整体叶盘柔性磨头自适应抛光实现方法

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaMay252011V01．32No．5934—940ISSN1000．6893CN11．1929／Vhttp：#hkxb．buaa．edu．CRhkxb@buaa．edu．cn文章编号：1000—6893(2011)05—0934—07整体叶盘柔性磨头自适应抛光实现方法段继豪，史耀耀*，李小彪，张军锋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，陕西西安710072摘要：基于整体叶盘使用性能和寿命影响因素分析，以整体叶盘结构与材料特性为依据。结合整体叶盘人工抛光工艺方法，提

2、出了适合整体叶盘表面抛光的自适应柔性磨头实现方案。对实现柔性磨头工作原理和自适应区域进行了分析计算，并对其控制技术进行了研究，对柔性抛光方法可行性进行验证，最终实现r整体叶盘自适应柔性抛光。初步抛光实验表明，较之人工抛光方法，柔性磨头自动抛光效率提高50％以上，显著缩短了整体叶盘生产周期，抛光后表面粗糙度达到R。0．4以内，满足表面一致性、稳定性、型面质量等要求，并且可以减小劳动强度，降低生产成本。关键词：整体叶盘；抛光；自适应；柔性磨头；航空发动机中图分类号：V232．3；V261．5文献标识码：A整体叶盘是为了满足高性能航空发动机而设计的新型结构件，由

3、于其结构重量低、气动效率高，作为航空发动机的关键部件，在各国军用和民用航空发动机上已经得到了广泛的应用。目前，国内在整体叶盘高效精密数控加工技术方面已取得突破，采用多轴联动铣削工艺已满足整体叶盘的加工要求[1]。但是，由于铣削加工之后的整体叶盘为空间自由曲面，叶片表面形成波峰波谷，无法满足其使用要求，所以整体叶盘在铣削加工后都会留有一定的余量进行抛光加工，以满足其表面质量要求，达到最佳的使用性能。在国外，整体叶盘抛光技术已相对成熟。如日本研究人员已成功地将机器人技术应用于整体叶盘抛光，研制了抛光工业机器人并投入应用，提出了自由曲面抛光新型工艺，在抛光试验中

4、达到较高的表面质量，减小了抛光过程中由数控误差导致的抛光轨迹误差[2]。在国内，研究人员对整体叶盘抛光技术也做了诸多研究。如大连理工大学等单位提出磨粒流抛光技术，并对叶轮进行了抛光试验，结果表明，磨粒流抛光可以满足叶轮表面粗糙度要求，但是容易对叶轮型面边缘造成损伤，甚至导致工件报废[3]。因此，国内在整体叶盘抛光工艺方面目前普遍采用人工抛光打磨方法，人工抛光不仅劳动强度大、效率低，而且抛光表面易烧伤，型面精度和表面完整性难以保证，导致叶盘可靠性降低，同时受到工人技术等级和熟练程度的影响，加工质量不稳定，严重影响着航空发动机的使用性能、安全可靠性以及生产周期

5、H]。本文通过对整体叶盘抛光工艺分析，提出柔性磨头对整体叶盘自适应抛光方法，并对其工作原理进行了分析计算，初步抛光试验结果表明，该自动抛光方法解决了整体叶盘生产周期长、表面一致性差、质量不稳定等问题。收稿日期：2010-09-01；退修日期：2010．10-08；录用日期：2010—11-22；网络出版时闻：20”-02—1213：57：33网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．1929．V．20110212．1357．003．htmlD硎：CNKI：11-1929／V．20110212．1357．003基金项目：国家科技攻

6、关计划"X-通讯作者．Tel．：029-88492851E-mail；shiyy@nwpu．edu．Crl芎l用格式

7、段继蠢．史耀耀．事小麓．等．整体叶盘柔性窘头告适应抛光实现方法￡∞．航空学摄．201I．32(5)；934-940÷DuanJihao．ShiYaoyao。LiXiaob，ao．eta1．Adaptivepolishingforbliskbyflexiblegrindinghead￡如．ActaAeronauticaetAstronauticaSin／-ca．2011，32(5)}934—940．＆继t≮：*#"＆t¨镕*自Ⅲ＆*№∞m^*

8、1整体叶盘结构、材料特性及抛光工艺I．1整体叶盘结构特性整体sl盘、离心叶轮、汽轮机静i1r环等都届r整体叶盘结构．如瞎j1所示。整体i1I盘叫片为卒间自由曲面，由于其n身结构的复杂性．给抛光加T带来了很大的嗣难。尉1某Ⅻ犍体ul盘■l离心sl轮FiglBllsksndz曲tr““gallaufrad首先．其叶片Il常薄，扭曲虚大、叶展长．在抛光过程巾由于抛光力的作用，丁件和磨头可能产生双重变形，从而导致叶型表面抛光不到位．产生“欠抛光”现象。凼此．采用传统的刚性抛光I：艺针对整体叶盘叶片这种高A由曲面进行抛光时．容易引起叶片严重变形．改变埘片型面特征．从

9、ln】也影响其表面内部组织结构分柿，使叶片疲劳破坏加剧，降低其使用