一种激光直接加工涡轮叶片气膜异型孔的方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN103406669A*(12)发明专利申请(10)申请公布号(10)申请公布号CNCN103406669103406669A(43)申请公布日2013.11.27(21)申请号201210117057.0(22)申请日2012.04.19(71)申请人中国航空工业集团公司北京航空制造工程研究所地址100095北京市朝阳区北京340号信箱(72)发明人张晓兵陈新松张晓鹏焦佳能(74)专利代理机构中国航空专利中心11008代理人陈宏林(51)Int.Cl.B23K26/38(2006.01)B23K26/08(2006.01)权权利要求书1页利要求书1页说明书3页说明书3页附图3页附图3页(54)发明名称一种激光直接加工涡轮叶片气膜异型孔的方法(57)摘要本发明是一种激光直接加工涡轮叶片气膜异型孔的方法，该方法的核心内容是利用二维数控旋转激光加工头的特点，并应用配置二维旋转加工头的多轴数控激光加工机床的RTCP功能，即围绕刀具中心点旋转功能，实现倾斜于材料表面的异型孔(含漏斗状的入口以及圆柱状的出口)，一次装夹、定位激光直接自动加工完成。弥补了原有二次加工方式的不足。该方法已经进行了试验验证，加工异型孔的效率、精度均得到明显提高，具备实用条件。该方法不仅应用于航空发动机制造，而且可以推广应用于燃气轮机等民用产品。CN103406669ACN103469ACN103406669A权利要求书1/1页1.一种激光直接加工涡轮叶片气膜异型孔的方法，其特征在于：该方法加工的异型孔为斜孔，异型孔的入口(1)在叶片表面的形状为等边梯形的两腰(4)与圆柱形通孔(2)相切，异型孔的三维形状表现为漏斗状的梯形体(上大下小)与圆柱形通孔(2)在孔内部圆滑过渡相接，孔出口仍为圆孔。该方法的步骤是：(1)采用一台配置二维数控旋转激光加工头(5)的八轴五联动数控激光加工机床，该机床具备RTCP功能，加工异型孔前，将该机床的二维数控旋转激光加工头(5)的激光加工头中心点(6)设定在叶片异型孔的出口(8)的中心位置，将二维数控旋转激光加工头(5)的S轴偏摆到梯形两腰(4)夹角值的1/2，调整安装叶片的机床转台B轴的倾角为异型孔梯形体倾斜角θ，梯形体倾斜角θ是指异型孔的梯形长边(3)所在的梯形体侧面与叶片表面夹角，平移二维数控旋转激光加工头(5)使激光束的焦点至异型孔的入口(1)的梯形长边(3)的一个端点并作为切割起点(10)；(2)启动机床的RTCP功能，编程时设定S轴的偏摆角度为两腰(4)的夹角的负值，从梯形长边(3)的一个端点切割至梯形长边(3)的另一个端点；(3)取消机床的RTCP功能，保持此时二维数控旋转激光加工头(5)的S轴的偏摆角度和机床转台B轴的倾角不变，通过机床X、Y、Z轴直线插补切割梯形腰(4)至梯形短边(9)的一个端点；(4)旋转二维数控旋转激光加工头(5)的S轴，使其偏摆到梯形两腰(4)夹角值的1/2，然后平移二维数控旋转激光加工头(5)，使激光束的焦点至梯形长边(3)的切割起点(10)，保持机床转台B轴倾角不变，通过机床X、Y、Z轴直线插补切割梯形另一腰(4)至梯形短边(9)的另一端点；(5)旋转二维数控旋转激光加工头(5)的S轴，使其轴偏摆为0°，调整机床转台B轴的倾角为到圆柱形通孔倾斜角α，α角是指圆柱形通孔(2)的中心轴(7)与叶片表面的夹角，将二维数控旋转激光加工头(5)的焦点位置平移回到刚才加工结束的端点，通过机床X、Y、Z轴直线插补完成梯形短边(9)的切割；(6)保持二维数控旋转激光加工头(5)的S轴的偏摆角度仍为0°和机床转台B轴倾角不变，以梯形短边(10)中心点为圆心，梯形短边(10)的长度的1/2为半径，通过X、Y、Z轴圆弧插补切割圆柱形通孔(2)。2CN103406669A说明书1/3页一种激光直接加工涡轮叶片气膜异型孔的方法技术领域[0001]本专利是一种激光直接加工涡轮叶片气膜异型孔的方法，属于激光材料加工技术领域。背景技术[0002]入口近似梯形的异型孔在航空发动机涡轮导向叶片气膜冷却结构设计中采用将明显增加气膜冷却效果，国内的某型航空发动机涡轮I级导向叶片目前也采用了此类异型孔，见附图一。[0003]目前，该类气膜孔加工采用二次加工的工艺，首先采用激光或电火花加工圆柱形通孔，再重新装夹、定位或更换加工头二次定位，采用电火花成型电极加工梯形体(或漏斗状)入口。该工艺带来的最直接问题是二次装夹或二次定位导致的孔位置和角度偏差以及成型电极放电加工损耗导致异型孔表面形状一致性差，见附图二，而且成型电极的大量加工和消耗也使加工成本居高不下，更严重的是该方法加工效率太低。发明内容[0004]本发明正是针对上述现有技术中存在的缺点而设计提供了一种激光直接加工涡轮叶片气膜异型孔的方法，