自适应加工技术在整体叶盘制造中的应用_张定华
自适应加工技术在数控加工领域的分类与应用
自适应加工技术在数控加工领域的分类与应用1基本介绍自适应加工技术是一种数控加工领域的技术，其目的是增强加工机床的自主能力，根据特定工件技术要求，对刀具进行有效控制，提高加工质量和效率。
自适应加工技术主要分为通用自适应加工技术和一般自适应加工技术。
2通用自适应加工技术通用自适应加工技术是指利用机器智能技术和数据处理来检测加工过程中的质量参数，并采取相应的正确措施来对产品的质量和加工效率进行控制，从而保证加工精度大幅提升，并能有效解决一般加工机床普遍存在的问题。
它采用分类和聚类技术来获得、分析、管理有关加工质量的数据，并利用数据库技术以及远程服务技术来实现跨厂加工的数据管理和交互，有效控制各工序的加工精度，实现加工过程中的质量监控和自适应调节，缩短加工周期，降低生产成本，提高生产质量和生产效率。
3一般自适应加工技术一般自适应加工技术也称为模糊自适应加工技术，其重点在于对加工质量参数这类不定型数据进行模糊化处理，通过深度学习合成一个模糊系统，运用自适应控制技术对机床进行自动调节，实现加工效果的调整，进而达到自动控制机床加工过程的目的。
这种技术大大降低了加工过程中刀具使用寿命出现偏离所造成的质量损失，延长了刀具的有效使用寿命，提高加工质量、效率，提高企业的竞争力和利润。
4其他自适应加工技术除了通用和一般自适应加工技术以外，还有其他几种自适应加工技术，包括智能快速调制加工技术、贝叶斯自适应变刀加工技术、模态自适应加工技术、分层自适应加工技术等，它们主要应用于金属零件的加工，相比一般数控加工，大大提高加工质量，极大降低加工时间，带来非凡的经济效益。
5应用前景随着电子自动化技术的发展，自适应加工技术在数控加工领域的应用将会日益广泛，对于新材料、复杂结构批量加工，质量和精度要求较高的零件行业，将有极大的帮助和支持。
而在未来的数控加工领域，自适应加工技术将逐渐发挥更突出的作用，为数控加工技术的发展和应用带去更多的创新和机遇。
整体叶盘狭小叶栅通道电解旋转套料加工
整体叶盘狭小叶栅通道电解旋转套料加工翟士民，张明岐，黄明涛，潘志福，刘萌，孙超(中国航空制造技术研究院，北京100024)摘要:针对整体叶盘狭小叶栅扭曲叶型结构，采用电解旋转套料的方法进行加工。
通过计算得出旋转套料的中心轴与叶型中心轴的偏移量与偏移角度，设计加工端面电极及分体等速螺旋体水套结构，并进行了小栅距通道加工试验，实现了狭小叶栅扭曲叶型的电解旋转套料加工，得到的产品能够满足后续精密电解加工技术要求。
关键词:整体叶盘;狭小叶栅;扭曲叶型；电解套料加工；等速螺旋体水套中图分类号:TG662文献标志码:A文章编号：1009-279X(2020)06-0048-04Electrochemical Rotating Nesting Machining for the NarrowCascade Channel of BliskZHAI Shimin,ZHANG Mingqi,HUANG Mingtao,PAN Zhifu,LIU Meng,SUN Chao(AVIC Manufacturing Technology Institute,Beijing100024,China) Abstract：For the structure of the the twisted blade of narrow blade cascade of the blisk,the electrochemical rotating nesting machining method is studied.Through the calculation of the offset and direction between the center axis of the rotary sleeve and the center axis of the blade,the electrode structure of the end-face and water jacket structure of split constant velocity screw were designed,and the small pitch channel processing testing was carried out.The electrochemical rotating nesting machining of the the twisted blade of narrow cascade blade was realized,and the obtained product can meet the technical requirements of subsequent precision electrochemical machining.Key words：integral blade disk；narrow cascade；twisted blade；electrochemical nesting machining；constant velocity spiral screw航空发动机整体叶盘是将叶片和轮盘制作成一个整体，代替传统叶片榫齿、轮盘榫槽加锁片的连接结构,使零件数量大大减少，整体重量也明显减轻；同时，由于整体叶盘可消除传统叶片、轮盘结构中气流在榫头与榫槽中逸流所造成的损失，使发动机工作效率增加，从而提高了整台发动机的推重比［1］。
大型飞机用发动机的特点及关键制造技术.
论坛56航空制造技术·2008 年第13 期发展大型飞机对于保障国家安全，提升国家综合实力，改变经济发展模式，促进科技进步等都具有非常重要的作用。
研制和发展大型飞机，是国家工业、科技水平和综合实力的集中体现，对增强我国的综合实力和国际竞争力具有极为重要的意义。
大飞机的技术扩散率高达60%，开展大飞机研制能够带动新材料、现代制造、先进动力、电子信息、自动控制、计算机等领域关键技术的群体突破，拉动众多高技术产业的发展。
作为大型飞机的心脏——大型发动机，其研制的技术难度和投资的风险非常高。
我国在《国家中长期科学和技术发展规划纲要》和《“十一五”规划纲要》中已经把大型飞机列为重大专项工程，而且要求配装拥有自主知识产权的大涵道比涡扇发动机。
本文结合大飞机用发动机的特点对其关键制造技术作了初步探讨和分析，并对我国研制和生产大飞机用发动机提出了几点参考建议。
大飞机用发动机的性能特点所谓大飞机，是指起飞总重量超过100t 的运输类飞机，包括军用和民用大型运输机，也包括150座以上的干线客机。
大飞机的发动机应该具备高可靠性、长寿命、节能环保以及低成本运行等基本要求，在发动机的结构上，具有大涵道比、零件整体化、轻量化等特点并尽可能多地采用复合材料。
与军用战斗机发动机相比，大飞机用发动机的主要特点具体表现为：（1）安全可靠性高。
安全性主要指低的空中停车率（现已降至0.002～0.005次/1000飞行小时）。
为满足这一要求，大飞机用发动机普遍采用了较大的核心机尺寸和较低的涡轮前工作温度。
大型飞机用发动机的特点及关键制造技术Characteristics of Aeroengine for Large Aircraft and Its ManufacturingTechnology西安航空发动机（集团）有限公司马建宁西北工业大学现代设计与集成制造技术教育部重点实验室张定华王增强李山吴宝海国外的成功经验和先进制造技术的发展表明，我国大飞机用航空发动机的研制必须将专业的制造技术与信息技术、管理技术进行有机地结合，并将计算机技术综合应用于设计、制造、检测、管理、销售、使用、服务等发动机研制的全过程。
自适应加工技术在整体叶盘制造中的应用_张定华
以节省大量的贵重金属，加工效率大 的数控加工基准可能发生变化。
目前，整体叶盘制造主要采用几 幅提高。线性摩擦焊技术还可以将
（2）焊 接 变 形 的 影 响 使 得 不 同
种复合制造工艺：精锻毛坯＋精密 两种不同的材料焊接在一起，这样可 叶片的变形程度与变形结果均存在
数控加工；焊接毛坯＋精密数控加 以根据叶片和轮毂工作条件的不同 差异，叶片焊接结果的一致性差，导
单、精度高；缺点在于加工过程中要 就会受到限制。而利用线性摩擦焊 现叶片修复部分与已有部分的光滑
切削大量金属，加工效率低、周期长、 技术，可以将损坏的叶片切去后再焊 过渡。
成本高，因此不适于大型及超大型风 上新叶片，从而实现对被损坏叶片的
（4）为 满 足 整 体 叶 盘 加 工 及 修
扇的加工。
修复。
模型存在不同的表达形式，包括测量 问题。通常初步定位和夹紧后，利用 型建立算法主要过程如下：
点集、三角网格、曲面特征、参数模型 机床检测功能来找正工件位置，并同
大飞机发动机关键技术 Key Technology of Aeroengine for Large Commercial Aircraft
自适应加工技术在整体叶盘 制造中的应用
Application of Adaptive Machining Technology in Blisk Manufacturing
钛基、钛铝化合物等先进复合材料， 工过程仍然需要五轴数控加工的方 表现在以下几个方面：
材料的可加工性差，造成整体叶盘的 法实现。与传统的数控加工方法相
（1）由 于 焊 接 精 度 和 装 夹 方 式
综合制造技术成为世界级的技术难 比，这种复合工艺的显著优点在于可 改变的影响，导致整体叶盘焊接毛坯
整体叶盘叶片自动化抛光颤振抑制技术
整体叶盘叶片自动化抛光颤振抑制技术李小彪;谷雪花;徐欣【摘要】Based on automated polishing machine of blisk,the geometric surface of fluttered blade was bined with the automated polishing system of blisk blade,the flutter mechanism was described.Based on the flutter mechanism,the optimized programmingtechnology,polishing parameters and improving system rigidity were determined to solve the flutter problem.The optimized tool axis direction,polishing track,polishing parameters and filling method were obtained.After experimental verification,the flutter is solved.And the waviness average error tends to decrease,surface quality is improved greatly.The chatter marks are eliminated obviously.%基于研制的自动化抛光系统,针对整体叶盘叶片抛光加工的颤振问题,分析了颤振后叶片表面的几何形貌.结合整体叶盘叶片自动化抛光系统,阐述了抛光颤振机理.基于颤振机理确定了编程技术优化、抛光参数优化、提高系统刚性等3种抛光颤振抑制技术,获得了优化后的刀轴方向、抛光轨迹、抛光参数及工艺填充方法.经试验验证,颤振现象,叶片波纹度、平均误差、表面粗糙度等减小,表面质量得到较大提升,颤振痕迹明显消除.【期刊名称】《航空制造技术》【年(卷),期】2017(000)008【总页数】4页(P56-58,63)【关键词】整体叶盘;叶片;抛光;颤振【作者】李小彪;谷雪花;徐欣【作者单位】中国航发沈阳发动机研究所,沈阳110015;中国航发沈阳发动机研究所,沈阳110015;中国航发沈阳发动机研究所,沈阳110015【正文语种】中文整体叶盘是将叶片和轮盘设计为整体的新型结构件，由于减轻了零件重量、降低了气体性能损失，因而对于提升航空发动机性能具有重要作用，是提升航空发动机性能的新型结构件 [1-3]。
整体叶盘叶型数字化测量技术研究及应用
297管理及其他M anagement and other整体叶盘叶型数字化测量技术研究及应用王帮艳，户建军（襄阳航泰动力机器厂，湖北 襄阳 441002）摘 要：随着整体叶盘在航空发动机上的广泛应用，叶型综合误差检测技术也越来越复杂。
本文分析了整体叶盘的结构及叶型精度要求，在未配置专用叶型测量设备的情况下，采用三坐标测量机对叶片型面进行检测，通过UG 软件对采集的叶片型面数据处理，将传统的定性检测方式改进为定量检测。
操作方便，数字化程度高，通用性强，克服人为的判断误差，较好地满足了当前航空发动机发动机曲型件类产品研制阶段高精度的检测要求。
关键词：整体叶盘；型面误差；三坐标测量机；数据建模中图分类号：V263 文献标识码：A 文章编号：11-5004（2020）08-0297-2收稿日期：2020-04作者简介：王帮艳，男，生于1972年，汉族，本科，高级工程师，研究方向：精密制造工艺，航空发动机深度修理。
整体叶盘是航空发动机中的关键零部件，叶片的几何形状和尺寸决定着发动机的工作性能，叶片的形状的精度及精度位置，对发动机的性能及安全可靠性影响较大，因此叶片型面的检测具有十分重要的意义。
整体叶盘外形结构如图1所示，它采用了整体式结构的复杂型面叶片，将工工作中的金属叶片及轮盘联为一体，省去了原有金属叶片与轮盘所使用的榫头和榫槽，从而使叶盘结构变得更为紧凑，减少了叶盘重量、零件数量和气流损失。
叶片的型面是空间自由曲面，每个截面高度的叶型轮廓形状不尽相同，并且同时呈扭转上升状，叶片的后缘部分厚度较薄，尤其是排气边半径非常小，这些特点给叶片型面检测造成了困难[1]。
在整体金属叶盘研制之初，需要给研发设计人员提供叶型加工的真实数据，必须测量出金属叶型截面坐标的偏移量及扭转误差，同时对叶盘的整体坐标偏移，叶身最小厚度处偏差、进气边和排气边圆弧误差等，以便整机性能出现偏差时为后续处理和故障分析奠定基础。
图1 整体叶盘1 需求分析在整个金属叶盘技术条件下，设计出基准通过金属叶片型，并允许叶盆及叶背的两个进气方向偏移一定数值，同时，还要允许沿着中心轴的角度进行扭转角度，从综合的角度来判断，金属叶片型面是否合格。
攀越高峰,绽放中国航空“工业之花”——记西北工业大学张定华团队
创新人物Innovation Character航空发动机——作为飞机的“心脏”，其关键构件的自适应精密加工技术是当前制造业研究的热点和难点，尤其薄壁构件的自适应高效高精加工技术更是当前急需解决的世界性难题。
自适应加工技术涵盖了CAD/ CAM领域中的数字化测量、工件装夹定位、曲面建模、数控加工编程等多项关键技术，能够依据当前零件的变形、零件余量的不均匀、不精确的装夹位置等及时做出调整，以适应当前零件的状态，完成特定加工。
航空发动机关键构件在加工过程中需要考虑包括刀轴控制及干涉检查、变形振动控制、表面完整性控制等“形、性、稳”问题，相关技术涉及多学科交叉应用，如何将自适应加工技术与其有效结合推广应用，对航空发动机制造业而言，具有创新性和挑战性。
西北工业大学张定华团队与西安三航动力科技有限公司和西安康迪航空技术发展有限公司长期合作，致力于航空发动机关键构件自适应精密加工理论与应用研究，并在多种航空发动机型号的研制与批产中承担了大量的研究应用工作，尤其在发动机各类整体叶盘、大型风扇、大小叶片转子等复杂结构产品的研制中取得了大量的理论成果与实践经验，先后承担了“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项、型号工程空心风扇叶片制造技术、国家自然科学基金、国家科技支撑计划、国防基础预研项目、教育部重大项目、博士点研究基金、航空科学基金等数十项研究课题。
在钛合金整体叶盘和叶片表面完整性控制、自适应加工技术、复杂工艺系统建模、复杂曲面零件多轴联动抛光技术与装备等方面具有良好的理论基础与技术储备。
项目组完成的“航空发动机整体叶盘高效精密数字化冷工艺制造技术研究与工程应用”于2006年获国家科技进步二等奖、国防科学技术一等奖，同年入选中国高校十大科技进展。
近年来，张定华团队主要针对典型复杂薄壁关键构件，开展了弱刚性复杂薄壁构件加工变形机理及工艺控制方法、宽弦空心风扇叶片自适应加工方法、焊接/修复整体叶盘自适应加工方法、近净成形/修复叶片自适应加工方法、涡轮叶片激光打孔自适应加工工艺方法等研究，开发了与之匹配的自适应加工工艺软件系统，形成了复杂薄壁构件加工变形控制及自适应加工相关标准和基础数据，提高了复杂薄壁构件的加工精度和加工效率；针对整体叶盘手工抛光存在的效率低、叶型一致性差、叶片精度难以保证等问题，开展了基于型面曲率变化的接触轮形变量与砂带抛光区域压力的映射关系等研究，建立了基于抛光力与运动进给控制的数控柔性抛光机理与方法，提出了基于抛光区域压力稳定性控制的微位移自适应精确控制方法，实现了整体叶盘的自动化高质量抛光；针对航空发动机关键重要转动构件，开展了难加工材料表面完整性建模及检测方法、精密切削与磨削表面完整性及抗疲劳机理、热/应力耦合作用的抗疲劳机理、多工艺复合抗疲劳加工工艺方法等研究，揭示了热/应力耦合作用的疲劳失效机制，掌握了叶片和叶盘类关键重要转动构件的抗疲劳机理，初步建立了多工艺复合抗疲劳加工技术原理和工艺方法，形成了叶片和叶盘类关键重要转动构件的表面完整性检测和抗疲劳加工相关标准和规范，改善了此类零件制造过程中寿命短、可靠性差、形似而神不似等问题。
智能加工技术的发展与应用_张定华
智能加工技术借助先进的检测、加工设备及仿真手段，实现对加工过程的建模、仿真、预测，对加工系统的监测与控制；同时集成现有加工知识，使得加工系统能根据实时工况自动优选加工参数、调整自身状态，获得最优的加工性能与最佳的加工质效。
张定华西北工业大学机电学院院长，现代设计与集成制造技术教育部重点实验室主任，教授，博士生导师，主要研究方向为高速切削工艺、航空复杂零件的高效精密数控加工、智能加工及无损检测等。
智能加工技术的发展与应用西北工业大学 张定华 罗 明 吴宝海 唐 明中航工业西安航空动力控制公司 齐国宁 Development and Application of Intelligent Machining Technology智能加工技术概念1 智能加工问题的提出在生产实践中，数控加工过程并非一直处于理想状态，而是伴随着材料的去除出现多种复杂的物理现象，如加工几何误差、热变形、弹性变形以及系统振动等。
加工过程中经常出现的问题是，使用零件模型编程生成的“正确”程序，并不一定能够加工出合格、优质的零件。
正是由于上述各种复杂的物理现象，导致了工件的形状精度和表面质量不能满足要求。
在产品的生产制造中，一旦加工过程设计或工艺参数选择不合理，就会导致产品加工表面质量差、设备加工能力得不到充分发挥，同时机床组件及刀具的使用寿命也会受到影响。
产生上述问题的原因在于，传统加工过程中，经常只考虑了数控机床或者加工过程本身，但缺乏对机床与加工过程中交互作用机理的综合理解。
而这种交互作用又经常产生难以预知的效果，大大增加了加工过程控制的难度。
为解决上述问题，必须变革传统的理念，将机床与加工过程一起考虑，对交互作用进行建模与仿真，进而优化加工过程、改进加工系统设计，减少加工过程中的缺陷。
同时，借助先进的传感器技术和其他相关技术装备数控机床，对加工过程中的工况进行及时的感知和预测，对加工过程中的参数与加工状态进行评估和调整，达到经济有效提升形状精度与表面质量的目的。
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关键技术进行简要介绍。
一种是直接对
整体叶盘自适应加工系统主要 比测量点集与 有 3 个基本模块：一是数字化检测模 理 论 模 型，建
M′
M
2 1
M
2 2
M
N 1
M
N 2
MNN
块，测量当前加工零件的几何信息； 立毛坯误差分
二是自适应工艺模型建模模块，其主 布，提 取 待 加
要功能不仅包括数控加工区域模型 工 区 域 边 界；
近年来，国内外针对自适应加工技术在航空发动机制造中的 应用开展了不同层次的研究工作。美国 G E 公司通过实时监测 加工过程，利用后置处理器修改加工程序，完成了复杂铸件的自 适应加工。英国 D e l c a m 公司利用自适应加工的思想通过对未 知毛坯的在线测量，判断毛坯形状和余量分布，并自动计算零件 的最优装夹方位。
模型存在不同的表达形式，包括测量 问题。通常初步定位和夹紧后，利用 型建立算法主要过程如下：
点集、三角网格、曲面特征、参数模型 机床检测功能来找正工件位置，并同
由曲面，形状复杂且通道开敞性差， 等优点，是目前最为理想的整体叶盘 实现高效、高精和自动的数控加工成
而且为适应高温、高压、高转速的工 加工及修复的方法。就其实现过程 为航空领域的一项重要课题。与传
作条件，整体叶盘广泛采用钛合金、 而言，线性摩擦焊技术得到的是相当 统的数控加工工艺相比，前期焊接工
粉末高温合金等高性能金属材料和 于已完成粗加工的毛坯，最后的精加 艺对后期数控加工过程的影响主要
整体叶盘自适应加工系统
52 航空制造技术·2008 年第 13 期
偿。 可以看出，与传统数控加工整体叶盘不同的是，焊接毛坯 +
数控加工这种复合制造工艺背景下整体叶盘的数控加工基准、余 量分布、轨迹规划及变形误差补偿等均依赖于叶盘毛坯的实际结 果。因此，利用数字化检测的手段对实际的叶盘毛坯进行快速测 量和重构，并进一步实现数字化测量 - 模型重构 - 数控加工一 体化的集成加工，是提高大飞机发动机整体叶盘的制造精度、加 工效率和自动化水平的关键核心技术，这就是整体叶盘的自适应 加工技术。
单、精度高；缺点在于加工过程中要 就会受到限制。而利用线性摩擦焊 现叶片修复部分与已有部分的光滑
切削大量金属，加工效率低、周期长、 技术，可以将损坏的叶片切去后再焊 过渡。
成本高，因此不适于大型及超大型风 上新叶片，从而实现对被损坏叶片的
（4）为 满 足 整 体 叶 盘 加 工 及 修
扇的加工。
修复。
大飞机发动机关键技术 Key Technology of Aeroengine for Large Commercial Aircraft
自适应加工技术在整体叶盘 制造中的应用
Application of Adaptive Machining Technology in Blisk Manufacturing
的建立，还包括余量优化模型、工艺 另一种是根据 变形模型以及质量检测模型的建立； 数字化检测结 三是自适应加工模块，目的是生成数 果，先 采 用 逆
M *1
M *2
M *N
余量优化的自适应工艺模型建立过程
控加工综合误差补偿的刀具轨迹。 向工程中模型重构的方法建立待加
因此，本文提出基于轴对称原则
自适应加工系统 3 个模块相互 工零件的无缺陷模型，再与检测结果 的整体叶盘余量优化算法。在带约
（3）在整体叶盘修复中，由于叶
的主要方法之一，其关键是需要解决 的修复问题。由于发动机使用过程 片零件的部分缺失，必须通过对已有
数控编程中的通道五轴加工方式的 中不可避免地会遇到一些外物，特别 模型的重构和延拓实现对缺失部分
确定、多约束加工干涉和复杂的刀轴 是鸟打伤叶片的情况，采用常规的设 模型的重建。同时，叶盘在经过长时
钛基、钛铝化合物等先进复合材料， 工过程仍然需要五轴数控加工的方 表现在以下几个方面：
材料的可加工性差，造成整体叶盘的 法实现。与传统的数控加工方法相
（1）由 于 焊 接 精 度 和 装 夹 方 式
综合制造技术成为世界级的技术难 比，这种复合工艺的显著优点在于可 改变的影响，导致整体叶盘焊接毛坯
题。
设焊接整体叶盘毛坯的测量点
区域、装夹方位、余量分布、变形控制 杂，装夹调整困难，采用一般夹具往 集 P =｛P1,P2,…… ,P n｝，记 设 计 坐 和质量检测的统一模型。按照加工 往难以保证装夹和定位精度，而设计 标系中整体叶盘理论模型为 M，其
零件和工艺流程的不同，自适应工艺 专用夹具则会导致成本高、周期长等 中包含了 N 个叶片，自适应工艺模
自适应加工技术的应用现状及系统框架
自适应加工技术实现了数字化检测、模型重构及配准、装夹 定位及余量优化、数控加工等数字化制造领域多项技术的有机集 成，是整体叶盘复合制造工艺背景下的一种系统解决方案。随着 数字化检测技术的不断发展，其检测精度与速度已经能够满足现 代生产流水线的需求，这为自适应加工技术的研究和应用创造了 必备条件。基于毛坯的实际检测结果，通过模型重构来自动优化 零件数控加工过程的装夹定位、余量分布和加工轨迹规划，并实 现工艺变形和加工变形的综合补偿是整体叶盘自适应加工的本 质所在。自适应加工技术不但涵盖了传统数控加工中的 C A D / C A M 技术、多轴数控编程技术，还涉及到数字化检测、逆向工程 等多项相关技术，成为目前先进制造技术研究与应用中不可缺少 的一部分。
以节省大量的贵重金属，加工效率大 的数控加工基准可能发生变化。
目前，整体叶盘制造主要采用几 幅提高。线性摩擦焊技术还可以将
（2）焊 接 变 形 的 影 响 使 得 不 同
种复合制造工艺：精锻毛坯＋精密 两种不同的材料焊接在一起，这样可 叶片的变形程度与变形结果均存在
数控加工；焊接毛坯＋精密数控加 以根据叶片和轮毂工作条件的不同 差异，叶片焊接结果的一致性差，导
论坛 FORUM
叶盘的工程化生产，实验室在自适应 边界是整体叶盘叶片修复的关键技 可能均匀”的约束条件，这在一定程
加工方面也已开展了预先研究工作。 术问题。
度上增加了优化求解算法的难度，并
本文针对实验室开发的整体叶盘自
目前，加工区域模型的建立主要 且还可能不存在最优解。
适应加工系统的构成及涉及的若干 有 两 种 方 法：
联系，通过文件的传递转换相互作 对比，建立重构的模型误差分布，提 束遗传算法求解的基础上，建立余量
用。其中，基于数字化检测的自适应 取加工区域边界。
优化自适应工艺模型，实现整体叶盘
工艺模型是自适应加工的基础。自 2 工件定位与余量优化技术
的快速装夹和精密数控加工。
适应工艺模型是描述加工零件加工
整体叶盘焊接毛坯由于形状复
与上述优点相对应，航空发动机
2008 年第 13 期·航空制造技术 51
论坛 FORUM
整体叶盘的制造工艺面临着非常严
综合目前整体叶盘的制造方法 度、形状、位置要求需要最终的数控
峻的挑战。由于整体叶盘结构复杂， 可以看出，线性摩擦焊接方法具有节 加工手段来保证。因此，研究如何在
加工精度要求高，叶片型面为空间自 省材料、减少加工时间、综合性能高 整体叶盘线性摩擦焊结果的基础上
造厂家的整体叶盘加工中。采用线
性摩擦焊加工整体叶盘时，首先分别 加工单个叶片和轮毂，轮毂的轮缘处
数字化检测
自适应工艺模型建模
整体叶盘自适应加工
整
已作好连接叶片的凸座，而叶片根部
作有较厚的裙边；第二步将叶片紧 压在轮盘轮缘的凸座上，使其高频振 荡，造成叶片底部表面与凸座表面间 高速摩擦，产生足以使两者之间原子
本文以大型飞机发动机整体叶 盘为研究对象，结合其结构工艺特点
和目前西北工业大学已经开展的研
作为大型飞机的心脏，大推力高 究工作，讨论自适应加工技术在整体
涵道比涡扇发动机普遍采用了复合 叶盘生产和修复中的应用及其相关
材料或钛合金空心宽弦叶片、整体叶 的关键技术。
盘、整体叶环、单晶叶片等先进技术。 为确保我国大飞机研制的顺利进行， 必须采用先进的理论和方法突破上
工；高温合金整体精铸毛坯＋热等 选择相应的材料，转子性能及重量可 致焊接毛坯数控加工过程定位困难
静压处理等。利用五坐标数控加工 进一步优化。
和余量分布不均匀，从而影响整个叶
中心实现整体叶盘加工是目前航空
另外，与常规结构不同的是，整 盘的加工精度。
发动机风扇及压气机整体叶盘研制 体叶盘应用面临的一大难题是叶盘
整体叶盘的结构特点及 制造工艺
述关键零部件制造难题。
整体叶盘是 20 世纪 80 年代中
期西方发达国家在航空发动机设计 中采用的最新的结构和气动布局形 式。它将叶片和轮盘设计成一个整 体的结构，省去了传统连接需要的榫 头、榫槽和锁紧装置，减少了结构重 量和零件数量，还避免了榫头气流损 失，使发动机结构大为简化。同时， 整体叶盘在气动布局上采用了新的 宽弦、弯掠叶片和窄流道，从而进一 步 提 高 了 气 动 效 率。 据 国 外 报 道， 采用整体叶盘结构可使发动机重量 减 轻 20% ～ 30%，效 率 提 高 5% ～ 10％，零件数量减少 50% 以上。因此， 整体叶盘在先进发动机上得到了广 泛应用。
大飞机航空发动机的研发将更加注重其设计、制造和维护过 程中的可靠性、经济性和可维修性。因此，在大型客机及运输机 发动机的设计制造过程中，自适应加工技术越来越多地应用到大 型叶片及整体叶盘的修复加工中，其典型应用案例是欧盟第六框 架下优先发展的航空空间项目——航空发动机涡轮部件的自动 化修复系统 (AROSATEC)，该系统集成了德国 BCT 公司的自 适应加工技术，改进部件修复过程，现已应用于德国的 M T U 公 司及爱尔兰的 SIFCO 公司的叶片修复生产。
自适应加工技术不仅能用于大
张定华 西北工业大学机电学院院长，现