航空发动机精锻叶片自适应数控加工技术.pdf

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1、笔论坛嘲uM航空发动机精锻叶片自适应数控加工技术水AdaptiVeTechJliquesinCNCMachining0fAeroenginePrecisionForgingBlades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任军学冯亚洲米翔畅许迎颖任军学教授。博士生导师。长期从事整体薄壁构件高效精密加工工艺技术与复杂结构零件多坐标数控加工编程技术研究。主持和参与了多项国家重大科研及国防预研项目。发表学术论文80多篇，其中被SCI、EI等收录30多篇。为进一步推动国内航空航天等领域的重大装备实现减重、增效和改

2、善性能的目标，大量复合制造工艺背景下的新型叶片被应用到现役或在研的航空发动机风扇和压气机中。随着大飞机的研制对航空发动机涵。国家科技重大项目(2013zX04011031)资助。52航空制造技术·2015年第22期航空发动机精锻叶片自适应数控加工技术集成了数字化检测、工件定位和模型重构等数字化制造领域中的多项技术，是实现以精锻叶片为代表的复合制造工艺背景下叶片类零件高效精密加工的一种系统解决方案。该技术的研究与应用对于改善我国航空发动机精锻叶片制造领域现状，提升先进制造技术水平具有重要意义。DoI：10．16080巧

3、．issnl671-833x．2015．22．052道比、推重比及服役寿命要求的不断提高，新型航空发动机多采用精密锻造方法制造叶片毛坯。精锻成形是先进制造技术的一个重要组成部分，广泛地应用于航空、航天、船舶等行业中复杂零件的加工制造，能够有效地节约能源和原材料，简化生产工序，其技术效益和经济效益都十分可观。与普通模锻叶片相比，精锻叶片可节省20％．25％左右的金属，材料利用率提高50％以上【1]。采用精锻工艺制造叶片毛坯在降低叶片制造成本的同时，对精锻叶片的高效精密数控加工技术提出了更为苛刻的要求。在精锻叶片制造过程

4、中，由于存在加工工艺复杂、毛坯一致性差、装夹定位精度不高等问题，使加工后的叶片精度差、效率低、废品率较高。研究如何利用数字化检测的手段，对零件毛坯进行快速测量与定位，并进一步实现数字化检测、模型重构、数控加工一体化的自适应加工技术口1对提高航空发动机叶片类零件的制造精度、加工效率和自动化水平意义重大。自适应数控加工技术已成为制约我国航空发动机叶片类零件高效精密加工的关键技术问题。本文将分析航空发动机精锻叶片的结构特点及目前制造工艺中存在的问题，讨论自适应数控加工关键技术在航空发动机精锻叶片数控加工中的应用。航空发动机

5、精锻叶片制造中存在的问题航空发动机精锻叶片、叶身型面为复杂空间曲面，且进／排气边圆弧№晌。㈣。k。№嘲，抓。。吲洲。，。唧。。。。发动机关键部件制适童童查半径小，整个叶片部分的曲率、扭转变化较大，是典型的薄壁复杂曲面零件。精锻叶片型面质量由锻模保证，成型精度高，成型后叶身型面不需要二次加工，受限于目前的精锻工艺技术，叶片的榫头、进／排气边均无法精锻成型，需要进行数控加工。在精锻叶片制造过程中，由于存在加工工艺复杂、毛坯一致性差、装夹定位精度不高等问题，其加工后的叶片精度差、效率低、废品率较高。因此，精锻叶片叶身曲面的

6、精确定位和进／排气边的光滑过渡加工是其数控加工技术的关键问题，精锻叶片几何模型如图1所示。图1精锻叶片几何模型}型n目前，精锻叶片通常使用专用夹具和校准工具进行初步装夹，再由操作人员反复调试实现最终装夹与定位。然而，精锻叶片属于薄壁类零件，其精锻叶身型面不一致以及夹具工装等因素导致定位的精度和效率较低，甚至无法满足加工精度的要求。采用专用夹具定位叶身曲面的方法加工叶片榫头，容易出现榫头与叶身位置度超差、加工效率低、产品一致性差等问题。航空发动机叶片进／排气边加工主要采用手工抛磨、数控磨削、数控铣削等制造工艺

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8、统手工抛磨的方式是依据样板控制叶片截面形状，加工过的精锻叶片进／排气边表面精度低、易烧伤、效率低且产品质量不稳定。采用数控磨削工艺加工精锻叶片进／排气边，不能很好地解决余量分布不均匀、截面曲面形状及位置超差等问题。采用数控铣削的方式加工进／排气边，可以很好地解决上述加工工艺中存在的问题。然而精锻叶片属于薄壁类零件，精锻后因应力分布不均以及装夹变形等因素会导致叶身型面的几何参数与理论模型出现差异。依据理论模型进行数控铣削加工，会出现过渡区域无法光滑拼接的问题，影响精锻叶片加工质量。目前，采用传统叶片加工工艺方法，已难以

9、满足精锻叶片对表面完整性和精度控制的要求，制约了复合制造工艺背景下叶片类零件的高效精密加工制造水平和制造能力的提升。自适应数控加工技术的应用自适应加工可以分为工艺自适应与几何自适应。工艺自适应又可分为最佳自适应控制系统(AdaptiveControlOptimization，ACO)和约束式自适应控制系统(AdaptiveControlcons