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大涵道比渦扇發(fā)動機風扇葉片，在長度尺寸方面基本都達到了500MM以上，這種大型化的結(jié)構(gòu)特點使其工作中承受的離心力和振動應力都非常大，因此也成為大型渦扇發(fā)動機上具有非常重要意義的零件。目前，很多渦扇發(fā)動機仍然采用技術比較成熟的鈦合金阻尼臺風扇葉片，這種葉片型面所呈現(xiàn)的狹長結(jié)構(gòu)使其在盆背方向薄壁結(jié)構(gòu)形式下的弱剛性特點更加突出。這種結(jié)構(gòu)剛性較差的狀況與型面總體面積較大、材料難加工的性質(zhì)，為其利用傳統(tǒng)機械加工工藝進行加工帶來了不利影響，直觀的體現(xiàn)是型面的輪廓尺寸精度、位置精度保證困難，手工拋光效率低、勞動強度大，葉型易產(chǎn)生燒傷、燒蝕現(xiàn)象。上述問題的存在構(gòu)成了葉片生產(chǎn)的瓶頸。隨著多軸聯(lián)動數(shù)控加工技術的發(fā)展應用和針對該種葉片型面加工工藝的研究，使該種葉片型面加工的難點逐步得到突破，加工的質(zhì)量、效率水平達到了比較理想的狀態(tài)。

大型鈦合金風扇葉片型面數(shù)控加工主要工藝路線

對于大型鈦合金風扇葉片型面的加工，從傳統(tǒng)工藝所涉及的各方面因素進行考慮，其存在的不利影響有以下幾個方面。

1材料的影響

（1）鈦合金彈性模量小，易造成葉片加工的裝夾變形；加工中后刀面的磨損，又容易出現(xiàn)切削力的增大。

（2）導熱性差，手工拋光的干磨削易造成應力變形和燒傷、燒蝕現(xiàn)象。

2葉片結(jié)構(gòu)的影響

（1）型面總體加工面積大，刀具加工全過程中因磨損所造成的精度影響較大。

（2）手工拋光因拿持不便，勞動強度大，加工精度難以保證。

3毛料狀況影響

由于材料與規(guī)格尺寸的影響，使得難以獲得理想的余量分布，由此造成型面余量去除不均所形成的切削力波動，產(chǎn)生應力變形。

4機床功能影響

（1）葉片型面的曲面結(jié)構(gòu)、刀具的固定方向切入、實際切削角度與切削參數(shù)的不同造成切削力的變化。

（2）冷卻條件差，冷卻不充分與無冷卻的狀況造成熱應力變形。

針對大型鈦合金風扇葉片型面加工的難點因素，依據(jù)多軸聯(lián)動數(shù)控加工技術所具有的綜合加工優(yōu)勢，確定的主要加工工藝路線是：葉片榫頭及輔助定位基準的加工→葉片型面數(shù)控粗銑加工→消除應力退火→定位基準修復→葉片型面數(shù)控精銑加工→型面光精加工。以上工藝路線所確立的總體工藝思路是：型面數(shù)控粗銑加工進行大部分余量的去除，并使精銑加工具有理想的余量分布；葉片型面數(shù)控精銑加工保證型面的幾何尺寸和位置精度基本達到葉片終的精度要求；葉片型面的光精加工保證型面的表面層質(zhì)量達到要求。

大型鈦合金風扇葉片型面數(shù)控銑加工要點

按照葉片型面總體工藝思路要求，葉片型面的銑削加工要保證型面的幾何位置精度基本達到設計要求水平，并具有一定的表面粗糙度質(zhì)量，同時加工中效率的提高也是型面銑削的重點工作之一。依據(jù)對大型鈦合金風扇葉片型面加工特點的了解，需要綜合考慮設備、刀具、加工定位等多方面因素的影響。

對于大型鈦合金風扇葉片型面的銑削加工，選擇五軸聯(lián)動加工中心是非常必要的。選擇成熟的五軸聯(lián)動葉片加工中心既有高效加工方面的考慮，也有加工精度保證能力方面的考慮。對于曲率變化較大的型面加工，機床主軸的擺角功能能夠很好地適應型面曲率變化所對應的切削受力一致的要求，機床高壓冷卻系統(tǒng)使切削溫度大幅度降低，避免刀具快速磨損，使型面加工獲得良好的加工精度和表面加工質(zhì)量。

為了防止和減小長葉片裝夾和切削加工中產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)變形，要保證設備前后端裝夾葉片的回轉(zhuǎn)軸具有同步回轉(zhuǎn)功能，其目的是改變傳統(tǒng)葉片加工工藝使用的一端夾緊、一端頂緊的定位裝夾方式，避免葉片裝夾時產(chǎn)生的彎曲變形和葉片回轉(zhuǎn)加工時一端轉(zhuǎn)動、一端隨動而使葉片型面在長度方向產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)變形。適應于葉片定位裝夾的該項要求，葉片尾端輔助定位部分，相對于前端的榫頭定位基準要具有嚴格的位置精度要求，在型面粗加工完成后，對于因應力變形而產(chǎn)生的葉片前后端定位基準之間的位置精度誤差，要給予修復。葉片型面加工用夾具，在安裝到機床前后兩端回轉(zhuǎn)軸上后，在確定機床前后兩端回轉(zhuǎn)軸不存在同心度誤差的情況下，利用專用芯軸對前后夾具的安裝精度進行檢測調(diào)整，保證兩端夾具具有準確的位置精度關系，以免機床前后回轉(zhuǎn)軸的同步回轉(zhuǎn)功能因夾具裝夾精度差而產(chǎn)生額外扭轉(zhuǎn)應力。

葉片型面的粗銑加工，是為了去除較大的余量，并為精加工留均勻的加工余量，在此前提下，該工序的加工應該保證具有高的加工效率。五軸聯(lián)動葉片加工中心，具有寬行加工功能，其原理是，在銑削葉片時，刀具中心線不垂直于被銑點或面的切線，而是在走刀方向上與被銑點或面的法向成一定的角度，這種銑削采用的是圓柱型立銑刀，銑削軌跡是較寬的橢圓型弧線，與球頭刀的銑削相比，對于銑削出同樣的型面波峰高度或表面質(zhì)量而言，生成的刀具路徑的間距要大很多。因此，這種加工具有很高的加工效率。在實際加工中，采用在葉片長度上從一端向另一端移動的回轉(zhuǎn)加工方式，即螺旋銑削方式，從效率角度上看，螺旋銑削方式相對于縱向銑削方式也具有更高的加工效率。

葉片型面的精銑加工是為了獲得較高的幾何與位置精度，同時使型面的粗糙度水平達到一定的要求。為了降低鈦合金材料加工產(chǎn)生的“回彈”影響和大面積型面加工時刀具磨損對加工精度的影響，刀具必須保證鋒利，并避免一把刀具的長時間加工。為此，在可能的情況下，盡量使用端銑刀進行型面的縱向銑削加工。縱向銑削加工可以分別使用幾把刀具進行葉背型面、葉盆型面、進氣邊緣、排氣邊緣的銑削，避免一把刀具大面積加工造成的磨損使葉片各處型面加工精度水平產(chǎn)生不一致現(xiàn)象，有利于型面終光精加工的進行。

在大型鈦合金風扇轉(zhuǎn)子葉片型面銑削加工時，為了改善切削條件，所有避免刀具磨損的措施都是必要的。在刀具材料、規(guī)格形式的選用方面，選擇整體硬質(zhì)合金帶涂層的圓柱球型銑刀加工葉片緣板內(nèi)側(cè)面、緣板內(nèi)側(cè)面與型面轉(zhuǎn)接圓弧、靠近緣板的過渡型面、進排氣邊緣部位，選擇圓柱鑲硬質(zhì)合金帶涂層刀片的端銑刀加工葉片葉盆和葉背大面積的型面表面。加工鈦合金刀具的涂層材料選擇非常重要，要避免使用與鈦合金具有親和性的涂層材料。目前加工鈦合金常用PVD涂層刀具，PVD涂層較薄而且光滑，它們附著在刀具硬質(zhì)合金基體上的同時還會產(chǎn)生一種殘余應力，這種應力有利于提高刀具的抗破壞性能，PVD能夠緊密地貼于刀具上，有利于保持鋒利的切削刃外形，PVD刀具抗磨性好，化學性質(zhì)穩(wěn)定，不易產(chǎn)生積屑瘤。加工中，要使用充足的冷卻液對刀具進行冷卻和改善摩擦影響，選擇合理的切削加工參數(shù)，改善切削力影響等。

大型鈦合金風扇葉片型面數(shù)控光精加工特點

葉片型面光精加工是為了保證型面粗糙度、波紋度滿足設計要求、材料組織性能不產(chǎn)生變化，并且加工中要保證銑加工所獲得的幾何尺寸和位置精度基本沒有大的改變。對于實際加工而言，葉片型面精加工是在去除銑加工存留刀痕的基礎上，達到所要求的粗糙度、波紋度。型面每處的單面金屬去除量不應大于0.05MM。

目前，利用數(shù)控砂帶磨拋機床進行葉片型面光精加工的方式，是實際加工應用較為成熟的方法，而利用數(shù)控金剛石磨輪磨削機床進行葉片型面光精加工的方式，是正在嘗試應用的一種方法。這些加工方式之所以被選擇應用是因為它們各具特點。

首先，對于數(shù)控砂帶磨拋機床加工方法而言，其具有以下特點：（1）砂帶磨削磨粒銳利，磨削效率高，已達到銑削的10倍、普通砂輪磨削的5倍；（2）砂帶磨削與工件摩擦較小，磨削生熱少，砂帶周長較大，磨粒散熱時間間隔長，容易獲得空氣和切削液的完全冷卻，可有效減少工件變形、避免燒傷和燒蝕；（3）砂帶本身的柔軟性和工作輪表面的橡膠體結(jié)構(gòu)，保證砂帶磨削與工件柔性接觸，具有較好的跑合和拋光作用；（4）砂帶磨削有穩(wěn)定的磨具尺寸，由于砂帶依附于工作輪上進行磨削，磨具尺寸有較好的穩(wěn)定性；（5）砂帶磨削不能進行大余量去除的長時間加工，砂帶含有的磨料總量有限，大余量去除的長時間加工會使磨料迅速消耗掉，需要中斷加工進行砂帶更換。

砂帶磨削的上述特點使大型鈦合金風扇葉片型面拋光實現(xiàn)程序控制條件下的機械化生產(chǎn)成為現(xiàn)實。目前，用于葉片拋光的數(shù)控砂帶磨削方式，有2種方法可供選擇應用：一種是使用六軸數(shù)控砂帶磨拋機床進行加工，另一種是使用機器人數(shù)控砂帶拋光系統(tǒng)進行加工。

六軸數(shù)控砂帶磨拋機床的運動功能類似于銑削時的五軸數(shù)控加工中心，砂帶磨削工作輪與端銑刀加工所具有的結(jié)構(gòu)差異使其在型面加