一种复杂曲面高效加工方法与流程

本发明设计航空发动机制造领域，具体说是一种复杂曲面高效加工方法。

背景技术：

复杂曲面加工难度大、加工耗时长，严重制约零件整体的加工效率。传统加工方法多以试切加工参数为主，通过加工参数的阶段性优选，以期实现加工效率和质量的最佳权衡，但效果不甚理想，加工中常伴随着加工颤振、型面扭转等现象的发生，影响零件的加工质量，且加工过程中的粗精阶段缺少明显划分界限，加工刀具多数时间存在相同的情况，各阶段仅在加工参数上稍有区别，刀具磨损较为严重，整体加工效率因零件加工状态和刀具磨损情况的制约难以实现有效提升。

技术实现要素：

本发明目的是针对复杂曲面加工效率低，零件表面质量差，刀具磨损严重的现状，提出一种均衡切削载荷的高效复杂曲面加工方法，在不增加机床、零件负载的基础上，提高整体进给速度，匀化切削状态，降低刀具磨损，消除因切削力突变引起的零件颤振，显著提升曲面的加工效率和加工质量。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案；

一种复杂曲面高效加工方法，具体实施步骤如下：

步骤1、原始工况分析；分析加工所用刀具相关参数、切削用量参数以及加工后表面质量参数，并对加工过程中切削力、切削载荷进行仿真分析，根据分析结果梳理出原始加工方案的各项加工状态指标，作为改进后的参考标准；

步骤2、多因子/多因素分析。调整对加工过程影响较大的刀具几何参数和切削参数，其中刀具几何参数包括刀具齿数、刀具半径、刀尖圆弧Rc、螺旋角；切削参数包括切削深度、切削速度和进给量，对复杂曲面加工过程进行仿真分析，得出改进后的各因子/因素状态；

步骤3、均衡切削载荷策略分析。以原有加工状态载荷分布为依据，规划合理的载荷分布区间，对加工过程进行仿真，实时调整各因子/因素的数值，均衡加工程序中的切削载荷分布，减少加工突变对加工质量的影响。

步骤4、确定对加工过程影响加大的主要影响因子/因素。采用正交试验分析法，确定对加工过程中切削力和切削热影响较大的关键因子/因素。

步骤5、关键因子/因素分析。通过变更关键因子/因素，对切削加工过程进行仿真，得出关键因子/因素对切削加工过程中切削力和切削温度的影响趋势，确定合理的参数区间，作为各因子/因素调整的参考标准；

步骤6、切削载荷状态分析。根据关键因子/因素参数区间，调整刀具主要参数和切削加工参数，得出各因子/因素优化后的切削载荷分布情况；

步骤7、恒负载下效率提升。通过前期分析优化，根据实际加工需求，确定合理的负载区间，以该负载区间为约束，以提升加工效率为目标，调整加工参数，实现恒负载下的效率提升；

本发明优点是：

本方法通过均衡切削载荷，使整个加工过程趋于平稳，可显著提升单工序复杂曲面加工效率，消除因切削力变动所带来的加工颤振，提高表面光洁度，降低刀具损耗。

附图说明

图1是本发明的流程图。

图2是叶身型面示意图。

图3是关键因子/因素影响趋势图。

图4是切削载荷分布图。

具体实施方式

以航空发动机某静子叶片为例结合说明书附图1-4对本发明进一步详细说明。

一种复杂曲面高效加工方法，其特征在于：

加工方法动作过程：

1)收集改进前的刀具参数(齿数、直径、螺旋角、前角、后角、RC)、加工参数(切深、进给、转速)、零件信息(材料)；

2)建立零件仿真模型，模拟改进前的实际加工状态；

3)仿真得出加工状态的切削力、切削温度及主轴负载；

4)变更仿真模型的刀具信息，调整刀具的几何参数；

5)重新仿真新的仿真模型，得到调整后的切削力、切削温度及主轴负载；

6)对比分析调整前后的各项指标；

7)以切削载荷不变为准则，调整切削加工参数，保证刀具调整后的加工指标与原状态相同，得到调整后的切削参数值；

8)仿真改进后的加工模型，以均衡切削载荷为目标，优化刀位轨迹；

9)试切加工。

一种复杂曲面高效加工方法，包括如下步骤；

步骤1、原始工况分析；

叶片叶身型面是典型的复杂曲面(如图1所示)，现场调研该型叶片叶身型面加工参数，具体数值如表1所示：

表1某叶片原始加工状态调研表；

步骤2、多因子/多因素分析

通过现场跟产及实际加工经验统计，对加工过程影响较大的因子/因素主要有刀具几何参数，几何参数包括刀具齿数、刀具半径、刀尖圆弧Rc、螺旋角和切削参数，切削参数包括切削深度、切削速度和进给量，调整各参数值，进行仿真分析，结果如表2所示；

表2

步骤3、均衡切削载荷策略分析；根据步骤2的仿真结果，设定切削载荷分布区间，对加工过程进行仿真，实时调整各因子/因素的数值，实现加工过程中载荷均衡分布；

步骤4、确定对加工过程影响加大的主要影响因子/因素；采用正交试验法确定对切削加工过程影响较大的因子/因素(如表3、表4所示)，通过正交试验分析，确定对切削加工过程影响较大的刀具几何参数有刀具齿数和刀尖圆弧Rc，对切削加工过程影响较大的加工参数有切削深度和进给量，表3刀具几何参数正交试验表，表4加工参数正交试验表；

表3

表4

步骤5、关键因子/因素分析；通过变更关键因子/因素，对切削加工过程进行仿真，得出关键因子/因素对切削加工过程中切削力和切削温度的影响趋势，如图2所示；

步骤6、切削载荷状态分析。根据关键因子/因素参数区间，调整刀具主要参数和切削加工参数(如表5所示)，得出各因子/因素优化后的切削载荷分布情况；

表5

步骤7、恒负载下效率提升；通过优化分析和现场实际加工，采用优化后的参数进行加工，刀具成本有原来的80元/件下降为16元/件，按每年加工10000件估算，可节约刀具费用(80-16)x10000＝64万元。单片叶片加工工时由原来的43分钟变为30分钟，单工序提效30％。