一种轴颈式压气机叶片的加工方法与流程

1.本发明涉及机械加工技术领域，具体而言，涉及一种轴颈式压气机叶片的加工方法。


背景技术：

2.某型号压气机叶片结构如图1和图2所示，由大端轴颈7、小端轴颈4、大端安装板、小端安装板、环形安装槽11和叶身1组成，大端轴颈7和小端轴颈4同轴，大端轴颈7分布于叶身1的第一端，小端轴颈4分布于叶身1的第二端，大端安装板处于大端轴颈7与叶身1之间，小端安装板处于小端轴颈4和叶身1之间，环形安装槽11处于大端轴颈7和大端安装板之间。上述结构一体成型，由如图3所示的叶片毛坯13机加工而成，其夹装定位如图3所示，为典型的叶片式六点定位。目前，行业内对于此类型的叶片加工较成熟的工艺为：首先以叶身的六点定位在大小端轴颈的端面钻中心孔，然后以中心孔定位粗车大小端轴颈、槽及外圆，再以大小端轴颈定位粗铣叶身及安装板内侧面，然后以精车大小端轴颈、槽及外圆，再精铣叶身及安装板内侧面。这种常规的工艺有以下缺点：
3.1.机加工序多，使用的加工设备、专用夹具和专用测具多，加工周期长；
4.2.机加时将毛坯六点基准转换至两端中心孔，而中心孔在加工过程中随着叶片变形会产生偏斜，且无法调整，导致精加工尺寸超差；
5.3.叶身粗铣后再精车大端、小端轴颈，导致叶片整体刚性不足，易变形，造成轴颈外圆的尺寸超差；
6.4.精铣叶身之后叶片变形导致小端相对于大端的同轴度超差；
7.5.加工流程长，加工过程变量多，变形量难以分析和控制。


技术实现要素：

8.针对现有技术之不足，本发明的目的在于提供一种轴颈式压气机叶片的加工方法，可避免多次基准转换产生的误差累积，使得叶片变形集中，从而使得加工过程中叶片的变形可控。
9.本发明的实施例通过以下技术方案实现：
10.一种轴颈式压气机叶片的加工方法，包括工件一次夹装、铣大端、铣小端、工件二次夹装和铣叶身型面的工序，具体步骤如下：
11.步骤一、工件一次夹装：以毛坯上的六个定位点为定位基准，将毛坯定位安装在五轴加工中心上；
12.步骤二、铣大端：铣削加工大端的各形状要素至成品尺寸，得到环形安装槽和角向安装面；
13.步骤三、铣小端：铣削加工小端的各形状要素至成品尺寸，得到小端轴颈，此时毛坯转变为中间体a；
14.步骤四、工件二次夹装：以环形安装槽的外圆、小端轴颈外圆和角向安装面为定位
基准将所述中间体a定位安装在五轴加工中心上，并在中间体a的两端施加预拉力；
15.步骤五、铣叶身型面：铣削加工叶身的叶盆侧和叶背侧以及叶身两端的其他形状要素至成品尺寸。
16.根据一种优选实施方式，所述步骤二中铣削环形安装槽包括以下步骤：
17.b1：粗铣环形安装槽的外圆面和环形安装槽的内圆面，并且在成品尺寸的基础上留0.1
‑
0.2mm的加工余量；
18.b2：精铣环形安装槽的外圆面，预留0.02mm的径向加工余量，精铣后采用外径千分尺测量环形安装槽的外圆直径，根据测量进行补偿，重新运行五轴加工中心程序再次铣削，使得环形安装槽的外圆面至成品尺寸；
19.b3：精铣环形安装槽的内圆面，预留0.02mm的径向加工余量，精铣后采用壁厚卡钳测量环形安装槽壁厚，根据测量值补偿，重新运行五轴加工中心程序再次铣削，使得环形安装槽的内圆面至成品尺寸。
20.根据一种优选实施方式，所述步骤二中铣削角向安装面包括以下步骤：
21.c1：粗铣角向安装面，并且在成品尺寸的基础上留0.1
‑
0.2mm的加工余量；
22.c2：精铣角向安装面，并且预留0.02mm的加工余量，精铣后检测角向安装面的尺寸，根据测量值补偿，重新运行五轴加工中心程序再次铣削，使得角向安装面至成品尺寸。
23.根据一种优选实施方式，所述步骤三中铣小端轴颈包括以下步骤:
24.d1：粗铣小端轴颈，并且在成品尺寸的基础上留0.1
‑
0.2mm的加工余量；
25.d2：精铣小端轴颈，并且预留0.02mm的径向加工余量，精铣后采用外径千分尺测量小端轴颈的直径，根据测量值补偿，重新运行五轴加工中心程序再次铣削，使得小端轴颈至成品尺寸。
26.根据一种优选实施方式，所述步骤四的具体步骤如下：
27.e1：于所述环形安装槽内填充仿形支撑，于所述环形安装槽外套设第一衬套后得到待夹环形安装槽，然后用五轴加工中心的a轴三爪卡盘将所述待夹环形安装槽夹持固定；
28.e2：于所述小端轴颈外套设第二衬套后得到待夹轴，然后用五轴加工中心的c轴三爪卡盘将所述待夹轴夹持固定；
29.e3：五轴加工中心的a轴和c轴对所述中间体a沿其轴向施加所述预拉力。
30.根据一种优选实施方式，所述步骤五中铣削加工叶身的叶盆侧和叶背侧包括以下步骤：
31.g1：粗铣叶身的叶盆侧和叶背侧，并且预留0.5mm的加工余量；
32.g2：精铣叶身的叶盆侧和叶背侧至成品尺寸。
33.根据一种优选实施方式，还包括抛光步骤，所述抛光步骤处于所述步骤五之后；使用抛光机抛光叶身的叶盆侧和叶背侧以及其他需要抛光处理的形状要素。
34.本发明实施例的技术方案至少具有如下优点和有益效果：
35.本发明从毛坯至成品的加工过程中，只需要进行两次夹装，工件一次夹装时以毛坯的六处定位点为基准将大端轴颈和小端轴颈直接加工至成品尺寸，避免了传统加工工艺中多次基准转换造成的误差累积，同时大大减少加工设备、专用夹具、专用测具，大大缩短了生产周期，然后以两端为基准进行工件二次夹装，本次夹装直接完成工件的加工，将叶片在加工过程中的变形全部集中在该工序，使得变形量可控，便于变形数据的收集和分析，使
得后期通过调整刀具结构以及相关切削参数控制叶片的变形得以实现。
附图说明
36.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
37.图1为本发明中压气机叶片的立体结构示意图；
38.图2为本发明中压气机叶片的正视结构示意图；
39.图3为本发明中毛坯的正视结构示意图。
40.图标：1
‑
叶身，2
‑
小端安装板内侧面，3
‑
小端安装板外圆，4
‑
小端轴颈，5
‑
小端外端面，6
‑
大端安装板外圆，7
‑
大端轴颈，8
‑
大端外端面，9
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螺纹，10
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角向安装面，11
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环形安装槽，12
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大端安装板内侧面，13
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毛坯，14
‑
定位点，15
‑
大端转接处，16
‑
小端转接处，f
‑
预拉力。
具体实施方式
41.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
42.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
43.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
44.在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
45.在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
46.本实施例中的压气机叶片结构如图1和图2所示，由大端轴颈7、小端轴颈4、大端安装板、小端安装板、环形安装槽11和叶身1组成，大端轴颈7和小端轴颈4同轴，大端轴颈7分布于叶身1的第一端，小端轴颈4分布于叶身1的第二端，大端安装板处于大端轴颈7与叶身1
之间，小端安装板处于小端轴颈4和叶身1之间，环形安装槽11处于大端轴颈7和大端安装板之间。大端轴颈7的端面为大端外端面8，大端轴颈7的侧面靠近大端外端面8处设置有螺纹9，大端轴颈7上设置有两个角向安装面10，其中一个角向安装面10靠近叶身1盆侧分布，为盆向角向安装面10，另一个角向安装面10靠近叶身1背侧分布，为背向角向安装面10。大端安装板的靠近叶身1侧为大端安装板内侧面12，大端安装板的周侧为大端安装板外圆6，大端安装板与叶身1的交接处为大端转接处15。小端轴颈4的端部为小端外端面5，小端安装板的靠近叶身1侧为小端安装板内侧面2，小端安装板的周侧为小端安装板外圆3，小端安装板与叶身1的交接处为小端转接处16。
47.请参照图1至图3，一种轴颈式压气机叶片的加工方法，包括工件一次夹装、铣大端、铣小端、工件二次夹装、铣叶身型面和抛光的工序，具体步骤如下：
48.步骤一、工件一次夹装：以毛坯13上的六个定位点14为定位基准，将毛坯13定位安装在五轴加工中心上。本步骤中，毛坯13为小余量模锻件，其叶身的叶盆侧和叶背侧余量为0.8
‑
1mm，进气边和排气边的余量为1.5
‑
2mm，大端轴颈和小端轴颈处余量为2mm，六个定位点14分布如图3所示，为行业内典型的叶片式六点定位，即叶背三点，进气边两点，安装板内侧面一点。在使用时，通过对应夹具将毛坯13以六点定位的方式固定在五轴加工中心上即可。
49.步骤二、铣大端：铣削加工大端的各形状要素至成品尺寸，得到环形安装槽11和角向安装面10，具体的加工步骤如下：粗铣环形安装槽11、粗铣大端轴颈7、粗铣大端安装板外圆6、粗铣角向安装面10、精铣环形安装槽11、精铣大端外端面8、精铣大端轴颈7、铣螺纹9、精铣大端安装板外圆6和精铣角向安装面10。步骤二中各形状要素的具体加工步骤如下：
50.1.粗铣环形安装槽11的外圆面和环形安装槽11的内圆面、粗铣大端外端面8、粗铣大端轴颈7、粗铣大端安装板外圆6和粗铣角向安装面10，本步骤中粗铣加工的各形状要素在其对应成品尺寸的基础上留0.1
‑
0.2mm的加工余量。
51.2.使用φ10r1圆鼻刀精铣环形安装槽11的外圆面，预留0.02mm的径向加工余量，精铣后采用外径千分尺测量环形安装槽11的外圆直径，根据测量进行补偿，重新运行五轴加工中心程序再次铣削，使得环形安装槽11的外圆面至成品尺寸。
52.3.使用φ10r3圆鼻刀精铣铣环形安装槽11的内圆面，预留0.02mm的径向加工余量，精铣后采用壁厚卡钳测量环形安装槽11壁厚，根据测量值补偿，重新运行五轴加工中心程序再次铣削，使得环形安装槽11的内圆面至成品尺寸。
53.4.使用φ10r1圆鼻刀精铣大端外端面8至成品尺寸。
54.5.使用φ10r3圆鼻刀精铣大端轴颈7，预留0.02mm的径向加工余量，精铣后采用外径千分尺测量大端轴颈7的直径，根据测量值补偿，重新运行五轴加工中心程序再次铣削，使得大端轴颈7至成品尺寸。
55.6.使用螺纹铣刀在大端轴颈7的靠近大端外端面8的位置处铣螺纹9，如图1所示。
56.7.使用φ10r1圆鼻刀精铣大端安装板外圆6至成品尺寸。
57.8.五轴加工中心的b轴摆动90
°
，使用φ10r1.25圆鼻刀精铣背向角向安装面10，并且预留0.02mm的加工余量，精铣后采用五轴加工中心blum在线测量系统检测背向角向安装面10的尺寸，根据测量值补偿，重新运行五轴加工中心程序再次铣削，使得背向角向安装面10至成品尺寸。
58.9.五轴加工中心的b轴摆动
‑
90
°
，使用φ10r1.25圆鼻刀精铣盆向角向安装面10，并且预留0.02mm的加工余量，精铣后采用五轴加工中心blum在线测量系统检测盆向角向安装面10的尺寸，根据测量值补偿，重新运行五轴加工中心程序再次铣削，使得盆向角向安装面10至成品尺寸。
59.步骤三、铣小端：铣削加工小端的各形状要素至成品尺寸，得到小端轴颈4，此时毛坯13经过步骤二的加工转变为中间体a。具体加工步骤如下：粗铣小端轴颈4、精铣小端外端面5和精铣小端轴颈4，步骤三中各形状要素的具体加工步骤如下：
60.1.粗铣小端轴颈4，并且在成品尺寸的基础上留0.1
‑
0.2mm的加工余量。
61.2.使用φ10r1圆鼻刀精铣小端外端面5至成品尺寸。
62.3.使用φ10r1圆鼻刀精铣小端轴颈4，并且预留0.02mm的径向加工余量，精铣后采用外径千分尺测量小端轴颈4的直径，根据测量值补偿，重新运行五轴加工中心程序再次铣削，使得小端轴颈4至成品尺寸。
63.步骤四、工件二次夹装：以环形安装槽11的外圆、小端轴颈4外圆和角向安装面10为定位基准将中间体a定位安装在五轴加工中心上，并在中间体a的两端施加预拉力f。本实施例中，步骤四中的具体夹装步骤如下：
64.1.于环形安装槽11内填充硬塑料仿形支撑以提高环形安装槽11的刚性，于环形安装槽11外套设铜制第一衬套后得到待夹环形安装槽，然后用五轴加工中心的a轴三爪卡盘将待夹环形安装槽夹持固定。铜制的第一衬套可防止环形安装槽11的外圆面被五轴加工中心的a轴三爪卡盘压伤。
65.2.于小端轴颈4外套设铜制第二衬套后得到待夹轴，然后用五轴加工中心的c轴三爪卡盘将待夹轴夹持固定。铜制的第二衬套可防止小端轴颈4的外圆面被五轴加工中心的c轴三爪卡盘压伤。
66.3.五轴加工中心的a轴和c轴对中间体a沿其轴向施加预拉力f。具体的，通过五轴加工中心的a轴和c轴对中间体a分别施加远离叶身1方向的预拉力f，如图2所示，大端轴颈7与小端轴颈4同轴，对中间体a施加预拉力f后使得叶身1在铣削过程中处于紧绷状态，从而增大了叶片的刚性，进而使得叶身1在铣削过程中不易出现变形，保证了大端轴颈7与小端轴颈4的同轴度。
67.步骤五、铣叶身型面：铣削加工叶身1的叶盆侧和叶背侧以及叶身1两端的其他形状要素至成品尺寸。步骤五中的具体加工步骤如下:粗铣叶身1的叶盆侧和叶背侧、粗铣大端安装板内侧面12、粗铣小端安装板内侧面2、粗铣大端转接处15、粗铣小端转接处16、粗铣小端安装板外圆3、精铣叶身1的叶盆侧和叶背侧、精铣大端安装板内侧面12、精铣小端安装板内侧面2、精铣大端转接处15、精铣小端转接处16、精铣小端安装板外圆3。步骤五中各形状要素的具体加工步骤如下：
68.1.使用φ16r1圆鼻刀粗铣叶身1的叶盆侧和叶背侧，并且预留0.5mm的加工余量。
69.2.使五轴加工中心的b轴摆动
‑
20
°
，然后使用φ10r3锥度球头铣刀粗铣大端安装板内侧面12，并且预留0.5mm的加工余量。
70.3.使五轴加工中心的b轴摆动20
°
，然后使用φ10r3锥度球头铣刀粗铣小端安装板内侧面2，并且预留0.5mm的加工余量。
71.4.使五轴加工中心的b轴摆动
‑
20
°
，然后使用φ10r3锥度球头铣刀粗铣大端转接
处15，并且预留0.5mm的加工余量。
72.5.使五轴加工中心的b轴摆动20
°
，然后使用φ10r3锥度球头铣刀粗铣小端转接处16，并且预留0.5mm的加工余量。
73.6.使用φ10r1圆鼻刀精铣叶身1的叶盆侧和叶背侧至成品尺寸。
74.7.使五轴加工中心的b轴摆动
‑
20
°
，然后使用φ10r3锥度球头铣刀精铣大端安装板内侧面12至成品尺寸。
75.8.使五轴加工中心的b轴摆动20
°
，然后使用φ10r3锥度球头铣刀精铣小端安装板内侧面2至成品尺寸。
76.9.使五轴加工中心的b轴摆动
‑
20
°
，然后使用φ10r3锥度球头铣刀精铣大端转接处15至成品尺寸。
77.10.使五轴加工中心的b轴摆动20
°
，然后使用φ10r3锥度球头铣刀精铣小端转接处16至成品尺寸。
78.11.使五轴加工中心的b轴摆动
‑
20
°
，然后使用φ8r1锥度球头铣刀铣削小端安装板外圆3，并且预留0.05mm的径向加工余量，铣削后采用外径千分尺测量小端安装板外圆3的直径，根据测量进行补偿，重新运行五轴加工中心程序再次铣削，使得小端安装板外圆3至成品尺寸。
79.本实施例中，还包括抛光步骤，抛光步骤处于步骤五之后。使用抛光机抛光叶身1的叶盆侧和叶背侧以及其他需要抛光处理的形状要素。具体的，抛光：使用抛光机对前述步骤中铣削的叶身1的叶盆侧和叶背侧、大端安装板内侧面12、大端转接处15、小端安装板内侧面2和小端转接处16进行抛光处理，去除上述区域内的铣削刀痕即可。
80.综上，本实施例提供的压气机叶片加工方法首先夹持毛坯13的中部完成其两端各形状要素的加工，此时毛坯13的中部为未加工的毛坯状态，刚度高，夹装时不易产生变形。然后以精加工后的两端为基准再次夹持工件，定位精度高，并且通过给工件的两端施加预拉力f使得工件在进行叶身1的铣削加工过程中处于紧绷状态，从而增大了工件的刚度，可有效减小其变形。本实施例提供的压气机叶片加工方法从毛坯13至成品的加工过程中，只需要进行两次夹装，在加工过程中，工件一次夹装时以毛坯13的六处定位点为基准将大端轴颈7和小端轴颈4直接加工至成品尺寸，避免了传统加工工艺中多次基准转换造成的误差累积，同时大大减少加工设备、专用夹具、专用测具，大大缩短了生产周期。然后以两端为基准进行工件二次夹装，本次夹装直接完成工件的加工，将叶片在加工过程中的变形全部集中在该工序，使得变形量可控，便于变形数据的收集和分析，使得后期通过调整刀具结构以及相关切削参数控制叶片的变形得以实现。
81.以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。