整体叶盘自适应加工技术及其工程化探索

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1、整体叶盘自适应加工技术及其工程化探索AdptiVeMiUingTechnologyofBliskandEngineeringExploration中航工业北京航空制造工程研究所王文理北京航空制造工程研究所高级工程师，长期从事航空航天产品数控工艺技术及数字化制造技术研究。完成了多项飞机复杂结构件及发动机整体叶盘数控加工工艺技术攻关及课题研究。发表论文20余篇。获得软件著作版权4项。自适应加工技术及其在整体叶盘加工领域的应用自适应加工技术是为了满足某些特殊领域的需求而发展起来的一项新的综合集成应用技术，它在多种加工技术领域都有应用，有些是设备具有自适应功能，有些是工艺自适应

2、。其主要意图是要能够自动适应26航空制造技术·2014年第13期整体叶盘的加工在我国也是刚刚起步，由于航空发动机整体叶盘是高速旋转部件，质量要求极高，整体叶盘的高精度数控加工需要一个完整的技术体系及软硬件环境来保证。目前的工况条件或零件形状进行加工。在北京航空制造工程研究所开展的线性摩擦焊空心叶片整体叶盘的研制中，由于焊前叶片的空心部位已经加工到位，焊后叶片根部必须要采用自适应加工的方式与已加工到位的空心部分光顺接平。实心叶片或精锻叶片也可采用焊接方式成为一个整体叶盘，在焊接前将叶型大部分加工到位，焊后采用自适应加工方式。资料显示，某焊接式整体叶盘的叶片在五坐标加工中心

3、上的加工时间是100h，加工费用：100h×200美元／h=20000美元，而整体加工此叶盘需要500h，加工费用：500h×200美元／h=100000美元，焊接式叶盘的毛坯的重量140kg(毛坯费用12000美元)，整体加工叶盘的毛坯重量达750kg(毛坯费用63000美元)，显然焊接式叶盘的毛坯材料费用和加工费用仅是整体加工的几分之一，其最主要的优势在于极大地降低了整体叶盘的加工周期，突破了整体叶盘加工周期长的瓶颈，并且能够因为采用了不同的叶片材料而提高叶盘的性能。焊接叶盘加自适应加工的方式，改变了传统整体叶盘的生产方式，突破了传统叶盘加工周期长的瓶颈，而自适应加

4、工在其中是承担着保证最终尺寸精度的重要作用。罗·罗公司较早就与斯达拉格公司开展合作，采用自适应加工方式加工空心叶片整体叶盘，研发了一整套的自适应加工软件及工艺技术，由于其叶片成型及焊接技术等综合技术水平都很高，焊后精度较高，确保了自适应加工后能够满足质量要求，已经实现工程化应用，在世界上处于领先地位。RCS公司也在叶片、叶盘自适应加工方面有成熟的软件。国内西工大、香港科技大学及北京航空制造工程研究所都开展了叶盘自适应加工技术的探索研究。由于国内叶片成型、焊接相关技术及自适应加工技术都还不成熟，都处于研发阶段，对焊接叶盘生产过程缺乏一系列标准及规范，至今都还没有开发出一整

5、套的工程化的工艺和软件用于整体叶盘自适应加工的工程化应用。整体叶盘自适应加工的原理及关键技术1整体叶盘自适应加工的工作原理焊接式整体叶盘加工面临的主要问题有：(1)线性摩擦焊接后，每个叶片的位置及扭转角度都不一样；(2)空心叶片或精锻叶片，每个叶片的已加工表面的实际形状也不一样；(3)轮毂及叶片根部焊接工艺台需要加工，且加工的叶片型面要与已有型面必须光滑过渡。解决措施：(1)在线测量快速获得每个叶片的实际形状和位置；(2)根据测量数据，重新构造过渡区叶片型面数模；(3)设计专用的编程方式，为每个叶片生成唯一的个性化的NC程序，以自适应加工该叶片。这个过程就称为整体叶盘的

6、自适应加工，分别针对每个叶片的实际位置和形状，进行个性化的编程和加工。这个过程涉及到五坐标在线测量技术、测量数据读取处理技术、曲线曲面的建模技术、叶盘的五坐标加工编程技术、仿真技术、整个过程的集成技术和工程化技术。它不但要面对整体叶盘加工所要遇到的重重困难，还要对每个叶片进行测量和编程、仿真，尤其根据测量数据的建模技术，必须要精心设计方案，要有极好的策略和技巧，既要保证光顺接平，又要绝对保证刀具不能在已加工表面产生稍微的划痕及接差，还要不能偏离理论曲面及厚度要求。2整体叶盘自适应加工模型的设计整体叶盘自适应加工的方案设计的核心是设计一个自适应加工的数模，在该数模中能够进

7、行叶片过渡区的曲面重建及重新生成加工程序。该数模集中体现自适应加工的方案，该数模没有固定的模式，最好是根据所使用的CAD／CAM软件的特点、叶盘的实际情况和加工精度要求进行设计。通常要考虑如何在叶片上划分过渡区、保留区、测量截面、加工范围，如何能够方便读取测量数据并生成过渡曲面，采用何种编程方式。较可行的方案是首先要划定叶片自适应加工过渡区的范围，把叶片划分为三个区域：叶片的已加工区域、过渡区、根部保留区。主要涉及到几方面的问题：测量截面线的位置、数量、距离，根部保留区的范围，构成截面线的控制点的数量，进排气边R的测量点。这些因素需要根据