薄壁葉片高速銑削變形補償

　　通過材料力學理論分析法、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分布信息，并據(jù)此預修正原始數(shù)控編程刀位，補償?shù)毒�、零件變形產(chǎn)生的讓刀誤差，從而達到一次走刀高速精加工目的。

　　一、材料力學理論分析法

　　以工程力學和彈性力學理論為基礎采用簡化模型技術(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)，提出補償措施，在一定程度上彌補讓刀變形精度損失。

　　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，有效補償加工變形誤差。

　　工件加工表層殘余應力的存在嚴重影響其疲勞強度和使用性能，殘余應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。如何準確預測、控制工件表層殘余應力和扭曲變形，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力的分布規(guī)律，發(fā)現(xiàn)沿工件表層深度方向殘余壓應力先增大到一定值后開始減小，出現(xiàn)最大殘余壓應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度以及切削速度、進給率對工件車削表層殘余應力分布規(guī)律的影響，認為工件表層殘余應力沿深度方向符合多項式函數(shù)分布。利用測定殘余應力的鉆盲孔法，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，工件表層殘余應力基本上處于壓應力狀態(tài)，文中同時確定了在不影響材料微觀組織結(jié)構(gòu)和機械性能前提下的消除殘余應力的最佳熱處理工藝溫度。

　　三、測量數(shù)據(jù)分析法

　　材料力學理論分析法和有限元分析法是對葉片變形誤差進行預測，預測準確與否與切削力模型和加工工藝模型有很大關系。測量數(shù)據(jù)分析法是對加工完成的葉片試件進行三坐標測量機測量，通過檢測結(jié)果的分析對葉片的加工誤差進行補償。數(shù)據(jù)分析法是事后分析，而材料力學理論分析法和有限元分析法是事前預測，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)中就不能準確分析葉片變形情況。測量數(shù)據(jù)分析法是采用三坐標測量機對加工完成的葉片進行測量，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模型進行修改，即對葉片CAD模型進行反變形造型。然后通過修改的CAD模型重新編寫NC代碼，對葉片進行加工。

　　對某型發(fā)動機二級轉(zhuǎn)子葉片3件試件進行數(shù)控加工(扭轉(zhuǎn)變形誤差未補償)，經(jīng)測量機測量葉片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。在未進行誤差補償?shù)那闆r下，最大扭轉(zhuǎn)誤差達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模型進行葉片反變形誤差補償造型，即對葉片各截面在理論位置的基礎上分別旋轉(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行測量機檢測并處理后。最大扭轉(zhuǎn)誤差為11.5326'，滿足了圖紙要求。根據(jù)需要還可以進一步進行補償，使扭轉(zhuǎn)誤差更小。

　　對某型發(fā)動機轉(zhuǎn)子葉片的3件試件數(shù)控加工(彎曲變形誤差未補償)完成后，三坐標測量機測量葉片9個截面并對測量數(shù)據(jù)進行處理后，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模型進行葉片反變形誤差補償造型，即對葉片各截面在理論位置的基礎上分別平移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)需要還可以進一步進行補償，使彎曲誤差更小。