航空航天叶盘加工编程方法

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编者按

航空航天制造技术水平和生产能力是一个国家制造实力和水平的综合体现，得到世界各国的高度重视和优先发展。为实现航空航天制造的转型与升级，需在制造数字化、智能化上下功夫。金属加工杂志社发挥自身优势，为航空航天领域的企业与用户搭建了一个有效对接的平台，于2020年5月24日下午2点举办了“2020航空航天先进制造技术在线论坛”，围绕 “ 数字化、智能化，助推高质高效发展 ”的主题深入展开，特别邀请到了航空工业、中国航发、航天科工等单位的重磅专家及装备企业代表作精彩的专题报告，并实时在线互动答疑。别开生面的专业直播吸引到了大量航空航天领域的业内人士，实际观看累计量超过1.68万人次，获得了观众一致好评。

目前，航空航天产业发展迅速，每年飞机产量都在增加，据相关机构预测，2020~2026年，飞机产量每年预计增加3.3%，涡扇发动机量预计每年增长4.2%，今年受疫情影响数据有所下降，预计到2038年交付飞机量约为39210架。

对航空装备的需求迫使我们寻求更有效力的机械加工方法，除了改善工艺、投资最先进的机床外，编程也是一种有效的方法。山特维克可乐满公司的段惠红经理就航空航天叶盘加工编程方法分享了她在行业内近20年的宝贵工作经验，解读了航空航天发展趋势，分析了加工叶盘时需考虑的因素，结合一个具体加工案例，详细讲解了钛合金叶盘软件编程方法。

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飞机发动机无论是发动机工作温度相对较低的低温侧还是工作温度高达1000摄氏度的高温侧都有叶盘，低温侧的风机和压缩机多采用钛合金材料，高温侧的燃烧室和涡轮材料以高温合金居多，加工叶盘需考虑到材料的特殊性。

钛合金在机械加工时产生的切削热高，易卷屑，接触刀具面小，单位面积上压力大，刃口压力大，不稳定的化学特性使其易发生化学反应，含碳量超过50%，材料黏，切削速度高、冷却不好时易产生切削流，刀具本身容易振动。高温合金在高温下强度大、密度大、切削力大，热传导性差，易产生高温，表面容易形成硬化层，产生沟槽磨损。

叶盘加工对机床要求高，需使用五轴联动机床、加工中心或多任务车铣中心，第五轴的旋转角度大于90°，保证刀具加工时的可达性，才能加工出完整的叶盘。叶盘直径决定使用多大尺寸工作台的机床，曲面特征形状决定五轴机床的配置，高度、厚度、顶部叶片间距、底部叶片间距、叶片根部圆角决定刀具的选择。

除此之外，还需考虑到夹具的稳定性、合理性和表面粗糙度要求，表面光洁度越高，步距越小，精加工时间越长。实际加工前要进行模拟加工，确保五轴加工过程安全且没有干涉，保证顺畅地进行叶盘加工，也可模拟检测加工后的误差，参考给定的公差，修改调整程序，使实际加工时的叶盘尺寸合格。

精彩答疑

Q:

加工叶盘过程中产生振动，从编程策略上有什么建议？

A:

产生振动的原因有很多——夹具的刚性不足、工件走向刚性不足、刀具悬伸过长、不规则的工作台进给、不合适的切削参数等一系列因素，在叶盘装夹稳定的前提下，刀具悬伸3倍径内。

如果是粗加工，可选用3+2粗加工的编程方法来避免不规则的工作台进给，从而减少振动，对于必须使用大于3倍径刀具加工的区域，采用分层编程、分区编程的方法来尽可能选用直径大一些、悬伸短一点的刀具，保证加工过程的稳定性，针对大于3倍径区域，采用插铣的编程方法。

若为精加工，精加工前必须保证已便有前、后缘的插铣程序，使精加工到前、后缘较薄区域时，避免因切削力过大产生振动导致叶片过切或变形。

Q:

选用什么样的刀具加工叶盘的效率最高？

A:

叶盘材料以钛合金和高温合金为主，需选用专用于加工该类零件的刀具，配合现代化的材质、槽形、高金属去除力，单位时间内金属去除量越大，效率越高。

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