基于变余量补偿的焊接类叶盘夹持残留区域光顺加工方法与流程

1.本发明属于航空航天数控加工技术领域，涉及基于变余量补偿的焊接类叶盘夹持残留区域光顺加工方法。


背景技术：

2.为提升航空发动机整体叶盘的加工效率、降低整体叶盘的加工成本，同时为了整体叶盘的修复及再制造，国内进行了焊接类整体叶盘的技术探索，并且研制了线性摩擦焊整体叶盘零件。
3.线性摩擦焊整体叶盘由加工到最终状态的叶片与粗加工后的盘体在高速线性摩擦运动下焊接在一起，虽然线性摩擦焊整体叶盘提升了整体叶盘类零件的修复能力，但是为整体叶盘的数控加工带来了技术难题。第一，为能够保证叶片零件在刚性可支持范围内与盘体完成焊接，叶片需要预留较大尺寸的凸台，需要数控加工的方式完成材料去除，在叶身型面无余量且每一片叶片叶身型面一致性差的情况下可能导致凸台去除后出现不可控接刀痕；第二，叶片焊接后的状态差异极大，焊接后叶片的扭转最大0.04度，轮廓度偏差最大达到0.28mm，为加工找正提出了新的难题；第三，0.03mm接刀痕控制要求为数控加工的精度提出了更高的要求。
4.国内学者在零件加工残留控制及接刀痕修复技术上开展多项技术研究，在飞机结构件、汽车零部件上已经初步应用，但是航空发动机大型风扇整体叶盘焊接件曲面复杂、开敞性差、材料难加工，针对焊接类的整体叶盘残留区域光顺加工的接刀痕控制是行业空白。到目前为止，尚没有公开的基于变余量补偿的叶片残留区域光顺加工方法。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种基于变余量补偿的焊接类叶盘夹持残留区域光顺加工方法，以解决焊接类零件的接刀痕迹控制问题。
6.本发明的基于变余量补偿的焊接类叶盘夹持残留区域光顺加工方法，包括：
7.步骤1：读取整体叶盘焊后状态的cad模型；
8.步骤2：提取叶片焊接夹持凸台顶面在叶尖方向上的高度；
9.步骤3：将叶片焊接夹持凸台的顶面向叶尖方向偏置凸台厚度的50％，作为光顺加工的进刀平面；
10.步骤4：提取进刀平面与叶片相交的理论截面线；
11.步骤5：编制测量程序，完成实际零件对应位置的截面线测量，并获得实测截面线数据；
12.步骤6：基于实测截面线数据，对理论截面线进行变余量补偿；
13.步骤7：基于变余量补偿进行叶身型面控制，重构cad模型；
14.步骤8：编制基于重构cad模型的残留区域加工程序；
15.步骤9：进行仿真验证残留区域加工程序，如果机床、刀具、基准设定与实际加工一
致，则输出程序完成加工；否则返回步骤8调整残留区域加工程序。
16.在本发明的基于变余量补偿的焊接类叶盘夹持残留区域光顺加工方法中，所述步骤2中叶片焊接夹持凸台顶面在叶尖方向上的高度为：凸台顶面与叶片轴线的交点到叶盘回转轴的距离。
17.在本发明的基于变余量补偿的焊接类叶盘夹持残留区域光顺加工方法中，所述步骤6具体为：
18.步骤6.1：在实测截面线上选择多个理论截面线数据与实测截面线数据偏差大的点作为特征点；
19.步骤6.2：特征点从实测截面线的两端部和中部分别选取，特征点数量为10-20个；
20.步骤6.3：计算特征点与对应的理论截面数据在法向方向的距离；
21.步骤6.4：将法向距离带入到理论截面线中，对每个点完成不同数值的补偿。
22.在本发明的基于变余量补偿的焊接类叶盘夹持残留区域光顺加工方法中，所述步骤7中叶身型面控制具体为：
23.根据补偿后的理论截面线调整叶身型面，使cad模型中叶片的形状与补偿后的理论截面线匹配，获得重构cad模型。
24.在本发明的基于变余量补偿的焊接类叶盘夹持残留区域光顺加工方法中，所述步骤8具体为：从进刀平面开始，基于重构的cad模型编制残留区域加工程序；
25.在本发明的基于变余量补偿的焊接类叶盘夹持残留区域光顺加工方法中，所述步骤9中通过vericut软件进行仿真。
26.本发明首次提出基于变余量补偿的叶片残留区域光顺加工方法，成功将相关技术应用于公司某大型风扇钛合金线性摩擦焊整体叶盘的叶片夹持凸台光顺加工中，相关技术为国内首创，填补了线性摩擦焊整体叶盘自适应加工技术空白。该方法的实现，不仅解决焊接类零件的接刀痕迹控制问题，同时可以应用于机匣、盘轴等多类航空发动机零件的数控加工及修复，具有较强的通用型和实用性，在为企业提升核心创新能力和研发效率的同时创造巨大的经济效益。
27.采用本发明的基于变余量补偿的叶片残留区域光顺加工方法，成功加工某型号大型风扇线性摩擦焊整体叶盘的叶片凸台区域，接刀痕迹可以控制在0.03mm以内，显著提升焊接类零件制造工艺水平及航空类零部件的加工修复能力。应用该技术加工线性摩擦焊整体叶盘零件，所有叶片焊接夹持残留区域的接刀痕控制均满足精度要求。
附图说明
28.图1是本发明的基于变余量补偿的焊接类叶盘夹持残留区域光顺加工方法的流程图；
29.图2为本发明的进刀平面与叶片相交的截面线提取示意图。
具体实施方式
30.本发明采用基于变余量补偿的焊接类叶盘夹持残留区域光顺加工方法，成功将某线性摩擦焊整体叶盘焊接叶片夹持残留区域加工接刀痕迹控制在0.03mm以内。该叶盘20片叶片的夹持残留区域均采用光顺加工方法，结果一致。
31.下面以某风扇整体叶盘叶片夹持残留区域去除接刀痕迹控制为例，结合附图和实施过程对本发明作进一步说明。
32.如图1所示，本发明的基于变余量补偿的焊接类叶盘夹持残留区域光顺加工方法，包括：
33.步骤1：读取整体叶盘焊后状态的cad模型；
34.本实施例中，该叶盘由盘体和20个叶片焊接而成。其中，叶片长约290mm、叶身型面无余量、叶片根部有180mm
×
55mm
×
35mm的凸台，通过夹持叶根凸台实现与盘体的高速线性相对运动。此外，两叶片间最小间隙约为36mm，从叶根到叶尖各截面位置度为0.3mm，精度要求高。本实施例中读取叶盘焊接后的cad模型为带有叶片凸台的整个叶盘的装配体，能够体现焊接夹持特征。
35.步骤2：提取叶片焊接夹持凸台顶面在叶尖方向上的高度；
36.叶片焊接夹持凸台顶面在叶尖方向上的高度为：凸台顶面与叶片轴线的交点到叶盘回转轴的距离。本实施例中，凸台顶面高度为240mm。
37.步骤3：将叶片焊接夹持凸台的顶面向叶尖方向偏置凸台厚度的50％，作为光顺加工的进刀平面；
38.本实施例中进刀平面的高度为：
39.h＝240mm+35mm
×
50％＝257.5mm
40.步骤4：提取进刀平面与叶片相交的理论截面线，作为测量、评价、变余量调整用的截面线，如图2所示，crossline为理论截面线，plane为进刀平面顶面的构造面。
41.步骤5：编制测量程序，完成实际零件对应位置的截面线测量，并获得实测截面线数据；
42.步骤6：基于实测截面线数据，对理论截面线进行变余量补偿，具体为：
43.步骤6.1：在实测截面线上选择多个理论截面线数据与实测截面线数据偏差大的点作为特征点；
44.步骤6.2：特征点从实测截面线的两端部和中部分别选取，特征点数量为10-20个；
45.步骤6.3：计算特征点与对应的理论截面数据在法向方向的距离；步骤6.4：将法向距离带入到理论截面线中，对每个点完成不同数值的补偿。
46.步骤7：基于变余量补偿进行叶身型面控制，重构cad模型；
47.叶身型面控制具体为：根据补偿后的理论截面线调整叶身型面，使cad模型中叶片的形状与补偿后的理论截面线匹配，获得重构cad模型。
48.步骤8：编制基于重构cad模型的残留区域加工程序；
49.具体为：从进刀平面开始，基于重构的cad模型编制残留区域加工程序，用于加工残留区域。
50.本实施例中，粗铣采用d16r8的刀具，留0.5mm余量，切削量按照1.5mm分3次去除，转速3000，进给1000，切深0.3/0.6mm(200层刀路去除)，一把刀完成一片叶片的粗加工。半精加工与精加工采取混合铣的方式，应用d12r6刀具，按照半精加工0.3mm，精加工0.2mm，转速4500，进给1500的参数完成加工。
51.步骤9：进行仿真验证残留区域加工程序，如果机床、刀具、基准设定与实际加工一致，则输出程序完成加工；否则返回步骤8调整残留区域加工程序。
52.具体实施时，通过vericut软件进行仿真。在vericut软件中的机床、刀具、基准设定与实际加工一致后，在软件环境下模拟走刀路径，观察切削状态，避免过切、欠切、刀具调用错误的加工问题，
53.本发明成功将相关技术应用于公司某大型风扇钛合金线性摩擦焊整体叶盘的叶片凸台光顺加工中，相关技术为国内首创，填补了线性摩擦焊整体叶盘自适应加工技术空白。该方法的实现，不仅解决焊接类零件的接刀痕迹控制问题，同时可以应用于机匣、盘轴等多类航空发动机零件的数控加工及修复，具有较强的通用型和实用性，在为企业提升核心创新能力和研发效率的同时创造巨大的经济效益。
54.以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明的思想，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。