基于UG数控铣加工质量控制要点

杨传勇+++刘磊+++王天宇

摘 要：航空发动机是飞机的核心，其设计难度大、材料要求高、制造精度极高从而为航空发动机的机械加工制造带来了较大的难度。航空发动机叶片是航空发动机中的关键性零部件，其加工制造的成本及加工制造的难度约占整个航空发动机加工制造量的1/3左右。做好航空发动机叶片的机械加工对于确保航空发动机的加工制造质量有着极为重要的意义。航空发动机叶片属于典型的薄壁零部件，在机械加工的过程中由于受到力的作用从而使得航空发动机叶片在机械加工的过程中极易变形从而影响航空发动机叶片的加工制造质量。因此，提高航空发动机叶片的机械加工精度关键是要控制好航空发动机叶片机械加工过程中的变形量，通过在航空发动机叶片机械加工中编制合理的加工工艺对航空发动机叶片机械加工过程中的变形量进行控制与补偿，以提高航空发动机叶片的机械加工精度。

关键词：航空发动机叶片；机械加工；变形；控制

前言

航空发动机叶片是航空发动机加工制造中的难点也是重点。航空发动机叶片属于薄壁型复杂曲面构件，加工难度大制造精度高。在传统的航空发动机叶片的加工制造过程中各加工工序之间相对独立从而使得航空发动机叶片制造中的信息无法进行有效的传输。此外，航空发动机叶片属于复杂的曲面零部件，且航空发动机叶片型面是由复杂的三维自由曲面所组成。传统的航空发动机叶片在越来越发展的航空发动机叶片的制造中难度越来越大，因此，加大航空发动机叶片的数控加工制造，通过应用五轴机床来对航空发动机叶片进行一次加工来提高加工制造精度，减少因工序改变所带来的精度误差。

1 航空发动机叶片传统数控加工工艺路线

在传统的航空发动机叶片的数控加工中采用的单个航空发动机叶片依次加工的加工统一，航空发动机叶片的毛坯件采用的是模锻或是自由锻都可，在进行航空发动机叶片铣削加工工艺的编制时需要根据加工制造要求进行工装的相应的设计，并确保航空发动机叶片加工工装的精度要求以控制航空发动机叶片的机械加工精度。此外，在完成了对于叶片的铣削加工后还需要将其组合起来再继续进行车削加工。通过在航空发动机叶片的加工制造过程中使用数控铣床进行高速加工的加工方法对航空发动机叶片进行加工的过程中可以有效的降低航空发动机叶片在机械加工过程中所受到的径向力，从而减小航空发动机叶片在机械加工中所产生的变形。此外，通过合理的编制航空发动机叶片的数控加工工艺减少航空发动机叶片机械加工中的激振从而有效的提高航空发动机叶片机械加工制造过程中的叶片表面的光洁度。

2 基于UG的航空发动机叶片的加工工艺的分析

航空发动机叶片由于需要承受极高的温度和工作力因此在航空发动机叶片的选材上多采用的是硬度极高的金属，从而为航空发动机叶片的机械加工带来了不小的难度。同时由于航空发动机叶片属于复杂的曲面加工，因此在航空发动机叶片机械加工工艺的编制中使用UG中的CAM模块经过处理后生成的加工代码是现今航空发动机叶片机械加工工艺编制中采用较多的工艺编制方式。在加工机床的选择上由于航空发动机叶片的型面要求较高且各个航空发动机叶片之间有重叠的部分，机床原有的夹具是无法完成对于其的固定加工的，因此在航空发动机叶片的装夹夹具上需要设计航空发动机叶片装夹的专用的夹具并采用五轴加工中心才能完成对于航空发动机叶片的机械加工。在航空发动机叶片加工工艺的编制上需要通过控制刀轴各个矢量方向的改变来完成与航空发动机叶片曲面的加工。各曲面的刀路要重叠相接，在航空发动机叶片加工工艺的编制上首先需要选择建立合理的工件坐标系，针对表面选择合理的加工方法，同时根据零件表面质量要求来设定航空发动机叶片的加工参数。航空发动机叶片毛坯件选用的是六面体方钢，因此在航空发动机叶片的加工中首先需要使用铣床对航空发动机叶片的毛坯件进行六个基准面的铣削加工。在对毛坯件进行粗加工时在进行数控加工程序的编制时应当在建立起航空发动机叶片加工坐标系并设定好相应的航空发动机叶片加工参数的设定后进行航空发动机叶片的加工仿真。对于航空发动机叶片加工参数的设定包括加工刀具直径、切削参数、进给速率以及切削方向和切削刀具的设定。在航空发动机叶片机械加工中采用的是跟随周边的铣削方式，在完成航空发动机叶片加工仿真后创建小平面得到相应的实体，以完成对于航空发动机叶片加工程序的编制。在航空发动机叶片的加工过程中需要注意对于航空发动机叶片中的叶片根部过渡圆角、阻尼台、进气边、出气边等的特殊部位的加工。

3 对于航空发动机叶片加工方法的选取

3.1 航空发动机叶片主型面的加工

航空发动机叶片的主型面属于空间自由曲面，由于航空发动机叶片各部曲率扭转较大且属于薄壁件，因此在航空发动机叶片加工方法上选用截面法进行加工比较合适，使用此种加工方法形成的刀轨较为均匀，且走刀轨迹较为容易控制，在加工时刀具与航空发动机叶片的曲面接触点的轨迹在同一平面上，加工时所选取的截面为与航空发动机叶片高度相垂直的截平面。对于航空发动机叶片加工过程中的阻尼台同样需要采用截面进行加工，在此过程中截面法矢的选取是需要引起重视的问题，航空发动机叶片加工过程中选取阻尼台中点的法矢作为所截平面的法矢，从而提高航空发动机叶片的加工效率。在航空发动机叶片的根部加工时需要注意：由于航空发动机叶片的主型面采用的是过渡曲面与根榫头相连接的，而航空发动机叶片的过渡曲面采用的是多个片体所形成的自由度，在使用截面法来对航空发动机叶片进行加工时比较容易对航空发动机叶片形成清根加工，使用截面法来对航空发动机叶片进行清根加工可以使得铣削加工的刀轨形成一个环从而使得铣削加工的工序更为连贯效率从而使得航空发动机叶片的加工更为高效。航空发动机叶片由于使用的材料较为硬使得在对航空发动机叶片进行加工时如采用较大的进给量和较大的切削深度将会使得航空发动机叶片铣削加工时承受着较大的切削力，因此在航空发动机叶片机械加工时需要控制加工深度与加工铣削量，以便减小航空发动机叶片铣削加工时的叶片所承受的加工力，从而使得航空发动机叶片的铣削加工更为顺畅和高效，从而有效的提高航空发动机叶片机械加工时叶片表面的粗糙度。

3.2 提高航空发动机叶片加工的粗糙度

为提高航空发动机叶片表面的加工质量在铣削刀具的选择上需要注意铣削刀具材质与工件材料的匹配度，从而提高铣削加工时叶片表面的加工质量。此外，航空发动机叶片的材料硬度也会对航空发动机叶片加工后的表面质量产生较大的影响。在航空发动机叶片高速铣削时，与普通的中、低速铣削相比，随着高速铣削的进行，工件材料的硬度与铣削后工件表面的粗糙度成反比。即在高速铣削时工件的材质越硬则加工后叶片表面的粗糙度越低。此外在铣削加工时还需要注意对于铣削速度和铣削进给量的控制，在高速铣削时，传统中、低速铣削所产生的积屑瘤及鳞刺也会随着高速铣削而减小甚至消失，同时工件的塑形变形也会随之减少，但是如在铣削加工时进给量较大则会导致叶片表面残留较大的刀具面积从而影响叶片表面的粗糙度。此外在航空发动机叶片的机械加工时还需要注意的是机床本身所具有的高次谐振也会对叶片表面的粗糙度产生一定的影响。

4 结束语

航空发动机叶片属于薄壁的复杂曲面工件，从而对机械加工带来了较大的难度。文章从影响航空发动机叶片加工的影响因素出发通过对加工工艺进行改进以提高航空发动机叶片的加工质量。

参考文献

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[3]段继豪，史耀耀，张军锋，等.航空发动机叶片柔性抛光技术[J].航空学报，2012，33（3）：573-579.