一种叶盘加工方法

摘要

本发明公开了一种叶盘加工方法，包括以下步骤：S1、设置流道的数量为N，流道包括N1个第一流道和N2个第二流道，第一流道和第二流道交替分布；流道沿叶盘的径向加工，并均匀排布，且相邻的流道之间形成叶片；S2、利用摆线铣加工依次开设N1个第一流道；S3、对第一流道进行层铣削；S4、重复步骤S2‑S3，直至铣削的层数为X1；S5、利用摆线铣加工以开设任一第二流道；S6、对S5步骤中完成的第二流道进行层铣削；S7、对S6步骤中完成的第二流道，以及叶片进行精铣；S8、重复步骤S5‑S7，直至铣削的层数为X2，完成第二流道的铣削；S9、重复步骤S5‑S8，依次加工第二流道和其侧边的叶片。本发明能够在提高叶盘加工效率的同时降低对机床的损伤。

权利要求

1.一种叶盘加工方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、设置流道的数量为N，所述流道包括N1个第一流道和N2个第二流道，所述第一流道和所述第二流道交替分布；所述流道沿叶盘的径向加工，且所述流道环绕叶盘的中心均匀排布，且相邻的所述流道之间形成叶片；

S2、利用摆线铣沿所述叶盘的径向加工依次开设N1个第一流道；

S3、对所述第一流道进行逐层铣削；

S4、重复步骤S2‑S3，直至铣削的层数为X1，X1＝L/m1，其中L为叶长，m1为切深；

S5、利用摆线铣沿所述叶盘的径向加工以开设任一所述第二流道；

S6、对S5步骤中完成的所述第二流道进行逐层铣削；

S7、对S6步骤中完成的所述第二流道，以及所述叶片进行精铣；

S8、重复步骤S5‑S7，直至铣削的层数为X2，完成所述第二流道的铣削，X2＝L/m2，其中L为叶长，m2为切深；

S9、重复步骤S5‑S8，依次加工所述第二流道和其侧边的叶片；

在步骤S7中，铣刀路数的重复层数为X4，其中X4≤2。

2.如权利要求1所述的叶盘加工方法，其特征在于，当所述叶片为偶数时，包括以下步骤：

S1、设置流道的数量为N，所述流道包括N1个第一流道和N2个第二流道，所述第一流道和所述第二流道交替分布；其中，N1＝N/2，N2＝N/2；所述流道沿叶盘的径向加工，且所述流道环绕叶盘的中心均匀排布，且相邻的所述流道之间形成叶片；

S2、利用摆线铣沿所述叶盘的径向加工依次开设N1个第一流道；

S3、对所述第一流道进行逐层铣削；

S4、重复步骤S2‑S3，直至铣削的层数为X1；

S5、利用摆线铣沿所述叶盘的径向加工以开设任一所述第二流道；

S6、对S5步骤中完成的所述第二流道进行逐层铣削；

S7、对S6步骤中完成的所述第二流道，以及其两侧的所述叶片进行精铣；

S8、重复步骤S5‑S7，直至铣削的层数为X2，完成所述第二流道以及其两侧的所述叶片的铣削；

S9、重复步骤S5‑S8，依次加工所述第二流道以及其两侧的所述叶片。

3.如权利要求1所述的叶盘加工方法，其特征在于，当所述叶片为奇数时，包括以下步骤：

S1、设置流道的数量为N，所述流道包括N1个第一流道和N2个第二流道，所述第一流道和所述第二流道交替分布；其中，N1＝(N‑1)/2，N2＝(N‑1)/2；所述流道沿叶盘的径向加工，且所述流道环绕叶盘的中心均匀排布，且相邻的所述流道之间形成叶片；

S2、利用摆线铣沿所述叶盘的径向加工依次开设N1个第一流道；

S3、对所述第一流道进行层铣削；

S4、重复步骤S2‑S3，直至铣削的层数为X1；

S5、利用摆线铣沿所述叶盘的径向加工第N个流道，然后对第N个流道进行层铣削，再对第N个流道以及其靠近所述第一流道的所述叶片进行精铣；

S6、重复步骤S5，直至铣削的层数为X3，X3＝L/m3，其中L为叶片长度，m3为切深；

S7、利用摆线铣沿所述叶盘的径向加工以开设任一所述第二流道；

S8、对S7步骤中完成的所述第二流道进行逐层铣削；

S9、对S8步骤中完成的所述第二流道，以及其两侧的所述叶片进行精铣；

S10、重复步骤S7‑S9，直至铣削的层数为X2，完成所述第二流道及其两侧的所述叶片的铣削；

S11、重复步骤S7‑S11，依次加工所述第二流道和其两侧的所述叶片。

4.如权利要求1所述的叶盘加工方法，其特征在于，在步骤S3和步骤S6中，铣刀的避让距离为0.3‑0.6mm，所述避让距离为进行逐层铣削的铣刀相比于摆线铣的铣刀沿远离所述叶片的方向的偏移距离。

5.如权利要求1所述的叶盘加工方法，其特征在于，在步骤S7中，铣刀的避让距离为

0.3‑0.6mm，所述避让距离为进行精铣的铣刀相比于进行逐层铣削的铣刀向远离所述叶片的方向的偏移距离。

6.如权利要求1所述的叶盘加工方法，其特征在于，步骤S2完成后，叶片的保留余量为

0.45‑0.65mm；步骤S5完成后，叶片的保留余量为0.45‑0.65mm。

7.如权利要求1所述的叶盘加工方法，其特征在于，步骤S3完成后，叶片的保留余量为

0.15‑0.35mm；步骤S6完成后，叶片的保留余量为0.15‑0.35mm。

8.如权利要求1所述的叶盘加工方法，其特征在于，所述摆线铣的铣刀为第一锥度球头铣刀，逐层铣削的铣刀为第二锥度球头铣刀，精铣的铣刀为第三锥度球头铣刀。

说明书

一种叶盘加工方法

技术领域

[0001] 本发明具体涉及一种叶盘加工方法。

背景技术

[0002] 航空发动机整体叶盘将传统分离的转子叶片和轮盘做成一个整体，导致叶盘的加工难度较大。特别是针对大型的风扇盘，叶片悬长100mm‑300mm，并且叶片薄、扭曲度大、流
道狭窄。此外，风扇盘采用钛合金和不锈钢，高温合金等加工难度较高的材料，使得叶盘加
工的过程中易出现变形、颤振等现象。风扇盘叶型的轮廓度具有较高的精度要求，通常叶型
公差±0.05mm，前后缘公差只有±0.04mm。传统的加工方法中，先对叶片进行摆线铣在叶片
的表面开设粗流道，然后进行灌蜡处理，再对叶片进行分层精铣。上述叶片加工的工序中灌
蜡工艺繁琐，使得叶盘的加工效率较低，同时去除的蜡进入机床内部后，易对机床产生一定
的损害。

发明内容

[0003] 本发明要解决的技术问题是提供一种叶盘加工方法，其能够在提高叶盘加工效率的同时降低对机床的损伤。

[0004] 为了解决上述技术问题，本发明提供了一种叶盘加工方法，包括以下步骤：

[0005] S1、设置流道的数量为N，所述流道包括N1个第一流道和N2个第二流道，所述第一流道和所述第二流道交替分布；所述流道沿叶盘的径向加工，且所述流道环绕叶盘的中心
均匀排布，且相邻的所述流道之间形成叶片；

[0006] S2、利用摆线铣沿所述叶盘的径向加工依次开设N1个第一流道；

[0007] S3、对所述第一流道进行层铣削；

[0008] S4、重复步骤S2‑S3，直至铣削的层数为X1，X1＝L/m1，其中L为叶长，m1为切深；

[0009] S5、利用摆线铣沿所述叶盘的径向加工以开设任一所述第二流道；

[0010] S6、对S5步骤中完成的所述第二流道进行层铣削；

[0011] S7、对S6步骤中完成的所述第二流道，以及所述叶片进行精铣；

[0012] S8、重复步骤S5‑S7，直至铣削的层数为X2，完成所述第二流道的铣削，X2＝L/m2，其中L为叶长，m2为切深；

[0013] S9、重复步骤S5‑S8，依次加工所述第二流道和其侧边的叶片。

[0014] 进一步的，当所述叶片为偶数时，包括以下步骤：

[0015] S1、设置流道的数量为N，所述流道包括N1个第一流道和N2个第二流道，所述第一流道和所述第二流道交替分布；其中，N1＝N/2，N2＝N/2；所述流道沿叶盘的径向加工，且所
述流道环绕叶盘的中心均匀排布，且相邻的所述流道之间形成叶片；

[0016] S2、利用摆线铣沿所述叶盘的径向加工依次开设N1个第一流道；

[0017] S3、对所述第一流道进行层铣削；

[0018] S4、重复步骤S2‑S3，直至铣削的层数为X1；

[0019] S5、利用摆线铣沿所述叶盘的径向加工以开设任一所述第二流道；

[0020] S6、对S5步骤中完成的所述第二流道进行层铣削；

[0021] S7、对S6步骤中完成的所述第二流道，以及其两侧的所述叶片进行精铣；

[0022] S8、重复步骤S5‑S7，直至铣削的层数为X2，完成所述第二流道以及其两侧的所述叶片的铣削；

[0023] S9、重复步骤S5‑S8，依次加工所述第二流道以及其两侧的所述叶片。

[0024] 进一步的，当所述叶片为奇数时，包括以下步骤：

[0025] S1、设置流道的数量为N，所述流道包括N1个第一流道和N2个第二流道，所述第一流道和所述第二流道交替分布；其中，N1＝(N‑1)/2，N2＝(N‑1)/2；所述流道沿叶盘的径向
加工，且所述流道环绕叶盘的中心均匀排布，且相邻的所述流道之间形成叶片；

[0026] S2、利用摆线铣沿所述叶盘的径向加工依次开设N1个第一流道；

[0027] S3、对所述第一流道进行层铣削；

[0028] S4、重复步骤S2‑S3，直至铣削的层数为X1；

[0029] S5、利用摆线铣沿所述叶盘的径向加工第N个流道，然后对第N个流道进行层铣削，再对第N个流道以及其靠近所述第一流道的所述叶片进行精铣；

[0030] S6、重复步骤S5，直至铣削的层数为X3，X3＝L/m3，其中L为叶长，m3为切深；

[0031] S7、利用摆线铣沿所述叶盘的径向加工以开设任一所述第二流道；

[0032] S8、对S7步骤中完成的所述第二流道进行层铣削；

[0033] S9、对S8步骤中完成的所述第二流道，以及其两侧的所述叶片进行精铣；

[0034] S10、重复步骤S7‑S9，直至铣削的层数为X2，完成所述第二流道及其两侧的所述叶片的铣削；

[0035] S11、重复步骤S7‑S11，依次加工所述第二流道和其两侧的所述叶片。

[0036] 进一步的，在步骤S7中，铣刀路数的重复层数为X4，其中X4≤2。

[0037] 进一步的，在步骤S3和步骤S6中，铣刀的避让距离为0.3‑0.6mm，所述避让距离为进行逐层铣削的铣刀相比于摆线铣的铣刀沿远离所述叶片的方向的偏移距离。

[0038] 进一步的，在步骤S7中，铣刀的避让距离为0.3‑0.6mm，所述避让距离为进行精铣的铣刀相比于进行逐层铣削的铣刀向远离所述叶片的方向的偏移距离。

[0039] 进一步的，步骤S2完成后，叶片的保留余量为0.45‑0.65mm；步骤S5完成后，叶片的保留余量为0.45‑0.65mm。

[0040] 进一步的，步骤S3完成后，叶片的保留余量为0.15‑0.35mm；步骤S6完成后，叶片的保留余量为0.15‑0.35mm。

[0041] 进一步的，所述摆线铣的铣刀为第一锥度球头铣刀，逐层铣削的铣刀为第二锥度球头铣刀，精铣的铣刀为第三锥度球头铣刀。

[0042] 本发明的有益效果：

[0043] 首先利用摆线铣进行高效的铣削处理，完成粗铣加工，提高了粗铣加工时的效率；然后利用铣刀进行分层铣削的方式对流道和叶片进行进一步加工处理，使得加工过程中易
保证叶片的轮廓度；在分层铣削结束后，再对上述流道余量和叶片余量进行精铣处理，此
时，精铣的工序既能够进一步的提高叶片的轮廓度；利用摆线铣、层铣以及精铣的组合加工
策略，能够兼顾叶片加工中各个阶段的效率和叶片的轮廓度；

[0044] 在粗铣完成后利用铣刀进行逐层铣削的加工方式替代现有技术中的灌蜡工序，既能够解决灌蜡工序繁琐造成的效率低下，提高了叶盘加工时的效率；同时也解决了灌蜡工
艺对机床的损伤，因而本实施例中的加工策略降低了对机床的损伤，有效地延长了机床的
使用寿命。

附图说明

[0045] 图1是本发明的流道示意图；

[0046] 图2是本发明中摆线铣的刀轨；

[0047] 图3是本发明中摆线铣切削原理示意图；

[0048] 图4是本发明中流道层铣时刀轨的示意图；

[0049] 图5是本发明中流道层铣切削原理示意图；

[0050] 图6是本发明中精铣时刀轨的示意图；

[0051] 图7是本发明中精铣切削原理示意图；

[0052] 图8是本发明中叶盘加工时铣刀原理示意图。

具体实施方式

[0053] 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

[0054] 实施例一

[0055] 参照图1‑图8所示，本发明的一种叶盘加工方法的一实施例，当所要加工的叶片的数量为偶数时，包括以下步骤:

[0056] S1、设置流道的数量为N，所述流道包括N1个第一流道和N2个第二流道，所述第一流道和所述第二流道交替分布；其中，N1＝N/2，N2＝N/2；所述流道沿叶盘的径向加工，且所
述流道环绕叶盘的中心均匀排布，且相邻流道加工结束后即形成叶片；

[0057] S2、利用摆线铣沿所述叶盘的径向加工依次开设N1个第一流道；

[0058] S3、对步骤S2中完成的所述第一流道进行层铣削；

[0059] S4、重复步骤S2‑S3，直至铣削的层数为X1；其中，X1＝L/m1，其中L为叶长，m1为切深；

[0060] S5、利用摆线铣沿所述叶盘的径向加工以开设任一所述第二流道；

[0061] S6、对S5步骤中完成的所述第二流道进行层铣削；

[0062] S7、对S6步骤中完成的所述第二流道，以及其两侧的所述叶片进行精铣；

[0063] S8、重复步骤S5‑S7，直至铣削的层数为X2，完成所述第二流道以及其两侧的所述叶片的铣削；其中，X2＝L/m2，其中L为叶长，m2为切深；

[0064] S9、重复步骤S5‑S8，依次加工所述第二流道以及其两侧的所述叶片。

[0065] 本申请中，首先利用摆线铣进行高效的铣削处理，完成粗铣加工，提高了粗铣加工时的效率。然后利用铣刀进行分层铣削的方式对流道和叶片进行进一步加工处理，确保精
铣叶片前叶片余量均匀一致，有利于叶型最终的轮廓度。在分层铣削结束后，保留一定量的
流道余量和叶片余量，然后再对上述流道余量和叶片余量进行精铣处理，此时，精铣的工序
既能够进一步的提高叶片的轮廓度。利用摆线铣、层铣以及精铣的组合加工策略，能够兼顾
叶片加工中各个阶段的效率和叶片的轮廓度。在初始加工中，利用加工效率较高的摆线铣
进行粗铣工序的加工，然后再利用铣削精度较高的层铣进行半精铣工序的加工；当加工余
量较小时，对流道和叶片进行精铣加工。利用上述铣削策略，提高了叶盘加工的效率，也保
证了叶盘加工的质量。

[0066] 同时，在粗铣完成后利用铣刀进行逐层铣削的加工方式替代现有技术中的灌蜡工序，既能够解决灌蜡工序繁琐造成的效率低下，提高了叶盘加工时的效率。同时也解决了灌
蜡工艺对机床的损伤，因而本实施例中的加工策略降低了对机床的损伤，有效地延长了机
床的使用寿命。

[0067] 此外，在粗铣工序中，利用摆线铣的方式进行铣削加工，既能够提高粗铣的效率；同时摆线铣加工中利用铣刀的侧刃进行铣削，也能够降低对刀具的损伤，从而延长刀具的
使用寿命。

[0068] 先利用摆线铣的方式依次加工出第一流道，然后对上述第一流道依次进行层铣；完成层铣后再按照上述步骤交替进行摆线铣和层铣。然后再对单独的第二流道依次进行摆
线铣、层铣和精铣的方式依次加工，重复X2次后即完成了对上述第二流道的加工。然后再按
照上述方式依次完成其他第二流道的加工。本申请中对第一流道进行加工时，摆线铣的铣
刀为第一锥度球头铣刀，层铣削的铣刀为第二锥度球头铣刀。同时，对第二流道进行加工
时，摆线铣的铣刀为第一锥度球头铣刀，层铣削的铣刀为第二锥度球头铣刀，精铣的铣刀为
第三锥度球头铣刀。因而基于不同的加工方式，铣刀的型号选择不同，本实施例中摆线铣选
用D8*R4*3°*30*D12*100L*4F锥度球头铣刀，设为T1，流道层铣选用D8*R4*3°*15*D12*
100L*4F锥度球头铣刀，设为T2，叶片精铣选用D8*R4*15*4°*D12*105L*4F锥度球头铣刀，设
为T3。此外，在对第二流道进行逐个加工时，由于叶片的尺寸较大，铣刀在加工时存在一定
的磨损，为了保证加工效果，本实施例中单个第二流道的加工完成后，用于加工的铣刀进行
更换，以保证叶盘加工的精度。

[0069] 通过第一流道和第二流道的分别铣削，以及对第二流道进行逐层加工的方式能够减小刀具在加工叶尖时的颤振。利用上述加工方式对叶片进行精铣时，叶盘具有较好的刚
性，以便于保证叶型的合格率。相比于现有技术中，利用摆线铣开粗流道(叶片保留阶梯状
余量)然后粗精混合铣叶片的加工方式，本实施例中的加工方式能够获得较高的表面质量。
现有技术中，上述加工方式在粗铣工序中保留阶梯状的大余量，从叶尖刀叶根余量逐步增
大，粗铣完整个叶盘的流道后，采用一把刀分层粗铣和精铣整个叶片。这种方法在加工叶片
悬长超100mm以上叶片时，因为即使叶片保留大余量，但叶片悬长太长，刚性差，刀具在加工
叶尖部分叶片容易颤振，叶型不容易加工合格，而且粗铣保留余量大将导致精铣加工时间
增加很多。因而相对于现有技术，本实施例中的方案既能够提高加工的效率，也能够提高叶
片加工后的质量。

[0070] 步骤S2完成后，叶片的保留余量为0.45‑0.65mm；步骤S5完成后，叶片的保留余量为0.45‑0.65mm。每层的切削原理见图2和图3，利用分层铣削的方式进行加工，能够保证加
工精度，同时便于操作，本申请中摆线铣以切深25mm的分层深度进行逐层加工。

[0071] 在参数设置中，叶片的保留余量为0.45‑0.65mm，当叶片的保留余量大于0.65mm时，增大了后续分层铣削和精铣中的加工量，从而降低了叶盘加工时的效率。当叶片的保留
余量小于0.45mm时，既提高了加工难度，也易使得叶片的表面产生硬化。此外，相邻切削刀
路之间的切宽为0.25‑0.45mm，使得切削后叶片的保留余量较为均匀，以便于后续的参数设
置和切削加工。

[0072] 当对第一流道和第二流道分别进行逐层铣削，每层的切削原理见图4和图5，每一层的铣削加工中层铣刀路为24层，分别命名为分别命名为Cn‑1,Cn‑2,Cn‑i…Cn‑24(n＝1,2,3,
4,5,6)。在参数设置中，步骤S3完成后，叶片的保留余量为0.15‑0.35mm；步骤S6完成后，叶
片的保留余量为0.15‑0.35mm。当叶片的保留余量大于0.35mm时，增大了后续精铣中的加工
量，从而降低了叶盘加工时的效率。当叶片的保留余量小于0.15mm时，既提高了加工难度，
也易使得叶片的表面产生硬化。

[0073] 当对流道和叶片进行精铣时，切削原理见图6和图7，本申请中整个组合铣分为6层，每一层叶片精铣的刀路数为48层，分别命名为Fn‑1,Fn‑2,Fn‑j,…Fn‑48(n＝1,2,3,4,5,6)。
参数设置，叶片保留0mm余量，流道保留0.3mm余量，切削线速度80m/min，切削进给速度F＝
873mm/min。

[0074] 此外，粗精组合铣设置中需要设置重复铣削层数，将精铣刀路的重复铣削层数设置为X4，其中X4≤2。组合铣中每层的开头的精铣刀路会延伸两层出来，和上一层的重合，减
小接刀痕迹。

[0075] 在步骤S3和步骤S6中，铣刀的避让距离为0.3‑0.6mm，所述避让距离为进行逐层铣削的铣刀相比于摆线铣的铣刀沿远离所述叶片的方向的偏移距离。通过设置避让距离使得
使同一层的半精铣的层铣刀路比摆线铣的刀路向外偏置0.5mm，避免了刀具在分层位置切
削刃接触面积大引起切削力增大，使得加工过程中不易产生震纹，提高了叶片的表面质量。

[0076] 在步骤S7中，铣刀的避让距离为0.3‑0.6mm，所述避让距离为进行精铣的铣刀相比于进行逐层铣削的铣刀向远离所述叶片的方向的偏移距离。通过设置避让距离使得使同一
层的精铣刀路会比半精铣刀路向外偏置0.5mm，避免了刀具在分层位置切削刃接触面积大
引起切削力增大，使得加工过程中不易产生震纹，提高了叶片的表面质量。

[0077] 实施例二

[0078] 本实施例相对于实施例一的不同之处在于，当当所述叶片为奇数时，包括以下步骤：

[0079] S1、设置流道的数量为N，所述流道包括N1个第一流道和N2个第二流道，所述第一流道和所述第二流道交替分布；其中，N1＝(N‑1)/2，N2＝(N‑1)/2；所述流道沿叶盘的径向
加工，且所述流道环绕叶盘的中心均匀排布，且相邻的所述流道之间形成叶片；

[0080] S2、利用摆线铣沿所述叶盘的径向加工依次开设N1个第一流道；

[0081] S3、对所述第一流道进行层铣削；

[0082] S4、重复步骤S2‑S3，直至铣削的层数为X1，X1＝L/m1，其中L为叶长，m1为切深；

[0083] S5、利用摆线铣沿所述叶盘的径向加工第N个流道，然后对第N个流道进行层铣削，再对第N个流道以及其靠近所述第一流道的所述叶片进行精铣；

[0084] S6、重复步骤S5，直至铣削的层数为X3，X3＝L/m3，其中L为叶长，m3为切深；

[0085] S7、利用摆线铣沿所述叶盘的径向加工以开设任一所述第二流道；

[0086] S8、对S7步骤中完成的所述第二流道进行层铣削；

[0087] S9、对S8步骤中完成的所述第二流道，以及其两侧的所述叶片进行精铣；

[0088] S10、重复步骤S7‑S9，直至铣削的层数为X2，完成所述第二流道及其两侧的所述叶片的铣削，X2＝L/m2，其中L为叶长，m2为切深；

[0089] S11、重复步骤S7‑S11，依次加工所述第二流道和其两侧的所述叶片。

[0090] 本实施例中在对第一流道完成摆线铣和层铣后，对第N个流道进行加工，并且在完成第N个流道的加工后，再对第二流道进行加工。利用上述加工步骤，既便于后续第二流道
的加工路线的设置。

[0091] 以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明
的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。