一种薄壁叶片侧铣精加工余量预留方法技术

本发明专利技术公开了一种薄壁叶片侧铣精加工余量预留方法，包括：Step1：对薄壁叶片进行等参数有限元划分；Step2：建立薄壁叶片的截面刚度待定衡量指标ε

【技术实现步骤摘要】
一种薄壁叶片侧铣精加工余量预留方法


[0001]本专利技术属于薄壁叶片加工
，尤其涉及一种薄壁叶片侧铣精加工余量预留方法。

技术介绍

[0002]薄壁叶片类零件如涡轮、叶轮，是透平机械中的核心，其制造水平直接影响着整体发动机的能量转换效率。为追求气动性能，叶轮叶片表面常被设计成扭曲度大、几何精度高的复杂曲面，给制造精度提出了更高的要求。
[0003]一些直纹面类叶片可利用侧铣方式实现高效率的宽行切削，在实际切削过程中，侧铣由于大轴向切深，产生的大铣削力导致薄壁叶片在加工过程发生弹性变形，造成叶片加工精度较差。为减小加工变形在数控加工过程中产生的不利影响，常采用的策略方法有：优化切削参数以减小切削力来获得较小的叶片变形、恒力切削策略减小颤震发生来获得较好的表面质量、通过二次误差补偿对残余误差进行修正。
[0004]上述减小加工变形误差的策略需要额外操作用于获取经验数据，缺乏操作规范且难以保证加工的效率，而通过增强叶片工艺刚度抑制叶片变形来减小加工误差，效率较高且操作相对简单。均匀余量预留方法操作简单，但预留的均匀余量会使不同厚度及高度处的叶片发生的变形相差较大，导致叶面不光滑，叶片误差趋势不统一等缺点，不利用后续的误差修整。

技术实现思路

[0005]为解决上述问题，本专利技术的目的是提供一种薄壁叶片侧铣精加工余量预留方法，该方法实现了精加工余量的非均匀预留，使薄壁叶片变形小，减小加工误差。
[0006]为实现上述目的，本专利技术的技术方案为：
[0007]一种薄壁叶片侧铣精加工余量预留方法，包括：
[0008]Step1：采用有限元方法对薄壁叶片进行变形分析，对所述薄壁叶片进行等参数有限元划分，沿所述薄壁叶片的V向形成j个等参截面且沿其叶面V向形成j个等参线，在各个所述等参线处施加侧铣铣削力，获得在所述铣削力作用下各个所述等参线处叶尖节点的变形量u
j
；且定义U向为沿所述薄壁叶片轴向、V向为沿所述薄壁叶片切向；
[0009]Step2：建立所述薄壁叶片的截面刚度待定衡量指标ε
j
，且定义ε
j
越大所述薄壁叶片截面越易变形；
[0010]其中，h
j
为所述薄壁叶片高度，t
j
为所述薄壁叶片截面平均厚度，m、n为截面刚度待定衡量指标ε
j
的待定衡量系数，m、n为整数且m＞0、n＜0；
[0011]Step3：建立各个所述等参线处叶尖节点的所述变形量u
j
与所述截面刚度待定衡量指标ε
j
的一元非线性回归方程：μ
j
＝b2·
ε
j2
+b1·
ε
j
+...+b0；建立各个等参线的叶尖精加工切削余量Δ
1j
、叶根精加工切削余量Δ
2j
与叶尖节点的变形量u
j
的余量函数：
[0012]其中，b2、b1、b0为非线性回归方程的系数与常量，k1、k2、c1、c2为余量函数的系数与常量；
[0013]Step4：设定所述叶尖精加工切削余量范围为：[Δ
min
，(Δ
min
+Δ
max
)/2]、所述叶根精加工切削余量范围为：[(Δ
min
+Δ
max
)/2，Δ
max
]；
[0014]其中，Δ
min
为实际精加工切削前余量预留最小值，Δ
max
为实际精加工切削前余量预留最大值；
[0015]Step5：根据Step4中所述叶尖精加工切削余量范围和所述叶根精加工切削余量范围，选取若干所述叶尖精加工切削余量值和所述叶根精加工切削余量值，代入Step3中的所述余量函数，求得k1、k2、c1、c2值；
[0016]Step6：将Step3中的所述一元非线性回归方程、Step2中的所述截面刚度待定衡量指标ε
j
代入Step3中的所述余量函数，求得所述叶尖精加工切削余量、所述叶根精加工切削余量与几何特征的函数表达式：
[0017][0018]其中，Δ1为所述叶尖精加工切削余量函数，Δ2为所述叶根精加工切削余量函数；
[0019]Step7：根据Step6中计算得到的余量函数，对所述薄壁叶片的叶尖和叶根曲线b(u，v)进行非均匀预留，获得精加工前的叶尖和叶根驱动曲线b
′
(u，v)为：
[0020][0021]其中，b
u
为叶尖或叶根的U向向量，b
v
为叶尖或叶根的V向向量。
[0022]根据本专利技术一实施例，Step1中对所述薄壁叶片的第一叶面和与所述第一叶面相对的第二叶面均进行等参数有限元划分，其中沿V向划分形成21条线：j＝1∶1∶21，在V向每条等参线的U向取5个点，i＝1∶1∶5。
[0023]根据本专利技术一实施例，Step2中所述薄壁叶片平均厚度t
j
计算为两等参线处对应点的距离的平均值：
[0024][0025]其中，为所述薄壁叶片的第一叶面在U向第i处、V向第j处的点，为所述薄壁叶片的第二叶面在U向第i处、V向第j处的点。
[0026]根据本专利技术一实施例，Step2中，取若干m和n的值进行组合，建立各个所述等参线处叶尖节点的所述变形量u
j
与任意组合的非线性回归分析，当且仅当非线性回归分析的标准偏差最小时选定该m、n的值。
[0027]根据本专利技术一实施例，Step5中，所述叶尖精加工切削余量值取值与所述截面刚度待定衡量指标ε
j
值呈反比，所述叶根精加工切削余量值取值与所述截面刚度待定衡量指标ε
j
值呈正比。
[0028]本专利技术由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：
[0029](1)通过本专利技术实施例中Step1-Step7对精加工切削前余量预留，能大幅增强薄壁叶片侧铣时的工艺刚度，有效抑制侧铣过程中薄壁叶片的变形，且能在保证效率的同时实现薄壁叶片变形的最佳抑制，提高薄壁叶片表面的加工质量。
[0030](2)本专利技术实施例中进一步限定Step5中，叶尖精加工切削余量值取值与截面刚度待定衡量指标εj值呈反比，叶根精加工切削余量值取值与截面刚度待定衡量指标εj值呈正比，使得计算结果更加准确，使薄壁叶片的变形更小。
附图说明
[0031]下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细说明，其中：
[0032]图1为本专利技术的一种薄壁叶片侧铣精加工余量预留方法薄壁叶片等参数有限元划分图；
[0033]图2为本专利技术的一种薄壁叶片侧铣精加工余量预留方法薄壁叶片高度与变形结果图；
[0034]图3为本专利技术的一种薄壁叶片侧铣精加工余量预留方法薄壁叶片平均厚度与变形结果图；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种薄壁叶片侧铣精加工余量预留方法，其特征在于，包括：Step1：采用有限元方法对薄壁叶片进行变形分析，对所述薄壁叶片进行等参数有限元划分，沿所述薄壁叶片的V向形成j个等参截面且沿其叶面V向形成j个等参线，在各个所述等参线处施加侧铣铣削力，获得在所述铣削力作用下各个所述等参线处叶尖节点的变形量u
j
；且定义U向为沿所述薄壁叶片轴向、V向为沿所述薄壁叶片切向；Step2：建立所述薄壁叶片的截面刚度待定衡量指标ε
j
，且定义ε
j
越大所述薄壁叶片截面越易变形；其中，h
j
为所述薄壁叶片高度，t
j
为所述薄壁叶片截面平均厚度，m、n为截面刚度待定衡量指标ε
j
的待定衡量系数，m、n为整数且m＞0、n＜0；Step3：建立各个所述等参线处叶尖节点的所述变形量u
j
与所述截面刚度待定衡量指标ε
j
的一元非线性回归方程：μ
j
＝b2·
ε
j2
+b1·
ε
j
+...+b0；建立各个等参线的叶尖精加工切削余量Δ
1j
、叶根精加工切削余量Δ
2j
与叶尖节点的变形量u
j
的余量函数：其中，b2、b1、b0为非线性回归方程的系数与常量，k1、k2、c1、c2为余量函数的系数与常量；Step4：设定所述叶尖精加工切削余量范围为：[Δ
min
，(Δ
min
+Δ
max
)/2]、所述叶根精加工切削余量范围为：[(Δ
min
+Δ
max
)/2，Δ
max
]；其中，Δ
min
为实际精加工切削前余量预留最小值，Δ
max
为实际精加工切削前余量预留最大值；Step5：根据St...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑刚，饶金山，施婕，吴雁，
申请(专利权)人：上海应用技术大学，
类型：发明
国别省市：