薄壁葉片高速銑削變形補(bǔ)償

　　通過材料力學(xué)理論分析法、有限元分析法或測量數(shù)據(jù)分析法獲取零件表面加工變形誤差的詳細(xì)分布信息，并據(jù)此預(yù)修正原始數(shù)控編程刀位，補(bǔ)償?shù)毒�、零件變形產(chǎn)生的讓刀誤差，從而達(dá)到一次走刀高速精加工目的。

　　一、材料力學(xué)理論分析法

　　以工程力學(xué)和彈性力學(xué)理論為基礎(chǔ)采用簡化模型技術(shù)，建立葉片在典型夾具結(jié)構(gòu)中的受力模型，并進(jìn)行彈性變形分析，計算葉片工藝剛度。以圖形方式直觀、清晰地對比葉片在各種夾具下的工藝剛度，通過葉片長度、寬度和厚度等宏觀幾何尺寸方便地判斷加工中變形程度和變形最大區(qū)域，在編程前選用和優(yōu)化夾具結(jié)構(gòu)，提出補(bǔ)償措施，在一定程度上彌補(bǔ)讓刀變形精度損失。

　　二、有限元分析法

　　根據(jù)有限元分析計算結(jié)果，建立工件加工表面的變形誤差分布模型，修正原始數(shù)控編程刀位，有效補(bǔ)償加工變形誤差。

　　工件加工表層殘余應(yīng)力的存在嚴(yán)重影響其疲勞強(qiáng)度和使用性能，殘余應(yīng)力引起的扭曲變形也會顯著降低工件加工精度，特別是對于航空工業(yè)中普遍使用的薄壁結(jié)構(gòu)影響更大。如何準(zhǔn)確預(yù)測、控制工件表層殘余應(yīng)力和扭曲變形，改善加工表面完整性以及提高數(shù)控加工精度，一直是精密、超精密切削領(lǐng)域重要的研究課題。運用熱彈塑性大變形有限元方法，LIN等模擬了不同切削速度、切削深度條件下NIP合金超精密切削表層殘余應(yīng)力的分布規(guī)律，發(fā)現(xiàn)沿工件表層深度方向殘余壓應(yīng)力先增大到一定值后開始減小，出現(xiàn)最大殘余壓應(yīng)力的位置隨著切削深度的增加而加深。EL–AXIR研究了材料的拉伸強(qiáng)度以及切削速度、進(jìn)給率對工件車削表層殘余應(yīng)力分布規(guī)律的影響，認(rèn)為工件表層殘余應(yīng)力沿深度方向符合多項式函數(shù)分布。利用測定殘余應(yīng)力的鉆盲孔法，SRIDHAR等分析了銑削加工鈦合金IMI-834時工件表層殘余應(yīng)力的分布狀況。研究結(jié)果表明，對于所選用的切削參數(shù)范圍而言，工件表層殘余應(yīng)力基本上處于壓應(yīng)力狀態(tài)，文中同時確定了在不影響材料微觀組織結(jié)構(gòu)和機(jī)械性能前提下的消除殘余應(yīng)力的最佳熱處理工藝溫度。

　　三、測量數(shù)據(jù)分析法

　　材料力學(xué)理論分析法和有限元分析法是對葉片變形誤差進(jìn)行預(yù)測，預(yù)測準(zhǔn)確與否與切削力模型和加工工藝模型有很大關(guān)系。測量數(shù)據(jù)分析法是對加工完成的葉片試件進(jìn)行三坐標(biāo)測量機(jī)測量，通過檢測結(jié)果的分析對葉片的加工誤差進(jìn)行補(bǔ)償。數(shù)據(jù)分析法是事后分析，而材料力學(xué)理論分析法和有限元分析法是事前預(yù)測，相比較而言測量數(shù)據(jù)分析法成本較高。測量數(shù)據(jù)分析法是對葉片試件進(jìn)行測量分析，因此試件的數(shù)量選擇很重要，一般一批3～5件葉片為好。另外，試件加工也要求工藝的穩(wěn)定性，如果工藝不穩(wěn)定，加工的試件變形情況就沒有規(guī)律，從測量數(shù)據(jù)中就不能準(zhǔn)確分析葉片變形情況。測量數(shù)據(jù)分析法是采用三坐標(biāo)測量機(jī)對加工完成的葉片進(jìn)行測量，通過分析測量數(shù)據(jù)得出葉片的變形誤差規(guī)律，再根據(jù)葉片的變形情況對CAD模型進(jìn)行修改，即對葉片CAD模型進(jìn)行反變形造型。然后通過修改的CAD模型重新編寫NC代碼，對葉片進(jìn)行加工。

　　對某型發(fā)動機(jī)二級轉(zhuǎn)子葉片3件試件進(jìn)行數(shù)控加工(扭轉(zhuǎn)變形誤差未補(bǔ)償)，經(jīng)測量機(jī)測量葉片8個截面并處理后計算的扭轉(zhuǎn)誤差。3件試件的葉片截面扭轉(zhuǎn)誤差(未補(bǔ)償)分布趨勢一致，說明加工工藝系統(tǒng)穩(wěn)定，這3件試件具有代表性。在未進(jìn)行誤差補(bǔ)償?shù)那闆r下，最大扭轉(zhuǎn)誤差達(dá)39.758'，超出圖紙所允許的“最大扭轉(zhuǎn)誤差不超過±12'”的要求。根據(jù)3件葉片試件截面扭轉(zhuǎn)誤差的平均值對葉片加工工藝CAD模型進(jìn)行葉片反變形誤差補(bǔ)償造型，即對葉片各截面在理論位置的基礎(chǔ)上分別旋轉(zhuǎn)-3.126667′、-5.936667′、-9.453333′、-17.525′、-26.36817′、-33.3512′、-36.0071′、-38.0152′，再對葉片型面重新進(jìn)行造型。然后根據(jù)新CAD模型編寫NC程序，并重新加工葉片3件。對重新加工的葉片進(jìn)行測量機(jī)檢測并處理后。最大扭轉(zhuǎn)誤差為11.5326'，滿足了圖紙要求。根據(jù)需要還可以進(jìn)一步進(jìn)行補(bǔ)償，使扭轉(zhuǎn)誤差更小。

　　對某型發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子葉片的3件試件數(shù)控加工(彎曲變形誤差未補(bǔ)償)完成后，三坐標(biāo)測量機(jī)測量葉片9個截面并對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，其彎曲變形誤差分布。

　　根據(jù)3件葉片試件各截面偏移量的平均值對葉片加工工藝CAD模型進(jìn)行葉片反變形誤差補(bǔ)償造型，即對葉片各截面在理論位置的基礎(chǔ)上分別平移0.02543MM、0.04526MM、0.07026MM、0.15101MM、0.18391MM、0.16234MM、0.12243MM、0.09541MM、0.0833MM，葉片型面重新進(jìn)行造型。然后根據(jù)新模型編寫NC程序，并重新加工三件葉片。對重新加工的葉片進(jìn)行測量并處理后。最大偏移量為-0.04214MM，滿足了圖紙要求。根據(jù)需要還可以進(jìn)一步進(jìn)行補(bǔ)償，使彎曲誤差更小。