专利名称：一种整体叶轮开槽插铣加工优化方法
技术领域：
本发明涉及ー种航空发动机整体叶轮的加工方法，具体涉及ー种整体叶轮开槽插铣加工的切削參数的选择和优化方法，属于机械加工技术领域。
背景技术：
整体叶轮作为动カ机械的关键部件，其广泛应用于航空、航天、动カ等多个领域。 叶轮加工质量的好坏和加工精度是否满足要求直接决定着整台设备性能的优劣，而整体叶轮开槽粗加工插铣技术是叶轮加工过程中的关键技术之一，其质量直接影响后续半精加工和精加工的加工质量，因此整体叶轮的开槽粗加工插铣过程中，选用何种切削參数，使得叶轮叶片变形最小同时切削效率最高，成为整体叶轮的插铣加工技术的关键。由于插铣过程中主切削力方向沿机床轴线，制造整体叶轮的高温合金材料难以实现满刀插铣，而是采用非対称插铣，即切宽小于刀具直径，从而不可避免地依然存在一定径向力，可能导致插铣过程发生“让刀”，无法保证插铣表面的垂直度，造成刀具剧烈磨损等现象。综合考虑插铣“让刀”所引起的宏观刀杆变形与插铣过程中振动所引起的切削厚度微观变化对切削力的影响，从而精准预测插铣动态切削力，并考虑插铣过程中的稳定性来实现切削參数的最优化， 是提高生产效率和改善加工质量的关键所在。关于整体叶轮粗加工插铣的专利，专利申请号为200610125473. X的中国发明专利说明书公开了ー种可加工整体叶轮自由曲面叶片的整体叶轮叶片的插铣刀加工方法， 其特点在于插铣刀在叶片上的走刀方向为叶轮径向，满足了大直径、高精度叶轮产品加工的需要；专利申请号为200810038261. 7的中国发明专利说明书公开了ー种整体叶轮的加 エ方法，通过五轴数控机床对整体叶轮进行加工，其特点在于能够保证叶片表面的加工轨迹满足几何准确性的要求，并且保证加工的质量，加工效率高，质量稳定；专利申请号为 201010611522. 7的中国发明专利说明书公开了ー种整体叶轮叶片部分五轴联动变轴插铣数控加工方法，其特点在于将空间自由曲面拆分成多个待加工区域，选择合适的插铣刀规划加工路线，从而生成数控刀具轨迹来对零件进行加工。上述专利存在的ー个共同点是都没有涉及整体叶轮粗加工插铣切削參数的选择和优化，只是强调了走刀路径和五轴数控的整体加工方法。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的的不足，提供一种整体叶轮开槽插铣加工优化方法，解决整体叶轮开槽插铣加工中切削參数的选择优化问题，从而达到叶片变形小、切削效率高的有益效果。本发明是通过以下技术方案来解决其技术问题的一种整体叶轮开槽插铣加工优化方法，其特征在于建立插铣动力学模型和大圆角插铣刀非対称插铣的铣削カ模型，将通过模态试验获得的模态參数和由铣削カ模型得到的动态铣削力代入到动力学方程中从而进ー步对切削カ进行修正；建立等效刀杆稳定性分
3析有限元模型，引入变形比和刀杆危险位置径向偏移量，从而获取优化的切削參数。本发明所述的整体叶轮开槽插铣加工优化方法，其具体步骤如下步骤I :建立插铣动力学模型，通过模态试验确定动力学方程；步骤2 :建立大圆角插铣刀非对称插铣的铣削力模型，对大圆角插铣刀的刀刃进行离散化建模并分段考虑直线刃与圆角刃的加工特点，建立等效三维有限元仿真模型，预测动态插铣切削力，并由刀具模态參数和动态插铣カ求得切削力所产生的微观振动位移和宏观“让刀”位移；步骤3 :叠加微观振动位移和宏观“让刀”位移得出修正的未变形切削层參数，反馈于动态切削カ预测，获得修正的动态切削カ预测值；步骤4:将修正后的动态切削力预测值代入等效刀杆系统稳定性分析有限元模型，获得不同直径的铣刀在不同切削宽度下的刀杆变形，引入变形比来衡量变形量与材料去除率之间的权重关系；步骤5 :依据离开刀尖一定距离处的刀杆危险位置径向偏移量是否小干与エ件发生接触摩擦的距离来优化插铣切削參数，该距离为大圆角插铣刀刀头的高度。所述的整体叶轮开槽插铣加工方法建立插铣动力学模型，通过考察刀具变形比和刀杆径向偏移量，最終得到最优化的插铣切削參数，其特征在于所述的插铣动力学模型的建立；所述的大圆角插铣刀非対称插铣的铣削カ模型，分段考虑直线刃与圆角刃；所述的等效刀杆系统稳定性分析有限元模型；引入变形比和刀杆危险位置径向偏移量来衡量变形量与材料去除率之间的权重关系。与现有的插铣技术相比，本发明的主要优点在干解决了整体叶轮开槽插铣加工过程中切削宽度的选择问题，避免了加工过程中刀具和エ件产生干涉现象，达到了叶片变形小、切削效率高的技术效果。本发明同样适用于类似的粗加工插铣加工。
图I是本发明的流程图。图2是本发明的铣削カ的建模示意图。图3是本发明的等效刀杆稳定性分析有限元模型。
具体实施例方式本发明所述的整体叶轮开槽插铣加工优化方法的内容是，建立插铣动力学模型和大圆角插铣刀非対称插铣的铣削カ模型，将通过模态试验获得的模态參数和由铣削カ模型得到的动态铣削力代入到动力学方程中从而进ー步对切削カ进行修正；建立等效刀杆系统稳定性分析有限元模型，引入变形比和刀杆危险位置径向偏移量，从而获取优化的切削參数。下面结合附图和实施例对本发明做进ー步的说明，阐述各个步骤的详细情況。实施例采用DMU70V数控铣削中心，刀具采用小12的SECO整体可换刀头式TiAlN 涂层插铣刀，加工对象为镍基高温合金整体叶轮。小12铣刀的切削參数选择范围分别为v。 =30m/min, fz = 0. 05mm/z,刀具切削宽度范围从Imm到3mm。通过下述方法步骤对统削參数进行优化，从而选出能够达到变形最小、效率最高的最佳铣削加工參数。
请參阅图I，实施例的具体步骤如下步骤I :建立插铣动力学模型，通过模态试验确定动力学方程。假设加工系统X、Y、Z方向存在振动分量，并同时存在扭振分量0。研究过程中考虑轴向位移与扭振的耦合作用，每个方向的自由度频响函数通过模态试验获得，可建立切削动力学方程
权利要求
1.一种整体叶轮开槽插铣加工优化方法，其特征在于建立插铣动力学模型和大圆角插铣刀非対称插铣的铣削カ模型，将通过模态试验获得的模态參数和由铣削カ模型得到的动态铣削力代入到动力学方程中从而进ー步对切削カ进行修正；建立等效刀杆系统稳定性分析有限元模型，引入变形比和刀杆危险位置径向偏移量，从而获取优化的切削參数。
2.根据权利要求I所述的整体叶轮开槽插铣加工优化方法，其特征在于所述的加工优化方法具体步骤如下步骤I :建立插铣动力学模型，通过模态试验确定动力学方程；步骤2 :建立大圆角插铣刀非対称插铣的铣削カ模型，对大圆角插铣刀的刀刃进行离散化建模并分段考虑直线刃与圆角刃的加工特点，建立等效三维有限元仿真模型，预测动态插铣切削力，并由刀具模态參数和动态插铣カ求得切削力所产生的微观振动位移和宏观 “让刀”位移；步骤3:叠加微观振动位移和宏观“让刀”位移得出修正的未变形切削层參数，反馈于动态切削力预测，获得修正的动态切削力预测值；步骤4 :将修正后的动态切削力预测值代入等效刀杆系统稳定性分析有限元模型，获得不同直径的铣刀在不同切削宽度下的刀杆变形，引入变形比来衡量变形量与材料去除率之间的权重关系；步骤5 :依据离开刀尖一定距离处的刀杆危险位置径向偏移量是否小干与エ件发生接触摩擦的距离来优化插铣切削參数。
3.根据权利要求2所述的整体叶轮开槽插铣加工方法，其特征在于步骤5中所述的离开刀尖一定距离为大圆角插铣刀刀头的高度。
4.根据权利要求I所述的整体叶轮开槽插铣加工方法，其特征在于所述的插铣动カ 学模型的建立；所述的大圆角插铣刀非対称插铣的铣削カ模型，分段考虑直线刃与圆角刃； 所述的等效刀杆系统稳定性分析有限元模型；引入变形比和刀杆危险位置径向偏移量来衡量变形量与材料去除率之间的权重关系。
全文摘要
本发明公开了一种整体叶轮开槽插铣加工优化方法，其建立插铣动力学模型和大圆角插铣刀非对称插铣的铣削力模型，将通过模态试验获得的模态参数和由铣削力模型得到的动态铣削力代入到动力学方程中从而进一步对切削力进行修正；建立等效刀杆稳定性分析有限元模型，引入变形比和刀杆危险位置径向偏移量，从而获取优化的切削参数。所述方法解决了整体叶轮开槽插铣加工中切削参数的选择优化问题，从而避免了加工过程中刀具和工件产生干涉现象，达到了叶片变形小、切削效率高的有益效果。本发明也适用于类似零件的开槽插铣粗加工。
文档编号B23Q15/013GK102601434SQ201210078460
公开日2012年7月25日 申请日期2012年3月22日 优先权日2012年3月22日
发明者安庆龙, 李军利, 牛秋林, 陈明, 魏莹莹 申请人:上海交通大学