整体叶盘叶栅通道电解加工工具电极进给方向优化设计
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Байду номын сангаас
件 金属材 料来 达 到加 工 目的的方 法 ， 具有 加 工 范 围
广 、 面质量 好 、 表 加工 效率 高 、 阴极 无损 耗 、 件无 残 工
余 加工 应力 等诸 多优 点 ， 材料难 切削 、 在 叶片形状 复
杂 的整 体 叶盘制 造 中体现 出明显 的优势 。 国内外学 者对 整体 叶盘 的 电解加 工 开展 了深 入
的加工 。 当一个 叶栅 通 道 加 工完 成 后 ， 具 电极 沿 工 着进 给路 径 返 回 ， 件 旋 转 一 个 分 度 （ 度 角 ０＝ 工 分 ３ ０ ｍ， 为 叶盘 上叶 片数 量 ） ， 工下 一 个 叶栅 ６／ ｍ 后 加 通道 。依 次进行 ， 至加工 出所有 的叶栅通 道 。 直
加 工精 度 。
２ 问题 描 述
通 常情 况下 ， 工具 电极 应 沿 着空 间某 一 轨 迹进 给加 工 出叶栅 通 道 。但 如 果 研 究空 间进 给路 径 ， 在 现有 机床设 备条 件 下 ， 设计 出能 满 足 空 间进 给 且密
封 性 、 场 均 匀 性 较 好 的 工 装 夹 具 尚有 一 定 的 难 度 。 流 基 于 平 面 上 的进 给 方 向 可 满 足 大 部 分 叶 盘 加 工 的要
收稿 日期 ： ０ ２—０ ２１ ５—０ ４
基 金 项 目 ：国家 自然 科 学 基 金 资 助 项 目（ １０ １ ９ ； 苏 省 自然 科 ５０５１ ）江 学 基 金 资 助 项 目（ Ｋ２ １ ０ ） Ｂ ０ ５ ６ 第 一 作 者 简 介 ： 树 辉 ，男 ， ９ ７年 生 ， 士研 究 生 。 韦 １８ 硕
采 样 点 在 与 进 给 方 向 垂 直 的 方 向 上 坐 标 分 量 的 差 值 ， 到 不 同 进 给 方 向 的 余 量 差 。 以通 道 叶 盆 、 得 叶
背 型 面 余 量 均 匀 、 量 差 均 衡 为 准 则 ， 索 出 最 优 进 给 方 向 。在 电 解 加 工 机 床 上 展 开 试 验 研 究 ， 余 搜 结
工整 体 叶盘 叶片 。朱 永伟 等采用 直线 刃 电极进 行 整体 叶盘 数控展 成 电解 加工 的研 究 ， 工 出 了直 纹 加
面 或近直 纹 面的整 体叶盘 。 整 体 叶盘 的加 工 一 般分 为 两 步 ： 叶栅 通 道预 加 工 和 叶片型 面精加 工 。叶栅通 道 由一 个 叶片 的叶背 型 面与下 一个 叶 片的 叶盆 型 面及轮毂 型 面组成 。其 加 工余量 均 匀性 的优劣对 后续 型面精 加工 有着 重要 影 响 ， 叶栅 通道 型面加 工余 量不均 匀 ， 若 即余量 差较 大 ， 给型 面精Ｊ ｑ 的整 平带来 困难 ， 则 Ｊ － ｔ ￣ 严重 影响 型面
Ｏｐ ｉ ｉａ ｉ ｎ ｏ ｔ ｏ ｅ Ｆ ｅ ｒ ｃ ｉ ｎ ｉ ｄ ａ ｅ ｄ Ｅｌｃ ｒ ｃ ｍ ｉ ａ ａ ｈ ｎ ｎ ｔｍ ｚ ｔｏ ｆＣａ ｈ ｄ ｅ ｄ Ｄｉｅ ｔｏ ｎ Ｒａ ｉ ｌＦ ｅ ｅ ｔ ｏ ｈｅ ｃ ｌＭ ｃ ｉ ｉ ｇ
Ｗ ｅ ｕ ｉ Ｘｕ Ｚｈ ｎｇ ａ ｉＳｈ ｈｕ ， ｅ ｙ ｎｇ， ｎ Ｌｕ ｙ Ｌｉｏ Ｄｅ ｉ ｇ， ｕ Ｄｉ Ｓｕ ｎ ｅ， ａ ｐ ｎ Ｚｈ
本 文采 用成 形 电极 径 向进给 电解加 工整 体叶盘 叶栅 通 道 ， 析 了不 同进 给 方 向通 道 型 面 的精 加 工余 量 分 的均 匀性 ， 优化 了进 给方 向。
的弯 曲 ， 整个 叶 身 又 沿 着 叶 盘 向叶 背 方 向倾 斜 。 且
从 叶盘径 向观察 ， 可看 出叶 根 的某 些 部 分被 叶尖 遮 挡， 随着 绕轴线 旋 转 角度 的不 同 ， 即观察 角 度 不 同 ， 叶栅 通 道的 叶盆 、 背型 面 前 后遮 挡 的 情 况也 不 一 叶
面、 曲、 弯 扭转 等复 杂型 面 的叶片 ， 叶 片数量 多 ， 且 叶 栅通 道狭 窄 。对 于这 类 叶盘 ， 统 机 械加 工 难 以 胜 传
任 。如 ： 采用 数控 铣削 可能会 出现 刀具 成本 高 、 工 加
易 干涉 、 加工 效率低 等 问题 。
电解 加 工是基 于 电化学 阳极溶 解 的原理蚀 除 工
果表 明 ， 用优化 后 的进 给 方向进行 加 工 ， 获得余 量更 均 匀、 采 可 两侧 型 面余量 差较 均衡 的叶栅通 道 。 关键 词 ： 整体 叶盘 ； 电解加 工 ； 叶栅通 道 ； 向进 给 ； 向优 化 径 方
中图分类号 ： Ｇ ６ Ｔ ６２ 文献标 识码 ： Ａ 文章 编 号 ：０ ９—２ ９ ２ １ ）４—０ ２ —０ １０ ７ Ｘ（０ ２ ｏ ０１ ５
整 体 叶盘 是 航 空发 动 机 的一 种 新 型 结 构部 件 ， 它省 去常规 叶盘 连接 的榫头 和榫槽 ， 使结 构 简化 ， 大 大提 高 了叶盘 的性能 ， 同时 ， 著 提高 了发 动机 的工 显 作寿命 和安 全可靠 性… 。 但 现 代整 体 叶 盘多 采 用耐 高 温 、 硬度 的难 切 高 削材 料（ 如钛 合 金 、 温合 金 等 ） 结 构 上 采 用 变 截 高 ，
（Ｎａ ｊ ｇ Ｕｎｖ ｒｉｙｏ ｒ ｎ ｕ ｉ ｎ ｔｏ ａ ｔ ｓ Ｎａ ） ｇ２ ０ １ Ｃｈｎ ｎ ｉ ｉｅｓｔ ｆ ｎ Ａｅｏ ａ ｔ ｓａ ｄＡｓｒ ｎ ｕ ｉ ， ｎｉ １ ０ ６， ｉａ） ｃ ｃ ｎ
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一
２ １
—
《 电加工与模具》２１ 年第 ４ ０２ 期
的研 究 。德 国某 公 司采用拷 贝式 电解 加工 的方式 加
设 计 ・ 究 研
则无法 满足 电解 加 工整 平 比的要 求 ， 而 使 型 面精 从 加工 难 以达到加 工精度 要求 。本 文讨论在 已知整体 叶盘 几何 造型 的条件下 ， 电极 进给 方 向的优化 方法 。
样
ｌ 加 工 方 式 简 介
径 向进 给 电解 加 工整体 叶盘 叶栅通 道示 意 图见 图 １ 。成 形 电极 沿 着 整 体 叶盘 径 向运 动 ， 靠 侧 面 依 成 形 电解 加 工 出叶栅 通 道 的叶 盆 型面 、 叶背 型 面及
依 靠端 面成 形加 工 出 轮毂 型 面 ， 而 实现 叶栅 通道 从
设 计 ・ 究 研
《 电加工与模具》 ０２ ２ １ 年第 ４ 期
整 体 叶 盘 叶 栅 通 道 电解 加 工 工 具 电极 进 给 方 向优 化 设 计
韦树 辉 ， 正扬 ， 伦 业 ， 德 平 ， 徐 孙 廖 朱 获
（南京航 空航 天大 学机 电学 院 ， 江苏 南京 ２ ０ １ １ ０ ６）
摘要 ： 整体 叶盘 叶栅 通道 的加 工是在 叶 片型 面精加 工至 满足 设计 要 求之 前 不 可缺 少的 工 艺步
骤 。 设 计 了工 具 电 极 径 向 进 给 加 工 叶 栅 通 道 的模 式 ， 了提 高 整 体 叶 盘 叶 栅 通 道 余 量 分 布 的 均 匀 为
性， 还提 出了电极 进给 方 向的优 化 策略 。分析 了通 道型 面在进 给 方向上 的前后 遮挡 情 况 ， 比较 所有
求 。 因此 ， 本文 研究基 于平 面 的工 具 电极进 给方 向 ，
径 向进 给 电解加 工 不 仅能 加 工 出通 道 的 叶盆 、
该 平面 与整体 叶盘 回转轴 垂直 。图 ２是整体 叶盘 的
径 向观 察视 图。 叶片型 面沿着 叶身方 向有一 定程 度
叶背型 面 ， 同时能 利 用端 面成 形 加工 出复 杂 的轮 毂 型面 ， 少 了后续 对 叶 根 处修 正 的工 作量 。但进 给 减 方 向对通 道 叶盆 、 背 的加 工 余 量分 布 均 匀 性有 着 叶 重 要 的影 响 。为 了提 高精 加 工余 量 分 布 的均 匀 性 ，
件 金属材 料来 达 到加 工 目的的方 法 ， 具有 加 工 范 围
广 、 面质量 好 、 表 加工 效率 高 、 阴极 无损 耗 、 件无 残 工
余 加工 应力 等诸 多优 点 ， 材料难 切削 、 在 叶片形状 复
杂 的整 体 叶盘制 造 中体现 出明显 的优势 。 国内外学 者对 整体 叶盘 的 电解加 工 开展 了深 入
的加工 。 当一个 叶栅 通 道 加 工完 成 后 ， 具 电极 沿 工 着进 给路 径 返 回 ， 件 旋 转 一 个 分 度 （ 度 角 ０＝ 工 分 ３ ０ ｍ， 为 叶盘 上叶 片数 量 ） ， 工下 一 个 叶栅 ６／ ｍ 后 加 通道 。依 次进行 ， 至加工 出所有 的叶栅通 道 。 直
加 工精 度 。
２ 问题 描 述
通 常情 况下 ， 工具 电极 应 沿 着空 间某 一 轨 迹进 给加 工 出叶栅 通 道 。但 如 果 研 究空 间进 给路 径 ， 在 现有 机床设 备条 件 下 ， 设计 出能 满 足 空 间进 给 且密
封 性 、 场 均 匀 性 较 好 的 工 装 夹 具 尚有 一 定 的 难 度 。 流 基 于 平 面 上 的进 给 方 向 可 满 足 大 部 分 叶 盘 加 工 的要
收稿 日期 ： ０ ２—０ ２１ ５—０ ４
基 金 项 目 ：国家 自然 科 学 基 金 资 助 项 目（ １０ １ ９ ； 苏 省 自然 科 ５０５１ ）江 学 基 金 资 助 项 目（ Ｋ２ １ ０ ） Ｂ ０ ５ ６ 第 一 作 者 简 介 ： 树 辉 ，男 ， ９ ７年 生 ， 士研 究 生 。 韦 １８ 硕
采 样 点 在 与 进 给 方 向 垂 直 的 方 向 上 坐 标 分 量 的 差 值 ， 到 不 同 进 给 方 向 的 余 量 差 。 以通 道 叶 盆 、 得 叶
背 型 面 余 量 均 匀 、 量 差 均 衡 为 准 则 ， 索 出 最 优 进 给 方 向 。在 电 解 加 工 机 床 上 展 开 试 验 研 究 ， 余 搜 结
工整 体 叶盘 叶片 。朱 永伟 等采用 直线 刃 电极进 行 整体 叶盘 数控展 成 电解 加工 的研 究 ， 工 出 了直 纹 加
面 或近直 纹 面的整 体叶盘 。 整 体 叶盘 的加 工 一 般分 为 两 步 ： 叶栅 通 道预 加 工 和 叶片型 面精加 工 。叶栅通 道 由一 个 叶片 的叶背 型 面与下 一个 叶 片的 叶盆 型 面及轮毂 型 面组成 。其 加 工余量 均 匀性 的优劣对 后续 型面精 加工 有着 重要 影 响 ， 叶栅 通道 型面加 工余 量不均 匀 ， 若 即余量 差较 大 ， 给型 面精Ｊ ｑ 的整 平带来 困难 ， 则 Ｊ － ｔ ￣ 严重 影响 型面
Ｏｐ ｉ ｉａ ｉ ｎ ｏ ｔ ｏ ｅ Ｆ ｅ ｒ ｃ ｉ ｎ ｉ ｄ ａ ｅ ｄ Ｅｌｃ ｒ ｃ ｍ ｉ ａ ａ ｈ ｎ ｎ ｔｍ ｚ ｔｏ ｆＣａ ｈ ｄ ｅ ｄ Ｄｉｅ ｔｏ ｎ Ｒａ ｉ ｌＦ ｅ ｅ ｔ ｏ ｈｅ ｃ ｌＭ ｃ ｉ ｉ ｇ
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本 文采 用成 形 电极 径 向进给 电解加 工整 体叶盘 叶栅 通 道 ， 析 了不 同进 给 方 向通 道 型 面 的精 加 工余 量 分 的均 匀性 ， 优化 了进 给方 向。
的弯 曲 ， 整个 叶 身 又 沿 着 叶 盘 向叶 背 方 向倾 斜 。 且
从 叶盘径 向观察 ， 可看 出叶 根 的某 些 部 分被 叶尖 遮 挡， 随着 绕轴线 旋 转 角度 的不 同 ， 即观察 角 度 不 同 ， 叶栅 通 道的 叶盆 、 背型 面 前 后遮 挡 的 情 况也 不 一 叶
面、 曲、 弯 扭转 等复 杂型 面 的叶片 ， 叶 片数量 多 ， 且 叶 栅通 道狭 窄 。对 于这 类 叶盘 ， 统 机 械加 工 难 以 胜 传
任 。如 ： 采用 数控 铣削 可能会 出现 刀具 成本 高 、 工 加
易 干涉 、 加工 效率低 等 问题 。
电解 加 工是基 于 电化学 阳极溶 解 的原理蚀 除 工
果表 明 ， 用优化 后 的进 给 方向进行 加 工 ， 获得余 量更 均 匀、 采 可 两侧 型 面余量 差较 均衡 的叶栅通 道 。 关键 词 ： 整体 叶盘 ； 电解加 工 ； 叶栅通 道 ； 向进 给 ； 向优 化 径 方
中图分类号 ： Ｇ ６ Ｔ ６２ 文献标 识码 ： Ａ 文章 编 号 ：０ ９—２ ９ ２ １ ）４—０ ２ —０ １０ ７ Ｘ（０ ２ ｏ ０１ ５
整 体 叶盘 是 航 空发 动 机 的一 种 新 型 结 构部 件 ， 它省 去常规 叶盘 连接 的榫头 和榫槽 ， 使结 构 简化 ， 大 大提 高 了叶盘 的性能 ， 同时 ， 著 提高 了发 动机 的工 显 作寿命 和安 全可靠 性… 。 但 现 代整 体 叶 盘多 采 用耐 高 温 、 硬度 的难 切 高 削材 料（ 如钛 合 金 、 温合 金 等 ） 结 构 上 采 用 变 截 高 ，
（Ｎａ ｊ ｇ Ｕｎｖ ｒｉｙｏ ｒ ｎ ｕ ｉ ｎ ｔｏ ａ ｔ ｓ Ｎａ ） ｇ２ ０ １ Ｃｈｎ ｎ ｉ ｉｅｓｔ ｆ ｎ Ａｅｏ ａ ｔ ｓａ ｄＡｓｒ ｎ ｕ ｉ ， ｎｉ １ ０ ６， ｉａ） ｃ ｃ ｎ
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样
ｌ 加 工 方 式 简 介
径 向进 给 电解 加 工整体 叶盘 叶栅通 道示 意 图见 图 １ 。成 形 电极 沿 着 整 体 叶盘 径 向运 动 ， 靠 侧 面 依 成 形 电解 加 工 出叶栅 通 道 的叶 盆 型面 、 叶背 型 面及
依 靠端 面成 形加 工 出 轮毂 型 面 ， 而 实现 叶栅 通道 从
设 计 ・ 究 研
《 电加工与模具》 ０２ ２ １ 年第 ４ 期
整 体 叶 盘 叶 栅 通 道 电解 加 工 工 具 电极 进 给 方 向优 化 设 计
韦树 辉 ， 正扬 ， 伦 业 ， 德 平 ， 徐 孙 廖 朱 获
（南京航 空航 天大 学机 电学 院 ， 江苏 南京 ２ ０ １ １ ０ ６）
摘要 ： 整体 叶盘 叶栅 通道 的加 工是在 叶 片型 面精加 工至 满足 设计 要 求之 前 不 可缺 少的 工 艺步
骤 。 设 计 了工 具 电 极 径 向 进 给 加 工 叶 栅 通 道 的模 式 ， 了提 高 整 体 叶 盘 叶 栅 通 道 余 量 分 布 的 均 匀 为
性， 还提 出了电极 进给 方 向的优 化 策略 。分析 了通 道型 面在进 给 方向上 的前后 遮挡 情 况 ， 比较 所有
求 。 因此 ， 本文 研究基 于平 面 的工 具 电极进 给方 向 ，
径 向进 给 电解加 工 不 仅能 加 工 出通 道 的 叶盆 、
该 平面 与整体 叶盘 回转轴 垂直 。图 ２是整体 叶盘 的
径 向观 察视 图。 叶片型 面沿着 叶身方 向有一 定程 度
叶背型 面 ， 同时能 利 用端 面成 形 加工 出复 杂 的轮 毂 型面 ， 少 了后续 对 叶 根 处修 正 的工 作量 。但进 给 减 方 向对通 道 叶盆 、 背 的加 工 余 量分 布 均 匀 性有 着 叶 重 要 的影 响 。为 了提 高精 加 工余 量 分 布 的均 匀 性 ，