叶片榫头倒圆方法与流程

1.本发明涉及航空发动机叶片制造技术领域，特别地，涉及一种叶片榫头倒圆方法。


背景技术：

2.涡轮工作叶片是航空发动机关键热端零件，高速运转时叶片榫头承受的离心力极高，导致其榫头部位承受较大应力，若不对齿形端面边缘进行倒圆作业或倒圆作业不规范，必然加剧该部位的应力集中，严重时造成叶片榫头断裂。为了避免以上问题，需要采用合适的加工方法来保证榫头边缘形成一个固定大小的倒圆。


技术实现要素：

3.本发明提供了一种叶片榫头倒圆方法，以解决现有的加工方法无法保证榫头边缘形成一个固定大小的倒圆的技术问题。
4.本发明采用的技术方案如下：
5.一种叶片榫头倒圆方法，所述叶片榫头倒圆方法包括以下步骤：
6.选取叶片榫头倒圆理论模型的倒圆轮廓的外边缘作为初始刀路；
7.根据所述倒圆轮廓计算纵向偏置量δh和横向偏置量δl，纵向偏置量δh和横向偏置量δl均为不随所述初始刀路上的点位变化而变化的常量；
8.将所述初始刀路在纵向偏置纵向偏置量δh，在横向偏置横向偏置量δl以得到最终刀路；
9.倒圆刀具沿所述最终刀路对所述叶片榫头进行倒圆作业。
10.作为上述技术方案的进一步改进：
11.上述的叶片榫头倒圆方法，进一步地，所述选取叶片榫头倒圆理论模型的倒圆轮廓的外边缘作为初始刀路的步骤包括：
12.使用建模软件对叶片榫头进行边倒圆，得到所述叶片榫头的倒圆理论模型；
13.将所述叶片榫头的倒圆理论模型的倒圆轮廓的外边缘作为初始刀路。
14.上述的叶片榫头倒圆方法，进一步地，所述倒圆刀具沿所述所述最终刀路对所述叶片榫头进行倒圆作业的步骤包括：
15.将所述最终刀路生成数控加工程序并输入数控加工设备；
16.所述数控加工设备根据所述数控加工程序控制所述倒圆刀具对所述叶片榫头进行倒圆作业。
17.上述的叶片榫头倒圆方法，进一步地，所述数控加工设备为数控机床。
18.上述的叶片榫头倒圆方法，进一步地，所述横向偏置量δl等于所述倒圆刀具的刀刃圆弧中心到所述倒圆刀具的轴线的距离。
19.上述的叶片榫头倒圆方法，进一步地，所述纵向偏置量δh等于所述倒圆刀具在所述初始刀路时所述倒圆刀具的刀刃圆弧中心到所述叶片榫头的倒圆圆弧中心的纵向距离。
20.上述的叶片榫头倒圆方法，进一步地，所述倒圆轮廓的半径等于所述倒圆刀具的
刀刃圆弧的半径。
21.上述的叶片榫头倒圆方法，进一步地，根据所述倒圆轮廓的半径选择相应的所述倒圆刀具。
22.上述的叶片榫头倒圆方法，进一步地，所述倒圆刀具的刀头的两侧均设有圆弧形刀刃。
23.上述的叶片榫头倒圆方法，进一步地，所述圆弧形刀刃的圆弧夹角为80度。
24.本发明具有以下有益效果：
25.本发明的叶片榫头倒圆方法，首先选取叶片榫头倒圆理论模型的倒圆轮廓的外边缘作为初始刀路，根据倒圆轮廓计算纵向偏置量δh和横向偏置量δl，纵向偏置量δh和横向偏置量δl均为不随所述初始刀路上的点位变化而变化的常量，将所述初始刀路在纵向偏置纵向偏置量δh，在横向偏置横向偏置量δl以得到最终最终刀路，最后，倒圆刀具沿所述最终刀路对所述叶片榫头进行倒圆作业。上述叶片榫头倒圆方法中，根据叶片榫头的倒圆理论模型的倒圆轮廓的外边缘作为初始刀路，该初始刀路上每一个点都是该处倒圆与榫头端面的相切点，又因为倒圆刀具的轴线始终与榫齿端面垂直，所以该初始刀路上任意点和该点倒圆的圆弧中心都与倒圆刀具的轴线重合，再由于纵向偏置量δh和横向偏置量δl是根据叶片榫头倒圆理论模型的倒圆轮廓计算所得，且纵向偏置量δh和横向偏置量δl均为不随所述初始刀路上的点位变化而变化的常量，因此，实现了最终刀路上每个点的倒圆刀具的刀刃圆弧中心都和该点倒圆圆弧中心重合，且使得最终刀路上每个点的倒圆大小均匀，从而保证榫头边缘形成一个固定大小的倒圆。
26.除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
27.构成本技术的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
28.图1是本发明优选实施例提供的叶片榫头倒圆方法的示意图；
29.图2是本发明优选实施例的叶片榫头倒圆方法的步骤s1的示意图；
30.图3是本发明优选实施例的叶片榫头倒圆方法的步骤s4的示意图；
31.图4是现有技术中初始刀路的位置示意图；
32.图5是现有技术中初始刀路上a、b两点的倒圆刀具偏置量分析示意图；
33.图6是本发明优选实施例中初始刀路的位置示意图；以及
34.图7是本发明优选实施例中初始刀路上a
′
、b
′
两点的倒圆刀具偏置量分析示意图。
具体实施方式
35.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
36.如图1所示，本发明的优选实施例提供了一种叶片榫头倒圆方法，以解决现有的加工方法无法保证榫头边缘形成一个固定大小的倒圆的技术问题。
37.本发明的优选实施例提供的叶片榫头倒圆方法，包括以下步骤：
38.步骤s1：选取叶片榫头倒圆理论模型的倒圆轮廓的外边缘作为初始刀路；
39.步骤s2：根据倒圆轮廓计算纵向偏置量δh和横向偏置量δl，纵向偏置量δh和横向偏置量δl均为不随初始刀路上的点位变化而变化的常量；
40.步骤s3：将所述初始刀路在纵向偏置纵向偏置量δh，在横向偏置横向偏置量δl以得到最终刀路；
41.步骤s4：倒圆刀具沿最终刀路对叶片榫头进行倒圆作业。
42.本发明实施例提供的叶片榫头倒圆方法，首先选取叶片榫头倒圆理论模型的倒圆轮廓的外边缘作为初始刀路，根据倒圆轮廓计算纵向偏置量δh和横向偏置量δl，纵向偏置量δh和横向偏置量δl均为不随所述初始刀路上的点位变化而变化的常量，将所述初始刀路在纵向偏置纵向偏置量δh，在横向偏置横向偏置量δl以得到最终最终刀路，最后，倒圆刀具沿所述所述最终刀路对所述叶片榫头进行倒圆作业。上述叶片榫头倒圆方法中，根据叶片榫头的倒圆理论模型的倒圆轮廓的外边缘作为初始刀路，该初始刀路上每一个点都是该处倒圆与榫头端面的相切点，又因为倒圆刀具的轴线始终与榫齿端面垂直，所以该初始刀路上任意点和该点倒圆的圆弧中心都与倒圆刀具的轴线重合，再由于纵向偏置量δh和横向偏置量δl是根据叶片榫头倒圆理论模型的倒圆轮廓计算所得，且纵向偏置量δh和横向偏置量δl均为不随所述初始刀路上的点位变化而变化的常量，因此，实现了最终刀路上每个点的倒圆刀具的刀刃圆弧中心都和该点倒圆圆弧中心重合，且使得最终刀路上每个点的倒圆大小均匀，从而保证榫头边缘形成一个固定大小的倒圆。
43.具体分析如下：
44.如图4所示的某型涡轮工作叶片，榫头部位需要沿齿形倒圆r0.6。采用成型铣刀加工，现有技术下的叶片榫头倒圆方法为：选取毛坯模型边缘轮廓曲线作为初始刀路，在此基础上进行横向偏置和纵向偏置，并得到最终刀路。
45.以上叶片榫头倒圆方法不能保证边缘轮廓上每个点的倒圆大小均匀一致，原因在于选取的初始刀路上各点需要的横向偏置量大小不一致，而现有的叶片榫头倒圆方法只能设置一个固定大小的横向偏置量，该问题可通过对初始刀路上选取的a、b两点进行举例分析：
46.如图5所示，首先分析纵向偏置量,由于刀具轴线被设置为垂直于榫齿端面，所以任一点处的纵向偏置量δh是一个常量，其大小由刀具尺寸决定，可以通过作图法求解得到。其次分析横向偏置量,对于a点来说，二面角为90
°
，此时需要将刀刃圆弧中心通过偏置与a点倒圆圆弧中心重合,通过作图法求得横向偏置量δl1。对于b点来说，二面角为70
°
，此时需要将刀刃圆弧中心通过偏置与b点倒圆圆弧中心重合,通过作图法求得横向偏置量δl2。
47.综上所述，在整个初始刀路上，各点的纵向偏置量δh都是常量，而横向偏置量δl却是一个不规则的变量(假定其值的变化范围是δl
min
～δl
max
)，目前的叶片榫头倒圆方法是首先将初始刀路纵向偏置δh，然后在横向偏置一个δl
max
，这样造成了部分区域的横向切削量偏小，必须要通过在加工时的试切和调整进刀来达到各处倒圆近似大小一致的效果。所以说现有的叶片榫头倒圆方法是一种近似倒圆方法，无法精确加工出处处大小均匀的倒圆。
48.如图6所示，而本发明优选实施例提供的叶片榫头倒圆方法，选取叶片榫头的倒圆
轮廓的外边缘作为初始刀路，在此基础上进行横向偏置和纵向偏置，并得到最终刀路。
49.以上叶片榫头倒圆方法能够保证边缘轮廓上每个点的倒圆大小均匀一致，可通过对初始刀路上选取的a
′
、b
′
两点进行举例分析：
50.如图7所示，首先分析纵向偏置量,由于刀具轴线被设置为垂直于榫齿端面，所以任一点处的纵向偏置量δh是一个常量，其大小由刀具尺寸决定，可以通过作图法求解得到。其次分析横向偏置量,对于a
′
点来说，二面角为90
°
，此时需要将刀刃圆弧中心通过偏置与a
′
点倒圆圆弧中心重合,通过作图法求得横向偏置量δl；对于b
′
点来说，二面角为70
°
，此时需要将刀刃圆弧中心通过偏置与b
′
点倒圆圆弧中心重合,通过作图法求得横向偏置量δl，即，此时a
′
点和b
′
点的横向偏置量δl为一常量。纵向偏置量δh和横向偏置量δl均为一个常量，因此，保证边缘轮廓上每个点的倒圆大小均匀一致。
51.本发明实施例提供的叶片榫头倒圆方法，如图2所示，步骤s1：选取叶片榫头倒圆理论模型的倒圆轮廓的外边缘作为初始刀路，具体包括以下步骤：
52.步骤s11：使用建模软件对叶片榫头进行边倒圆，得到叶片榫头的倒圆理论模型。
53.步骤s12：将叶片榫头的倒圆理论模型的倒圆轮廓的外边缘作为初始刀路。
54.首先使用建模软件对叶片榫头进行边倒圆，得到所述叶片榫头的倒圆理论模型，再将所述叶片榫头的倒圆理论模型的倒圆轮廓的外边缘作为初始刀路，计算纵向偏置量δh和横向偏置量δl，纵向偏置量δh和横向偏置量δl均为不随所述初始刀路上的点位变化而变化的常量，将所述初始刀路在纵向偏置纵向偏置量δh，在横向偏置横向偏置量δl以得到最终最终刀路，最后，倒圆刀具沿所述所述最终刀路对所述叶片榫头进行倒圆作业。上述叶片榫头倒圆方法中，根据叶片榫头的倒圆理论模型的倒圆轮廓的外边缘作为初始刀路，该初始刀路上每一个点都是该处倒圆与榫头端面的相切点，又因为倒圆刀具的轴线始终与榫齿端面垂直，所以该初始刀路上任意点和该点倒圆的圆弧中心都与倒圆刀具的轴线重合，再由于纵向偏置量δh和横向偏置量δl是根据叶片榫头倒圆理论模型的倒圆轮廓计算所得，且纵向偏置量δh和横向偏置量δl均为不随所述初始刀路上的点位变化而变化的常量，因此，实现了最终刀路上每个点的倒圆刀具的刀刃圆弧中心都和该点倒圆圆弧中心重合，且使得最终刀路上每个点的倒圆大小均匀，从而保证榫头边缘形成一个固定大小的倒圆。
55.本发明实施例提供的叶片榫头倒圆方法，如图3所示，步骤s4：倒圆刀具沿最终刀路对叶片榫头进行倒圆作业，具体包括以下步骤：
56.步骤s41：将最终刀路生成数控加工程序并输入数控加工设备。
57.步骤s42：数控加工设备根据数控加工程序控制倒圆刀具对叶片榫头进行倒圆作业。
58.数控加工设备根据由最终刀路生成的数控加工程序控制倒圆刀具对叶片榫头沿最终刀路进行倒圆作业，由于最终刀路相对于初始刀路偏移纵向偏置量δh和横向偏置量δl，且纵向偏置量δh和横向偏置量δl均为不随所述初始刀路上的点位变化而变化的常量，该初始刀路上任意点和该点倒圆的圆弧中心都与倒圆刀具的轴线重合，实现了最终刀路上每个点的倒圆刀具的刀刃圆弧中心都和该点倒圆圆弧中心重合，使得最终刀路上每个点的倒圆大小均匀。具体的，上述的数控加工设备为数控机床。
59.本发明实施例提供的叶片榫头倒圆方法，横向偏置量δl等于倒圆刀具的刀刃圆
弧中心到倒圆刀具的轴线的距离，纵向偏置量δh等于倒圆刀具在初始刀路时倒圆刀具的刀刃圆弧中心到叶片榫头的倒圆圆弧中心的纵向距离，使得倒圆轮廓的半径等于倒圆刀具的刀刃圆弧的半径。根据倒圆轮廓的半径选择相应的倒圆刀具，以得到不同半径的倒圆。
60.本发明实施例提供的叶片榫头倒圆方法，如图7所示，倒圆刀具的刀头的两侧均设有圆弧形刀刃，提高了倒圆刀具的利用效率，圆弧形刀刃的圆弧夹角为80度，为了避免圆弧形刀刃对零件的过切，常常会在刀刃圆弧的两边延伸段各外扩5度，也就是减小刀刃的圆弧夹角至80度，同时便于在倒圆切削时排屑。
61.以上所述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。