航发叶片砂带精密磨削参数化控制方法及试验研究

航发叶片砂带精密磨削参数化控制方法及试验研究叶片是航空发动机的核心高性能构件,长期工作在高温高压、高转速、复杂交变载荷的恶劣环境下,其加工精度和表面质量直接决定了整机的服役性能和疲劳寿命。

然而,航发叶片材料难加工、刚性差,叶型变截面、弯扭特性复杂,精密磨削难度极大。

目前,砂带磨削技术已在航发叶片精密加工领域获得了成功的应用,基本达到了加工质量的要求。

但是,砂带柔性磨削过程的多重接触变形使得磨削加工质量难以精准控制,磨削过程可控的工艺参数多且参数之间存在交互影响,不同磨削工艺参数组合将导致磨削过程中的力、温度、振动和砂带磨损等状态参数产生非线性变化。

针对这一难题,本文提出一种基于磨削过程状态参数精准测试和分析的参数化控制方法,通过有效控制磨削工艺参数而精准控制磨削过程,以提高航发叶片砂带磨削的加工精度与质量,主要研究内容如下:(1)分析叶片材料和复杂曲面砂带磨削特性,在精确拟合叶片坐标系的基础上建立型面轮廓的精度检测和评价方法。

针对叶片七轴六联动数控磨削加工过程,研究磨削工艺参数对磨削过程状态参数及磨削质量的影响规律。

(2)针对磨削过程中的关键状态参数对测试系统的性能要求,提出了精准参数测试系统的组建方案。

选择硬件实现磨削状态参数转换和信号调理,运用LabVIEW编程软件及其RT实时模块、FPGA模块完成测试软件系统的开发,实现力、温度和振动等多信号采集控制、数据传输、数字信号处理、数据存储等测试功能。

(3)分析磨削参数数字信号滤波、去除均值和趋势项、加窗等预处理方法,研究不同的磨削过程状态信号分析方法及其在软件系统的实现,对采集的信号进
行时域、频域和时频联合分析。

针对叶片材料的试样开展磨削加工基础试验,研究磨削工艺参数对磨削过程中的磨削力、磨削温度与磨削振动的影响规律。

(4)通过对某型号航空发动机压气机叶片磨前截面特性分析和模型重构、余量提取,采用自适应磨削方法对磨削工艺进行规划。

基于砂带磨削参数化控制方法及建立的磨削状态参数模型优选磨削工艺参数开展了叶片全型面的磨抛试验,对磨削加工后几何精度和表面质量进行分析,验证航发叶片的砂带磨削参数化控制方法的有效性。