一种低压涡轮叶片的冠顶加工装置及方法与流程

本发明涉及航空发动机低压涡轮叶片加工技术领域，特别涉及一种低压涡轮叶片的冠顶加工装置及方法。

背景技术：

低压涡轮叶片的冠顶加工一直为涡轮叶片加工的难点，其主要难点为封严结构较复杂，尺寸较多、叶尖的余量较大、而成品的尺寸较薄，一般为0.3～1.0mm，因此加工过程中极易产生烧伤和裂纹。

目前，低压涡轮叶片的冠顶加工包括四道工序：如图1所示，为带有余量的低压涡轮叶片的冠顶，对带有余量的低压涡轮叶片的冠顶加工完成后如图2所示，第一道工序为磨削出冠顶中1、第二道工序为磨削出排气边封严齿2、第三道工序为磨削出进气边封严齿3、第四道工序为磨削出进气边缘板4。每道工序均对应一个砂轮和滚轮，进行工序切换时，都需要对低压涡轮叶片进行重新装夹，导致加工尺寸不稳定，尺寸精度差，且由于冠顶的封严齿的厚度较小，最小在0.7mm左右，但单边的加工余量却有4mm左右，非常容易产生烧伤和裂纹，因此在磨削的过程中进刀量非常小，每个工序所用的时间分别为50分钟、23分钟、23分钟、15分钟，因此磨削四道工序总共用时111分钟，平均完成一个低压涡轮叶片的加工需要140分钟左右，导致磨削时间长，加工效率低。

技术实现要素：

为了解决现有技术存在的加工低压涡轮叶片的冠顶的四个工序时，需要更换不同的滚轮，并且需重新对低压涡轮叶片进行装夹，使得低压涡轮叶片尺寸不稳定、加工效率低、以及由于封严齿的厚度较薄使得加工封严齿的过程中易产生烧伤和裂纹的问题，一方面，本发明提供了一种低压涡轮叶片的冠顶加工装置，所述低压涡轮叶片的冠顶加工装置包括：

数控单面缓进磨床、滚轮、大气孔超软砂轮和夹具，滚轮安装在数控单面缓进磨床的修整器滚轮轴上，砂轮安装在数控单面缓进磨床的主轴上，夹具安装在数控单面缓进磨床的工作台上；

所述滚轮的端面设有第一磨削区域，所述滚轮的侧面设有第二磨削区域，第一磨削区域的结构与低压涡轮叶片的冠顶中、排气边封严齿、进气边封严齿的结构相同，第二磨削区域的结构与所述低压涡轮叶片的进气边缘板的结构相同；

所述大气孔超软砂轮的端面形成有被所述滚轮的第一磨削区域和第二磨削区域修整成的冠顶加工轮廓；

所述夹具的冠顶定位块上设有导流槽，导流槽的槽型与所述低压涡轮叶片的冠顶的形状相同。

所述夹具还包括底板、立板、榫齿定位块、叶冠压紧件和榫头缘板压紧件；

立板通过螺栓固定在底板上且与底板垂直，所述冠顶定位块通过螺栓安装在所述立板的远离底板的一端，榫齿定位块安装在所述立板接近所述底板的一端；叶冠压紧件通过螺栓安装在所述立板的上侧，榫头缘板压紧件通过螺栓安装在所述立板的下侧。

所述数控单面缓进磨床还设有辅助喷嘴，辅助喷嘴的进液口与所述数控单面缓进磨床的冷却液箱的出液口连接，辅助喷嘴的出液口正对所述数控单面缓进磨床的大口径喷嘴的出液口。

另一方面，本发明提供了一种使用所述低压涡轮叶片的冠顶加工装置磨削低压涡轮叶片的冠顶的方法，所述方法包括：

步骤1、将所述数控单面缓进磨床的小口径喷嘴更换成大口径喷嘴；

步骤2、将所述低压涡轮叶片安装在所述夹具上，所述低压涡轮叶片的盆向锯齿冠顶定位面与所述冠顶定位块定位，使冠顶定位块上的导流槽正对所述低压涡轮叶片的冠顶的槽体；

步骤3、调整大口径喷嘴的位置，使大口径喷嘴的出液口对准所述导流槽；

步骤4、设定粗磨参数和精磨参数，粗磨时，所述大气孔超软砂轮的磨削线速度设定为15～18m/s，所述低压涡轮叶片的进给速度设定为30～45mm/min，粗磨为精磨预留的加工余量设定为0.2～0.3mm；精磨时，所述大气孔超软砂轮的磨削线速度设定为15～18m/s，所述低压涡轮叶片的进给速度设定为50～70mm/min；

步骤5、启动所述数控单面缓进磨床，所述大口径喷嘴向所述导流槽喷射冷却液，所述滚轮磨削所述大气孔超软砂轮，所述大气孔超软砂轮从所述低压涡轮叶片接近导流槽的一端向另一端进行磨削。

通过本发明中的低压涡轮叶片的冠顶加工装置，可以只通过一道加工工序加工出低压涡轮叶片冠顶的全部加工面，仅仅使用一个滚轮即可，因此加工过程中，无需每加工一个工序，便需重新进行装夹零件，更换新的滚轮，节省了滚轮的数量，节约了成本，提高了加工效率，解决了由于反复装夹而导致的尺寸精度差的问题，增大数控单面缓进磨床的喷嘴的出口面积，增大了喷出的冷却液的流量，且通过在夹具的冠顶定位块上设置导流槽，冷却液通过导流槽喷至低压导向叶片的冠顶，使冷却液更加集中的喷至冠顶，对冠顶起到有效的冷却作用，防止烧伤现象的发生，并通过合理设置大气孔超软砂轮的线速度以及低压涡轮叶片的进给速度，在保证加工质量的前提下保证加工效率。

附图说明

图1是本发明提供的带有余量的低压涡轮叶片的冠顶的结构示意图；

图2是本发明提供的加工完的低压涡轮叶片的冠顶的结构示意图；

图3是本发明提供的滚轮的侧面的结构示意图；

图4是本发明提供的滚轮磨削大气孔超软砂轮的示意图；

图5是本发明提供的大气孔超软砂轮的结构示意图；

图6是本发明提供的大气孔超软砂轮磨削低压涡轮叶片的冠顶的示意图；

图7是本发明提供的夹具的主视图；

图8是本发明提供的夹具的侧视图。

其中，

1冠顶中；2排气边封严齿；3进气边封严齿；4进气边缘板；5滚轮；6第一磨削区域；7第二磨削区域；8大气孔超软砂轮；9夹具；10冠顶定位块；11导流槽；12低压涡轮叶片；13底板；14立板；15榫齿定位块；16叶冠压紧件；17榫头缘板压紧件；18低压涡轮叶片的冠顶。

具体实施方式

为了解决现有技术存在的加工低压涡轮叶片的冠顶的四个工序时，需要更换不同的滚轮和砂轮，以及重新对低压涡轮叶片进行装夹，使得低压涡轮叶片尺寸不稳定、加工效率低、以及由于封严齿的厚度较薄使得加工封严齿的过程中易产生烧伤和裂纹的问题，本发明提供了一种低压涡轮叶片的冠顶加工装置及方法，其中，低压涡轮叶片的冠顶加工装置包括：

数控单面缓进磨床、滚轮5、大气孔超软砂轮8和夹具9，数控单面缓进给磨床为现有磨床，例如可以选择型号为HZ-MKL-7140×10的数控单面缓进给磨床；

滚轮5安装在数控单面缓进磨床的修整器滚轮轴上，大气孔超软砂轮8安装在数控单面缓进磨床的主轴上，夹具9安装在数控单面缓进磨床的工作台上；

如图3所示为滚轮5的局部结构示意图，滚轮5的端面设有第一磨削区域6，滚轮5的侧面设有第二磨削区域7，如图4和图5所示，大气孔超软砂轮8的端面形成有被滚轮5的第一磨削区域6和第二磨削区域7修整成的冠顶加工轮廓，该轮廓与低压涡轮叶片的冠顶的轮廓相同，用于加工低压涡轮叶片的冠顶；

滚轮5在将大气孔超软砂轮8修整后，如图6所示，使用大气孔超软砂轮8磨削带有余量的低压涡轮叶片，其中，由于滚轮5的第一磨削区域6的结构与低压涡轮叶片的冠顶18的冠顶中1、排气边封严齿2、进气边封严齿3的结构相同，第二磨削区域7的结构与低压涡轮叶片的进气边缘板4的结构相同，因此大气孔超软砂轮8在对带有余量的冠顶进行磨削的过程中，如图6和图2所示，可以同时形成冠顶18的冠顶中1、排气边封严齿2、进气边封严齿3和进气边缘板4的结构；

如图7和图8所示，夹具9的冠顶定位块10上设有导流槽11，导流槽11的槽型与低压涡轮叶片12的冠顶18的形状相同，夹具9还包括底板13、立板14、榫齿定位块15、叶冠压紧件16和榫头缘板压紧件17；立板14通过螺栓固定在底板13上且与底板13垂直，冠顶定位块10通过螺栓安装在立板14的远离底板13的一端，榫齿定位块15安装在立板14接近底板13的一端；叶冠压紧件16通过螺栓安装在立板14的上侧，榫头缘板压紧件17通过螺栓安装在立板14的下侧。

低压涡轮叶片12安装在夹具9上时，通过冠顶定位块10和榫齿定位块15对低压涡轮叶片12进行定位，然后通过叶冠压紧件16和榫头缘板压紧件17压紧低压涡轮叶片12，在安装的过程中，使低压涡轮叶片12的盆向锯齿冠顶定位面定位在冠顶定位块10的定位面上，并使冠顶定位块10上的导流槽11正对低压涡轮叶片12的冠顶18的槽体，如此数控单面缓进磨床的喷嘴喷出的冷却液可以喷射在导流槽11上，进而通过导流槽11喷向低压涡轮叶片12的冠顶18，并沿着低压涡轮叶片12的冠顶18的槽体流动，对低压涡轮叶片12的冠顶18起到很好的冷却作用。

在本发明中，为了更好地对加工的低压涡轮叶片12的冠顶18起到冷却效果，可以将原有的数控单面缓进磨床的小口径喷嘴更换为大口径喷嘴，大口径喷嘴的进液口的安装位置与单面缓进磨床的原有的小口径喷嘴的进液口的安装位置相同，即均与单面缓进磨床的冷却液箱的出液口连接，调整大口径喷嘴的出液口的位置，使大口径喷嘴的出液口对准导流槽11，并调整水压和出水量，增强了冷却效果，防止加工过程中产生烧伤的现象。

由于封严齿的厚度较小，在本发明中，为了更好地保证加工质量，对低压涡轮叶片12的封严齿进一步进行冷却，可以在数控单面缓进磨床上安装辅助喷嘴，辅助喷嘴的进液口与数控单面缓进磨床的冷却液箱的出液口连接，调整辅助喷嘴的出液口，使辅助喷嘴的出液口正对数控单面缓进磨床的大口径喷嘴的出液口，即辅助喷嘴的出液口与大口径喷嘴的出液口相对，如此，大气孔超软砂轮8从低压涡轮叶片12接近导流槽11的一端向另一端进行磨削时，大口径喷嘴对大气孔超软砂轮8的进刀口处喷射冷却液，辅助喷嘴对大气孔超软砂轮8的出刀口处喷射冷却液，即在两个方向上共同喷射冷却液给从低压涡轮叶片12的冠顶18，对冠顶18的封严齿起到更好的冷却作用。

使用本发明中的低压涡轮叶片的冠顶加工装置加工低压涡轮叶片12的冠顶18的方法如下：

步骤1、将数控单面缓进磨床的小口径喷嘴更换成大口径喷嘴；

步骤2、将低压涡轮叶片12安装在夹具9上，低压涡轮叶片12的盆向锯齿冠顶定位面与冠顶定位块10定位，使冠顶定位块10的导流槽11正对低压涡轮叶片12的冠顶18的槽体；

步骤3、调整大口径喷嘴的位置，使大口径喷嘴的出液口对准导流槽11；如此，通过大口径喷嘴喷出的冷却液顺着导流槽11喷射至低压涡轮叶片12的冠顶18，防止了水流分散造成的冷却效果差而使低压涡轮叶片12产生烧伤的现象发生。

为了进一步提高冷却效果，可以在将数控单面缓进磨床的原有的小口径喷嘴更换成大口径喷嘴时，也同时为数控单面缓进磨床安装辅助喷嘴，使辅助喷嘴的出液口正对数控单面缓进磨床的大口径喷嘴的出液口，如此在大气孔超软砂轮8磨削冠顶18时，大气孔超软砂轮8从低压涡轮叶片接近导流槽11的一端向另一端进行磨削时，大口径喷嘴对大气孔超软砂轮8的进刀口处喷射冷却液，辅助喷嘴对大气孔超软砂轮8的出刀口处喷射冷却液，即在两个方向上共同喷射冷却液给冠顶18，起到更好的冷却作用。

步骤4、设定粗磨参数和精磨参数，粗磨时，大气孔超软砂轮8的磨削线速度设定为15～18m/s，低压涡轮叶片12的进给速度设定为30～45mm/min，粗磨为精磨预留的加工余量设定为0.2～0.3mm；精磨时，大气孔超软砂轮8的磨削线速度设定为15～18m/s，低压涡轮叶片12的进给速度设定为50～70mm/min；

若大气孔超软砂轮8的磨削线速度较大，则磨削过程中产生的热量越多，越容易出现烧伤现象，若大气孔超软砂轮8的磨削线速度较低，则会影响加工效率，将粗磨和精磨参数设计在本发明的范围内时，产生的热量较低且使用本发明中的冷却方法可以很好的起到降温作用，即更换了大口径喷嘴喷射冷却液，且在冠顶定位块10上设置导流槽11，使冷却液可以汇集在导流槽11内通过导流槽11喷射至低压涡轮叶片12的冠顶18，一方面增加了喷出的冷却液的流量，另一方面防止了冷却液的水流分散，起到很好的冷却作用，能够防止磨削过程中发生烧伤现象。

步骤5、启动数控单面缓进磨床，大口径喷嘴向导流槽喷射冷却液，滚轮5磨削大气孔超软砂轮8，大气孔超软砂轮8从低压涡轮叶片12接近导流槽的一端向另一端进行磨削。

在本发明中设定的粗磨和精磨参数范围内对低压涡轮叶片12进行磨削，在保证了加工质量且不会产生烧伤的前提下加工出的低压涡轮叶片12的冠顶18的粗糙度也较低。

在本发明中，大气孔超软砂轮8的牌号可以选择WA/PA/F80/100F12V-35m/s CF2，规格可以为500mm×203mm×50mm，500mm为砂轮外径，203mm为砂轮内径，50mm为砂轮厚度。

大气孔超软砂轮8从低压涡轮叶片12接近导流槽11的一端磨削至另一端后，会同时在冠顶上磨削出冠顶中1、排气边封严齿2、进气边封严齿3和进气边缘板4。

通过本发明中的低压涡轮叶片12的冠顶加工装置，可以只通过一道加工工序加工出低压涡轮叶片12冠顶的全部加工面，仅仅使用一个滚轮5即可，因此加工过程中，无需每加工一个工序，便需重新进行装夹零件，更换新的滚轮5，节省了滚轮5的数量，节约了成本，提高了加工效率，解决了由于反复装夹而导致的尺寸精度差的问题，增大数控单面缓进磨床的喷嘴的出口面积，增大了喷出的冷却液的流量，且通过在夹具9的冠顶定位块10上设置导流槽11，冷却液通过导流槽11喷至低压导向叶片的冠顶，使冷却液更加集中的喷至冠顶，对冠顶起到有效的冷却作用，防止烧伤现象的发生，并通过合理设置大气孔超软砂轮8的线速度以及低压涡轮叶片12的进给速度，在保证加工质量的前提下保证加工效率。