整体叶盘是新一代航空发动机实现结构创新与技术跨越的核心部件,其叶片前后缘的表面质量和轮廓精度对航空发动机的气动性能和使用寿命有重要影响。目前,国内整体叶盘的成形加工主要采用球头铣刀、数控行切铣削的方法完成,必然导致型面表面存在明显的波峰波谷,无法满足设计要求,因此需要通过抛光加工来提高表面质量。虽然国内针对整体叶盘叶片前后缘的抛光技术做了很多研究,但大多处于实验研究阶段,目前主要依靠人工打磨抛光,不仅劳动强度高、环境差、效率低,而且表面易烧伤,更严重的是表面质量和轮廓精度及其一致性难以保证。因此,开展整体叶盘叶片前后缘自动化抛光工艺技术研究,建立其精密高效的抛光工艺方法,揭示抛光工艺过程机理,具有十分重要的理论意义和工程应用价值。整体叶盘叶片前后缘厚度薄、曲率变化快且材料加工难,在实现自动化抛光工艺过程中,若加工参数(主轴转速、抛光力和进给速度等)、磨具参数(磨粒、粒度和形状等)及轨迹参数(轨迹方向、走刀步长和抛光行距等)选择不当,不仅影响抛光表面质量,而且会使得轮廓精度降低,甚至造成表面烧伤或损伤。基于此,本文对百页轮数控柔性抛光工艺技术、抛光工艺过程控制和表面质量预测控制等问题进行深入研究。论文的主要研究工作如下:(1)提出了叶片前后缘百页轮数控柔性抛光工艺方法。基于整体叶盘叶片前后缘抛光难点和百页轮数控抛光特点分析,通过多种抛光工艺方法对比,提出了整体叶盘叶片前后缘百页轮数控柔性抛光工艺方法;同时对抛光所用五轴联动数控实验平台的结构及技术参数进行详细说明,为叶片前后缘数控柔性抛光工艺的研究奠定基础。(2)建立了柔性抛光过程抛光力与接触位移关系模型。基于磨粒与工件微观弹塑性接触过程分析,结合百页轮表面磨粒分布函数,通过弹塑性变形量对比及多项式逼近的方式获得了抛光力与接触位移关系模型;其次以抛光力稳定为原则,确定了百页轮的最大变形范围,并通过抛光力测试实验证明了所建立抛光力与接触位移关系模型的正确性。在此基础上,利用正交实验数据建立了抛光力的经验预测模型,为实现基于抛光力控制的工艺过程控制奠定了基础。(3)建立了抛光表面粗糙度及材料去除率模型。首先,基于表面粗糙度定义及未变形切屑厚度瑞利分布函数建立了抛光表面粗糙度模型,通过分析得到了表面粗糙度的影响因素及规律,为表面粗糙度的预测控制奠定了基础;其次,基于Hertz弹性接触理论建立了抛光压力和切削速度的分布函数,继而依据Preston方程建立了百页轮抛光材料去除率模型,并通过仿真分析得到了材料去除率的影响因素及规律,为恒材料去除率抛光的实现、表面质量一致性及抛光效率的提高奠定了理论基础。(4)叶片前后缘数控柔性抛光参数优化研究。首先,基于表面粗糙度和材料去除率模型仿真结果,确定了关键工艺参数;其次,利用响应面法设计前后缘抛光实验并进行回归分析,建立了工艺参数与表面粗糙度的优化预测模型,通过响应曲面和等值线图的综合分析,得到了最优抛光工艺参数域,并通过抛光实验验证其有效性;继而采用正交表设计前后缘抛光实验,利用主成分分析法确定表面粗糙度和材料去除率对灰色关联度的影响权重,基于灰色关联分析将双目标优化转化为单目标优化,通过实验数据回归分析建立了灰色关联度的优化预测模型,分析了工艺参数对表面粗糙度和材料去除率的影响规律,最终以灰色关联度最大化为目标求解优化模型,得到了可实现表面粗糙度和材料去除率综合最优的工艺参数组合,并通过抛光实验进行验证。(5)整体叶盘叶片前后缘百页轮抛光实验验证。通过抛光与铣削加工对比,以无干涉、质量稳定和效率高等为准则,进行走刀方向、走刀步长、抛光行距和抛光轴矢量研究,并利用截平面法生成了叶片前后缘抛光轨迹。在此基础上对某型号压气机整体叶盘叶片前后缘开展百页轮数控抛光工艺实验,其检测结果显示:叶片前后缘表面粗糙度小于0.4μm且一致性明显提高,轮廓误差小于0.06mm且轮廓精度一致性也有所提高,前后缘表面也无烧伤,证实了本文所提出的叶片前后缘百页轮柔性抛光工艺方法的可行性及有效性。