【摘 要】
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叶片型面是一种复杂的空间自由曲面,其曲率变化大、长厚比大、易变形。传统手工抛磨方法难以保证叶片精度和一致性,且效率低下,是限制叶片行业发展的瓶颈之一。本文面向叶片型面磨削功能需求,基于正交试验研究了磨削工艺参数与叶片材料去除量之间的关系,设计了六轴砂带磨削机床,并对机床优化技术、机床几何误差补偿技术、叶片全特征磨削编程及六轴RTCP控制技术等方面进行了深入研究。以不锈钢材料叶片为试验对象,设计了正
【基金项目】
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国家科技重大专项“高档数控机床与基础制造装备”专项——大型叶片型面加工六坐标联动数控砂带磨床,项目编号:2010ZX04001-201； 国家科技重大专项“高档数控机床与基础制造装备”专项——国产高档数控机床、系统及其技术在航空领域的综合应用验证及工艺研究,项目编号:2014ZX04001051-05； 国家科技重大专项“高档数控
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叶片型面是一种复杂的空间自由曲面,其曲率变化大、长厚比大、易变形。传统手工抛磨方法难以保证叶片精度和一致性,且效率低下,是限制叶片行业发展的瓶颈之一。本文面向叶片型面磨削功能需求,基于正交试验研究了磨削工艺参数与叶片材料去除量之间的关系,设计了六轴砂带磨削机床,并对机床优化技术、机床几何误差补偿技术、叶片全特征磨削编程及六轴RTCP控制技术等方面进行了深入研究。以不锈钢材料叶片为试验对象,设计了正交试验和单因素试验方法,通过试验研究了磨削工艺参数对叶片材料去除量的定量关系;确定了材料去除平均厚度与接触压力和进给速度之间的经验公式,得到了磨削时各轴运动性能参数和磨削接触压力控制参数,为后续机床的性能参数设计奠定了基础。针对目前砂带磨床在磨削加工中接触压力受重力及惯性力的影响而难以精确控制的问题,提出了一种新型水平布置的砂带磨削机床结构,消除了重力及惯性力对接触压力的影响,提高了接触压力的控制精度;针对叶片装夹产生的变形误差以及叶片型面不同特征区域磨削需求,设计了复合磨削砂带机构,解决了叶片型面误差检测以及型面、叶根、阻尼台圆角及相贯面等分特征区域磨削问题。为消除六轴联动数控砂带磨床多旋转轴的空间位置误差对磨削刀具位姿的影响,提出了一种面向六轴位姿控制的砂带磨床几何误差建模和补偿方法,基于指数积方法建立了六轴联动机床的几何误差补偿模型,实现了机床各轴几何误差的补偿。采用了双矢量控制的自动编程方法,解决了六轴砂带磨床数控磨削编程问题,实现了砂带接触轮轴向和径向多位姿控制的磨削轨迹自动规划。提出了六轴联动RTCP控制算法,实现了六轴双矢量的位姿精准控制,提高叶片磨削的表面质量和一致性。基于上述研究成果,研制了水平布置的六轴联动数控砂带磨床,开发了六轴砂带磨削加工编程软件,并以某型号燃气轮机压气机叶片为加工对象,验证了本文所研究的六轴砂带磨削机床、叶片全特征磨削编程、工艺方案和多旋转轴机床几何误差补偿方法的可行性和正确性。成果已在航空、能源装备等领域的叶片制造中得到了推广应用。
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