[發(fā)明專利]一種寬弦空心風(fēng)扇葉片的自適應(yīng)加工方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610279650.3
• 申請日: 2016-04-29
• 公開（公告）號: CN105739440A
• 公開（公告）日: 2016-07-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙正彩;傅玉燦;徐九華;李志強(qiáng);王焱;茅暑杰;劉暢
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G05B19/4097
• 分類號: G05B19/4097
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司 32252
• 代理人: 戴朝榮

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種寬弦空心風(fēng)扇葉片的自適應(yīng)加工方法。

背景技術(shù)

隨著我國航空制造業(yè)的發(fā)展，航空發(fā)動機(jī)國產(chǎn)化的需求愈發(fā)緊迫，其中航空發(fā)動機(jī)葉片的制造是航空發(fā)動機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)之一。

現(xiàn)有的航空發(fā)動機(jī)葉片制造技術(shù)中，鈦合金為葉片材料，葉片的幾何形狀為空心桁架和實體部組合而成的封閉結(jié)構(gòu)。由于葉片毛坯采用的超塑成形/擴(kuò)散連接工藝伴隨多重?zé)嵫h(huán)，冷卻過程中熱應(yīng)力的釋放與重新分布導(dǎo)致葉片發(fā)生變形。目前的工藝難以一次成型出滿足外形輪廓精度和空心壁厚分布精度的鈦合金寬弦空心風(fēng)扇葉片。因此，除葉片毛坯內(nèi)的空心桁架結(jié)構(gòu)外，葉尖和進(jìn)排氣邊均留有余量且分布不均勻，需要針對葉片毛坯不同部位分別輔以不同數(shù)控加工手段才能滿足最終精度要求。

現(xiàn)有的鈦合金寬弦空心風(fēng)扇葉片的加工主要面臨三個問題。第一，毛坯尺寸差異大。由于超塑成形/擴(kuò)散連接工藝應(yīng)變速率和冷卻參數(shù)等工藝條件難以精確控制，導(dǎo)致成形得到的葉片毛坯尺寸狀態(tài)相互之間差異大。數(shù)控加工前必須分別對每一加工對象進(jìn)行測量并獲得各自尺寸分布狀態(tài)，根據(jù)測量的數(shù)據(jù)重構(gòu)出反應(yīng)葉片毛坯實際尺寸狀態(tài)的CAD模型用于數(shù)控加工。

第二，余量分布不均勻。葉片毛坯各部位加工余量分布不均勻，葉尖留有較大余量，進(jìn)排氣邊余量較小，空心桁架結(jié)構(gòu)外形幾乎沒有余量。加工部位的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和余量分布不同決定了數(shù)控加工方法的多樣化，給數(shù)控加工帶來了困難。

第三，外形輪廓加工受內(nèi)形約束。鈦合金寬弦空心風(fēng)扇葉片空心桁架結(jié)構(gòu)壁厚分布精度是影響使用性能的重要因素。由于空心葉片空心區(qū)域的封閉性，內(nèi)形輪廓在熱成型工藝中一旦形成便無法通過機(jī)械加工手段加以修正。

因此，有必要提供一種基于容差分配的空間曲面外形結(jié)構(gòu)切削加工路徑，并為鈦合金寬弦空心風(fēng)扇葉片在航空發(fā)動機(jī)中的應(yīng)用提供支撐的寬弦空心風(fēng)扇葉片的自適應(yīng)加工方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于容差分配的空間曲面外形結(jié)構(gòu)切削加工路徑，并為鈦合金寬弦空心風(fēng)扇葉片在航空發(fā)動機(jī)中的應(yīng)用提供支撐的寬弦空心風(fēng)扇葉片的自適應(yīng)加工方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種寬弦空心風(fēng)扇葉片的自適應(yīng)加工方法包括如下步驟：

a、測量毛坯的實際形狀，得到所述毛坯形狀的測量數(shù)據(jù)；

b、根據(jù)步驟a得到的所述測量數(shù)據(jù)重構(gòu)所述毛坯的CAD模型；

c、將所述毛坯的CAD模型與工件設(shè)計模型進(jìn)行匹配對比；

d、根據(jù)匹配對比結(jié)果對工藝方案進(jìn)行優(yōu)化，并開始加工毛坯。

優(yōu)選地，步驟a包括如下步驟：

評估所述毛坯的尺寸形狀，濾除尺寸形狀不滿足加工要求的毛坯件；

基于所述毛坯表面的空間曲面建立與測量特征相關(guān)的測量坐標(biāo)系統(tǒng)；

通過所述測量坐標(biāo)系統(tǒng)測量所述毛坯的空間曲面的外形結(jié)構(gòu)；

測量所述毛坯的壁厚。

優(yōu)選地，步驟b中包括如下步驟：

將步驟a中得到的所述測量數(shù)據(jù)進(jìn)行光順去噪處理，得到去噪后的測量數(shù)據(jù)；

對所述去噪后的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行簡化處理，得到簡化后的測量數(shù)據(jù)；

對所述簡化后的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行修補(bǔ)處理，得到修補(bǔ)后的測量數(shù)據(jù)；

對所述修補(bǔ)后的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行分塊處理，得到分塊后的測量數(shù)據(jù)；

基于所述分塊后的測量數(shù)據(jù)重構(gòu)所述毛坯的CAD模型。

優(yōu)選地，步驟c包括如下步驟：

基于網(wǎng)格變形的零件數(shù)模修正方法對所述毛坯的CAD模型和所述工件設(shè)計模型進(jìn)行對比；

對所述毛坯的CAD模型和所述工件設(shè)計模型進(jìn)行配準(zhǔn)操作；

分配加工容差，并計算所述毛坯各部位的加工余量。

優(yōu)選地，步驟d包括如下步驟：

基于所述加工余量優(yōu)化所述毛坯加工的工藝方案；

基于所述加工容差的分配對加工刀具的運(yùn)動軌跡進(jìn)行仿真并優(yōu)化處理；

由計算機(jī)生成數(shù)控代碼傳輸給機(jī)床，對所述毛坯進(jìn)行數(shù)控切削加工。