叶片型面数控加工变形控制夹具分析

航 空 发 动 机 叶 片 型面 因其 薄 壁 弱 刚 性 结 构 、复
杂空 间曲面形状、材料切削性能差、轮廓与位置精
度要 求 严 格 等特 点 ，使 得 其 加 工 即使 采 用 先进 的 多 轴 加 工 设 备和 较 好 的 刀具 材料 来 进 行 加 工 ，如 果 工
艺 措 施 不 得 当 ，依 然 不 易 获得 满 意 的 加 工效 率 和 加
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变 所 带 来 的加 工 效 率提 高 。为 此 ，我们 通 过 对 叶 片
型面结构特点 、几何精度要求和加工方式特点的综
合 分析 ，设 计 了合理 的夹 具 结 构 ，使 叶 片 型 面 的加 工 既获 得 了满 意 的加 工精 度 质 量 ，同时 也 扫 除 了通 过 改变 切 削 参数 进 行 效率 提 升 所 存在 的潜 在 障碍 。
图３ 螺旋铣削走 刀路径示 意图
利 用 该 种 加 工 方 式 加 工 叶 片 型 面 存 在 的 问 题 是 ，叶 片 型 面 中部 区域 在 ｙ 方 向有 向一 端 偏 移 的 现 象 ， 中部 型 面 比较 于 两端 型 面 有偏 厚 现 象 ，叶 片 型
精度和相对于叶片规定基准面的位置精度。 由于叶片型面结构为空 间三维 曲面形式 ，其成 形加工选择五轴联动数控加工中心设备 ，叶片型面 最初的加工定位方式是 ，使用与设备前端 回转轴联
象的分析 ，考虑进行的改进是 ：将叶片后端轴颈端
面顶 尖 孔顶 紧的 定位 压 紧 方式 ，改 变为 后 端轴 颈 外 圆表 面 的 定位 压 紧 方式 ，该种 压 紧 方式 由于避 免 了 型 面部 位 对 力 的传 递作 用 ，从而 避 免 了压 紧力使 叶 身型 面产 生 弹性 弯 曲变形 的 现 象 ，这 样也 就 使 叶 片 型面 加 工所 形 成 的位 置 精度 不 受到 压 紧 力 的影 响而 发生 变 化 ，从 而 消除 了该 因素 所 产生 的 叶 片型 面 中 部偏 移 位置 精 度超 差 的现 象 。
接 的专 用 夹具 ，对 叶 片 前 端 轴 颈 外 圆表 面 、 角 向
面曲面外端较薄部位具有偏厚现象，其中型面偏厚 现象随着单把 刀具加工件数的增加而更加 严重 。以
上现 象 的 存 在 ，使 叶 片 型面 加 工 的精 度 保 证稳 定 性 较 差 ，单把 刀具 加 工 叶 片数 量 受 到极 大 限 制 ，加 工 参数 调 整所 决 定 的效 率 水平 提 高 也 受到 较 大限 制 。
图ｌ 叶片结构示意图 Ｃ
成的影 响 ，也存在 由于叶片刚性不足而 受到切削力
作 用 的 变形 影 响 ，其 中后 一 种 情 况 的 变形 影 响 ，会 因为 叶 片材 料 切 削 加 工性 差 ， 刀具 易磨 损现 象 的 存
在 而更 加 不 易 控 制 ，其 不 仅 使 叶 片 型面 的加 工 难 以 稳 定地 获 得 加 工 精 度 的保 证 ，也 限 制 了切 削参 数 改
孔进行顶 紧。叶片加工为数控程序控制的螺旋 回转
铣 削 ，加 工轨 迹 如 图３ 所示 。
Ｄ
工 质 量 。其 中加 工 所 用 夹具 结 构 在 保 证 获得 满 意 的 精 密加 工效 果 方 面 也起 到 至 关重 要 的 作 用 。 某 种双 轴颈 叶 片的 加 工 因 最 初夹 具 结 构 上 考 虑 的 欠 缺 ，使得 叶 片 型 面加 工 质量 既 存 在 装夹 变 形 造
参 蔼 冷 加 工
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针 对 以 上现 象 存 在 ，通过 对 叶 片 结构 与 材料 性
较强的规律性 ，在叶片型面几何精度要求比较严格 的情况下 ，其加工精度的保证非常困难。依据于程 序的预变形控制加工，在很 多情况下不能达到理想
效果 。
能特点进行分析得 出的判断是 ，叶片在加工时的定 位压紧方式不合理 ，并且夹具结构在防止加工变形 方面也欠缺考虑。为此 ，我们进行了相关的技术完
善和 试 验 工作 。
二、夹具结百度文库改进方案
１ ． 装夹变形 因素控制 改进思路方案
依据 叶片 型 面加 工 前 装 夹定 位 形 式造 成 变 形 现
２ ． 产生 问题的原因
（ １ ）叶 片 装 夹 定 位 产 生 的 变 形 影 响 叶 片 型 面 加 工时 ，采 用前 端 轴颈 外 圆表 面抱 紧 方式 进 行定 位 ，后端 轴 颈 采 用端 面 顶尖 孔 顶 紧方 式 进行 定 位 ，
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叶片型面数控加工变形控制夹具分析
中航工 业沈 阳黎 明航 空发动机 （ 集 团）有 限责任公 司 （ 辽 宁 １ １ ０ ０ ４ ３ ）
刘随建 陈亚莉 刘建 伟 李 美荣
平 面 Ｄ、 前 端 缘 板 端 面 进 行 定 位 和 相 关 的 压 紧 ， 使 用设 备 后 端 回转 轴 上 的 顶尖 对 叶 片 后端 端 面 顶尖
由于叶片型面刚性较差 ，叶片顶紧力控制不当时 ， 容易造成叶片型面部位产生弹性弯曲变形现象 ，而 叶片型面的加工也就成为了在弹性弯曲变形情况下
的 加 工 ，假 设 叶 片 加 工 不 存 在 其 他 现 象 的 变 形 影
响，则叶片型面在顶紧力存在情况下 ，其加工的型
面 是 合格 状 态 的 ，但 是 在顶 紧 力 撤除 后 ，叶片 的 弹
性弯 曲变形消失 ，加工的叶 片型面各处在 自然状态
一
图２ 叶片型面加工形位精度要求示意图
、
夹具结构 因素产生问题分析
１ ． 产生的 问题
某种双 轴颈叶片结构 如 图１ 所 示 ， 由两 端 轴 颈 和 缘 板 及 中 间 型 面 三 个 主 要 部 分 组 成 ，要 加 工 的 叶 片 型 面 结 构 具 有 三 维 空 间 曲面 形 状 （ 见 图１ 、图 ２ ） ，型 面 的 几 何 尺 寸 精 度要 求 是 保 证 自身 的 形 状