉輪產品加工的需要；專利申請號為200810038261.7的中國發明專利說明書公開了一種整體葉輪的加工方法，通過五軸數控機床對整體葉輪進行加工，其特點在于能夠保證葉片表面的加工軌跡滿足幾何準確性的要求，并且保證加工的質量，加工效率高，質量穩定；專利申請號為201010611522.7的中國發明專利說明書公開了一種整體葉輪葉片部分五軸聯動變軸插銑數控加工方法，其特點在于將空間自由曲面拆分成多個待加工區域，選擇合適的插銑刀規劃加工路線，從而生成數控刀具軌跡來對零件進行加工。上述專利存在的一個共同點是都沒有涉及整體葉輪粗加工插銑切削參數的選擇和優化，只是強調了走刀路徑和五軸數控的整體加工方法。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的的不足，提供一種整體葉輪開槽插銑加工優化方法，解決整體葉輪開槽插銑加工中切削參數的選擇優化問題，從而達到葉片變形小、切削效率高的有益效果。

本發明是通過以下技術方案來解決其技術問題的：

一種整體葉輪開槽插銑加工優化方法，其特征在于：建立插銑動力學模型和大圓角插銑刀非對稱插銑的銑削力模型，將通過模態試驗獲得的模態參數和由銑削力模型得到的動態銑削力代入到動力學方程中從而進一步對切削力進行修正；建立等效刀桿穩定性分析有限元模型，引入變形比和刀桿危險位置徑向偏移量，從而獲取優化的切削參數。

本發明所述的整體葉輪開槽插銑加工優化方法，其具體步驟如下：

步驟1：建立插銑動力學模型，通過模態試驗確定動力學方程；

步驟2：建立大圓角插銑刀非對稱插銑的銑削力模型，對大圓角插銑刀的刀刃進行離散化建模并分段考慮直線刃與圓角刃的加工特點，建立等效三維有限元仿真模型，預測動態插銑切削力，并由刀具模態參數和動態插銑力求得切削力所產生的微觀振動位移和宏觀“讓刀”位移；

步驟3：疊加微觀振動位移和宏觀“讓刀”位移得出修正的未變形切削層參數，反饋于動態切削力預測，獲得修正的動態切削力預測值；

步驟4：將修正后的動態切削力預測值代入等效刀桿系統穩定性分析有限元模型，獲得不同直徑的銑刀在不同切削寬度下的刀桿變形，引入變形比來衡量變形量與材料去除率之間的權重關系；

步驟5：依據離開刀尖一定距離處的刀桿危險位置徑向偏移量是否小于與工件發生接觸摩擦的距離來優化插銑切削參數，該距離為大圓角插銑刀刀頭的高度。

所述的整體葉輪開槽插銑加工方法建立插銑動力學模型，通過考察刀具變形比和刀桿徑向偏移量，最終得到最優化的插銑切削參數，其特征在于：所述的插銑動力學模型的建立；所述的大圓角插銑刀非對稱插銑的銑削力模型，分段考慮直線刃與圓角刃；所述的等效刀桿系統穩定性分析有限元模型；引入變形比和刀桿危險位置徑向偏移量來衡量變形量與材料去除率之間的權重關系。

與現有的插銑技術相比，本發明的主要優點在于：解決了整體葉輪開槽插銑加工過程中切削寬度的選擇問題，避免了加工過程中刀具和工件產生干涉現象，達到了葉片變形小、切削效率高的技術效果。本發明同樣適用于類似的粗加工插銑加工。

附圖說明

圖1是本發明的流程圖。