一种薄壁悬臂叶片数控加工非均匀余量刚度补偿方法

《一种薄壁悬臂叶片数控加工非均匀余量刚度补偿方法》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、航空学报ActaAerOnauticaetASlrOnauticaSinicaMar．252013V01．34No．3686．693ISSN1000．6893CN11-1929／Vhttp：dhkxb．buaa．edu．cnhkxb@buaa．edu．ca一种薄壁悬臂叶片数控加工非均匀余量刚度补偿方法单晨伟*，赵颖，刘维伟，张定华西北工业大学现代设计与集成制造技术教育部重点实验室，西安710072摘要：在数控加工过程中，因受到切削力的影响，薄壁悬臂叶片容易出现弯曲、扭转变形等问题而导致被加工曲面误差较大。针对该问题，提出了一种非均匀余量刚度补偿方法，

2、将非均匀余量偏置面作为粗加工／半精加工零件面以提高叶片精加工时的抗弯刚度。首先，分析了集中力载荷下截面厚度对薄壁工件变形的影响；然后，对叶片径向和截面线方向分别采用线性变化和正弦函数变化两种方法进行叶片曲面非均匀余量刚度补偿设计；最后，基于叶片原始截面线，采用放样法构造出叶片曲面的非均匀余量偏置面。试验结果表明，采用非均匀余量刚度补偿方法可以提高被加工叶片精加工时的刚度，加工出的叶片满足了设计误差要求。关键词：叶片；非均匀偏置面；刚度补偿；计算机辅助设计；曲面中图分类号：V232．4；TP391文献标识码：A文章编号：10006893(2013)03

3、—0686—08叶片是一种典型的复杂曲面零件，在航空、水电、船舶行业有广泛的用途。在航空发动机中，风扇和压气机叶片起着能量转换的关键作用，是“发动机的心脏”。航空发动机叶片几何精度要求高，其加工质量直接关系到航空武器装备的作战能力和发动机的工作效率。数控加工是航空发动机叶片制造的一种常见方法，但是在航空发动机叶片的数控加工中，因为受到切削力和残余应力的影响，加工后的叶片往往出现弯曲和扭转变形。尤其是叶片类似于一个悬臂梁结构的开式整体叶盘，在加工过程中往往出现变形问题。按照叶片理论模型生成的数控加工程序经常无法加工出合格零件。针对工件加工变形和误差控制

4、问题，很多学者进行了大量研究。针对薄壁结构框体腹板铣削加工问题，通过力学分析、有限元分析方法，总结出了薄壁腹板加工变形的基本规律，采用平底刀大切深法及分步环切控制腹板铣削加工变形。武凯等提出一种综合考虑夹具、加工顺序、刀具轨迹和切削参数影响的基于有限元的薄壁件高速铣弹塑性变形预测和控制方法，并在薄壁件加工中进行了验证Llj。白万金等心1采用有限元方法对周铣加工航空薄壁工件的对称铣方法进行了分析，认为对称铣和阶梯对称铣可减小让刀变形。张臣等[33建立了球头刀铣削磨损模型，针对数控铣削加工中球头铣刀刀具磨损引起的误差，提出离线仿真误差补偿算法，对于超过误

5、差的走刀步，预先修改数控加工程序，保证实际加工零件满足精度要求。Wan等¨3采用力学方法建立薄壁件周铣的切削力模型，预测了刀具和工件变形，并采用线性规划方法找到合适的加工参数补偿加工误差，提高了薄壁件加工质量。Rai和Xirouchakis：s]针收稿日期：2012一08一01；退修日期：2012—08—28；录用日期：2012—09—17；网络出版时间：2012．09．2110：49网络出版地址：WWWcnki．net／kcms／detail／111929．V201209211049002html基金项目：国家自然科学基金(51105312)*通讯

6、作者．Tel．：029-88493232—230E-mail：shancw@nwpuedu．cn；

7、角格式lShanCW。ZhaoY·Lluww．eta1．Anonuniformoffsetsurfacerigiditycompensationstrategyinnumericalcontrolledmachiningofthin—walledcantileverbladesActaAeronauticaetAstronauticaSinica，2013．34(3)；686-693．单晨伟．趑颚。铷维伟．等。一静薄壁悬臂畸片数控如I菲均匀余量鼬变静偿

8、方法．航空学报．2013．34(3)：886．693单晨伟等：一种薄壁悬臂叶片数控加工非均匀余量刚度补偿方法对薄壁框体类零件采用有限元方法进行了误差预测研究。Bera等口1采用其提出的切削力模型预测了薄壁管状零件的刀具和工件变形误差，通过离线刀具轨迹镜像补偿方法进行误差补偿，提高了薄壁管状零件的加工质量。Habibi等”3采用力学模型进行刀具变形和工件几何误差的预测，通过几何误差补偿、刀具变形补偿和二次几何误差补偿的三次补偿方法进行G代码修正。周孝伦等∞1研究了基于遗传算法的夹具布局和夹紧力同步优化，用特殊的双轴机床进行薄壁零件加工。Liu等凹1通过

9、优化定位夹具的数量和位置来控制弱刚性薄壁件周铣加工变形。Sdnchez等u叫对一种超静定夹具系统在柔性工件加