整体叶盘线切割粗加工余量去除方法及专用夹具技术

本发明专利技术提出一种整体叶盘线切割粗加工余量去除方法及专用夹具，首先采用投影法计算整体叶盘毛坯旋转角度，其次将整体叶盘毛坯通过专用夹具安装在二坐标机床上，并根据步骤1得到的旋转角度对整体叶盘毛坯进行旋转，最后对旋转到位的整体叶盘毛坯进行线切割粗加工。本方法将传统的线切割加工原理应用到整体叶盘通道开槽中，由于电火花线切割加工中无切削力，加工振动变形问题影响很小，不存在刀具磨损问题，而且采用二坐标机床进行线切割的加工费用很低，使整体叶盘的加工费用降低50％以上。

【技术实现步骤摘要】
整体叶盘线切割粗加工余量去除方法及专用夹具
本专利技术涉及一种利用线切割对整体叶盘通道进行粗加工余量去除的方法及专用夹具。
技术介绍
整体叶盘是将叶片和轮盘设计成整体，省去了榫头、榫槽等结构，减少了叶盘重量和零件数量；在气动布局上采用了宽弦、弯掠叶片和窄流道，从而提高了气动效率。整体叶盘使发动机结构大为简化，推重比和可靠性进一步提高。整体叶盘结构形式主要有两种典型结构:(1)闭式结构—带外轮毂整体叶盘；(2)开式结构—不带轮毂整体叶盘。整体叶盘叶片型面一般为空间自由曲面，叶片之间相互遮掩，通道约束多，而整体叶盘又具有叶片壁比较薄,易变形，易颤振，刀具干涉严重的特点，且材料多为钛合金、高温合金等难切削的材料，都使整体叶盘的加工变得困难。目前整体叶盘通道粗开槽三种加工方法：数控铣削、数控电解和电火花加工。数控铣削技术是整体叶盘常用的加工方法，整体叶盘通道是特殊曲面型腔结构，传统的铣削加工方法采用立铣刀分层侧铣，侧铣刀具受径向力作用，随着通道铣削深度的加深刀具悬伸量加长，刀具的刚性变差，在径向力的作用之下刀具变形、振动、磨损加剧，加工效率显著降低。针对整体叶盘复杂通道侧铣加工存在的问题，数控铣削开槽插铣方法解决了一些上述问题，但是，数控铣削切削力大，叶片易受变形，刀具与叶盘易发生干涉，刀具磨损严重等问题依然存在。整体叶盘另一种加工方法是数控电解加工，电解加工也存在一些不足之处，加工的影响因素多，且加工稳定性和重复性都比较差，尤其是加工闭式整体叶盘零件时，叶盘流道弯扭复杂，且冲液问题也难于解决；电流要求高，电解液和电解产物需要专门处理，环境污染严重。电火花加工技术也是整体叶盘一种加工方法，电火花加工还存在一些问题，如：1)电极损耗严重，电极成本较高；2)加工表面有再铸层；3)加工效率与电解相比，效率较低。因此，在整体叶盘批量生产过程中，电火花加工遇到许多障碍。整体叶盘锻造毛坯一般为矮圆柱状，其与最终零件的形状存在较大差别，材料切除量达到60％～90％，其中绝大部分是在粗加工叶盘通道的过程中完成。在整体叶盘通道粗加工中数控铣削方面，一般采用四坐标或五坐标数控机床，数控机床本身价格高昂，加工价格高，针对不同的材料和加工精度要求，一般每小时300～1000元；数控电解加工加工费用，一般每小时100～200元；数控电火花加工费用，一般每小时150～300元。因此，对整体叶盘通道粗开槽降低加工成本的研究具有重要的意义。
技术实现思路
技术方案电火花线切割加工方法是利用移动的细金属导线(钼丝)做电极，通过数控技术对工件进行脉冲火花放电，完成对工件的切割。电火花线切割的优点：(1)能加工复杂的工件，对加工薄壁工件、深窄槽加工、微细加工有独特的优势；(2)电火花线切割加工中无切削力，因此不受切削力的影响。由于整体叶盘五坐标数控加工花费，每小时达到上百元，而线切割加工每小时的费用不足10元，特别是在整体叶盘材料切除量很大接近90％，其中绝大部分余量去除是在叶盘通道粗开槽加工中。由于使用五轴联动或四轴联动数控机床进行整体叶盘加工的成本非常巨大，所以其经济性问题就显得尤为重要。而利用线切割工艺对整体叶盘的粗开槽，其在粗加工中尽可能多的去除余量，为后续半精加工和精加工留下少的去除量，这样可做到合理使用机床，提高整个机床的效率，缩短加工时间，节约加工成本。线切割加工中无切削力，由于切削力直接影响着工件质量、刀具寿命、机床动力消耗，此外切削力的存在会引起加工系统：机床—刀具—工件，其引起加工系统振动其会严重影响加工精度和表面质量，而且还会缩短机床和刀具的寿命，振动的噪音污染环境，损害工人的健康。因此线切割对整体叶盘通道粗加工降低成本和提高经济效益具有重要的意义。本专利技术为解决现有技术中数控铣削、数控电解和电火花加工成本较大的问题，针对电火花线切割加工方法，提出了一种整体叶盘线切割粗加工余量去除方法。采用二坐标机床，以毛坯去除量值为目标函数，经搜索算法得到整体叶盘轴线在切割时最优矢量方向，并以此作为夹具装夹依据。本专利技术的技术方案为：所述一种整体叶盘线切割粗加工余量去除方法，其特征在于：采用以下步骤：步骤1：投影法计算整体叶盘毛坯旋转角度：步骤1.1：将构成一个通道的内轮毂面、叶盆、叶背型面进行等距偏置，其中偏置量为加工余量和线切割设备切割丝半径之和；提取叶盆偏置面、叶背偏置面上方两条边缘曲线构成曲面S1，下方两条边缘曲线构成曲面S2；步骤1.2：在曲面S2上等参数离散M条U线和M条V线，M为奇数，取中间一条U线和中间一条V线的交点为P0；在曲面S1上等参数离散N条U线和N条V线，得到N条U线和N条V线的交点为Pij(i,j＝0,1,2...N-1)，点P0、Pij构成向量nij(i,j＝0,1,2...N-1)；以nij为法矢做过点P0的平面为Spro；步骤1.3：将叶背偏置面、叶盆偏置面、通道间内轮毂面偏置面、毛坯圆曲面沿nij方向投影到Spro上，得到围成的封闭区域为Sij(i,j＝0,1,2...n)，Sij面积为Sarea；步骤1.4：搜索所有nij情况下的Sarea中的最大值Smax，得到其对应的投影矢量为n0；矢量n0在整体叶盘模型坐标系中表示为[a,b,c]，整体叶盘模型坐标系为：整体叶盘回转轴为Z轴，从进气边到排气边的方向为Z轴正向，进气端轴端面圆心为坐标原点，回转轴径向方向为X轴；步骤1.5：取矢量[0,b,c]与矢量[0,0,d]的夹角α为整体叶盘毛坯绕X轴旋转的角度；将矢量n0绕X轴旋转α，得到矢量n0’，取矢量n0’与矢量n0的夹角β为整体叶盘毛坯绕Y轴旋转的角度；其中步骤2：将整体叶盘毛坯通过专用夹具安装在二坐标机床上，并根据步骤1得到的角度α和β对整体叶盘毛坯进行旋转；所述专用夹具包括调整整体叶盘毛坯在X轴向和Y轴向的正弦规、调整整体叶盘毛坯加工通道的分度盘以及支撑和压紧部件；支撑和压紧部件包括支撑柱、压板；整体叶盘毛坯固定在支撑柱一端，支撑柱另一端同轴穿过分度盘后与正弦规的第三基板轴承转动配合；分度盘通过压板约束在第三基板上，分度盘分为转盘和定盘，支撑柱与转盘过盈配合，与定盘间隙配合，转盘与定盘之间通过定位销定位；正弦规包括第三基板、第二基板、第一基板、第二量块、第一量块、第二支撑轴、第一支撑轴、第二滚动轴和第一滚动轴；其中第二基板、第二量块、第二支撑轴和第二滚动轴支撑第三基板，且用于调整整体叶盘毛坯的绕Y轴的旋转角度；其中第一基板、第一量块、第一支撑轴和第一滚动轴支撑第二基板，且用于调整整体叶盘毛坯的绕X轴的旋转角度；步骤3：对旋转到位的整体叶盘毛坯进行线切割粗加工。有益效果本专利技术提出线切割整体叶盘通道开槽的粗加工余量去除的方法，为实现线切割加工设计出相应的夹具。本方法将传统的线切割加工原理应用到整体叶盘通道开槽中，其优点表现在：电火花线切割加工中无切削力，加工振动变形问题影响很小；并且由于叶盘开槽余量去除多，对刀具的磨损很严重，导致刀具使用寿命变短，线切割几乎不存在这样的问题；采用二坐标机床进行线切割的加工费用很低，其加工每小时的费用不足10元，其使整体叶盘的加工费用降低50％以上，因此其巨大的经济效益是生产企业非常关注的问题。此外本文提出对整体叶盘定位和装夹方式，其可以很好地解决线切本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种整体叶盘线切割粗加工余量去除方法，其特征在于：采用以下步骤：步骤1：投影法计算整体叶盘毛坯旋转角度：步骤1.1：将构成一个通道的内轮毂面、叶盆、叶背型面进行等距偏置，其中偏置量为加工余量和线切割设备切割丝半径之和；提取叶盆偏置面、叶背偏置面上方两条边缘曲线构成曲面S1，下方两条边缘曲线构成曲面S2；步骤1.2：在曲面S2上等参数离散M条U线和M条V线，M为奇数，取中间一条U线和中间一条V线的交点为P0；在曲面S1上等参数离散N条U线和N条V线，得到N条U线和N条V线的交点为Pij(i,j＝0,1,2...N‑1)，点P0、Pij构成向量nij(i,j＝0,1,2...N‑1)；以nij为法矢做过点P0的平面为Spro；步骤1.3：将叶背偏置面、叶盆偏置面、通道间内轮毂面偏置面、毛坯圆曲面沿nij方向投影到Spro上，得到围成的封闭区域为Sij(i,j＝0,1,2...n)，Sij面积为Sarea；步骤1.4：搜索所有nij情况下的Sarea中的最大值Smax，得到其对应的投影矢量为n0；矢量n0在整体叶盘模型坐标系中表示为[a,b,c]，整体叶盘模型坐标系为：整体叶盘回转轴为Z轴，从进气边到排气边的方向为Z轴正向，进气端轴端面圆心为坐标原点，回转轴径向方向为X轴；步骤1.5：取矢量[0,b,c]与矢量[0,0,d]的夹角α为整体叶盘毛坯绕X轴旋转的角度；将矢量n0绕X轴旋转α，得到矢量n0’，取矢量n0’与矢量n0的夹角β为整体叶盘毛坯绕Y轴旋转的角度；其中步骤2：将整体叶盘毛坯通过专用夹具安装在二坐标机床上，并根据步骤1得到的角度α和β对整体叶盘毛坯进行旋转；步骤3：对旋转到位的整体叶盘毛坯进行线切割粗加工。...

【技术特征摘要】
1.一种整体叶盘线切割粗加工余量去除方法，其特征在于：采用以下步骤：步骤1：投影法计算整体叶盘毛坯旋转角度：步骤1.1：将构成一个通道的内轮毂面、叶盆、叶背型面进行等距偏置，其中偏置量为加工余量和线切割设备切割丝半径之和；提取叶盆偏置面、叶背偏置面上方两条边缘曲线构成曲面S1，下方两条边缘曲线构成曲面S2；步骤1.2：在曲面S2上等参数离散M条U线和M条V线，M为奇数，取中间一条U线和中间一条V线的交点为P0；在曲面S1上等参数离散N条U线和N条V线，得到N条U线和N条V线的交点为Pij(i,j＝0,1,2...N-1)，点P0、Pij构成向量nij(i,j＝0,1,2...N-1)；以nij为法矢做过点P0的平面为Spro；步骤1.3：将叶背偏置面、叶盆偏置面、通道间内轮毂面偏置面、毛坯圆曲面沿nij方向投影到Spro上，得到围成的封闭区域为Sij(i,j＝0,1,2...n)，Sij面积为Sarea；步骤1.4：搜索所有nij情况下的Sarea中的最大值Smax，得到其对应的投影矢量为n0；矢量n0在整体叶盘模型坐标系中表示为[a,b,c]，整体叶盘模型坐标系为：整体叶盘回转轴为Z轴，从进气边到排气边的方向为Z轴正向，进气端轴端面圆心为坐...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔺小军，张新鸽，王志伟，史耀耀，高源，陈悦，杨艳，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61