一种整体叶轮开槽插铣加工优化方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102601434A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102601434A(43)申请公布日2012.07.25(21)申请号201210078460.7(22)申请日2012.03.22(71)申请人上海交通大学地址200240上海市闵行区东川路800号(72)发明人陈明魏莹莹李军利牛秋林安庆龙(74)专利代理机构上海新天专利代理有限公司31213代理人祖志翔(51)Int.Cl.B23C3/28(2006.01)B23Q15/013(2006.01)权利要求书权利要求书1页1页说明书说明书44页页附图附图22页(54)发明名称一种整体叶轮开槽插铣加工优化方法(57)摘要本发明公开了一种整体叶轮开槽插铣加工优化方法，其建立插铣动力学模型和大圆角插铣刀非对称插铣的铣削力模型，将通过模态试验获得的模态参数和由铣削力模型得到的动态铣削力代入到动力学方程中从而进一步对切削力进行修正；建立等效刀杆稳定性分析有限元模型，引入变形比和刀杆危险位置径向偏移量，从而获取优化的切削参数。所述方法解决了整体叶轮开槽插铣加工中切削参数的选择优化问题，从而避免了加工过程中刀具和工件产生干涉现象，达到了叶片变形小、切削效率高的有益效果。本发明也适用于类似零件的开槽插铣粗加工。CN102643ACN102601434A权利要求书1/1页1.一种整体叶轮开槽插铣加工优化方法，其特征在于：建立插铣动力学模型和大圆角插铣刀非对称插铣的铣削力模型，将通过模态试验获得的模态参数和由铣削力模型得到的动态铣削力代入到动力学方程中从而进一步对切削力进行修正；建立等效刀杆系统稳定性分析有限元模型，引入变形比和刀杆危险位置径向偏移量，从而获取优化的切削参数。2.根据权利要求1所述的整体叶轮开槽插铣加工优化方法，其特征在于：所述的加工优化方法具体步骤如下：步骤1：建立插铣动力学模型，通过模态试验确定动力学方程；步骤2：建立大圆角插铣刀非对称插铣的铣削力模型，对大圆角插铣刀的刀刃进行离散化建模并分段考虑直线刃与圆角刃的加工特点，建立等效三维有限元仿真模型，预测动态插铣切削力，并由刀具模态参数和动态插铣力求得切削力所产生的微观振动位移和宏观“让刀”位移；步骤3：叠加微观振动位移和宏观“让刀”位移得出修正的未变形切削层参数，反馈于动态切削力预测，获得修正的动态切削力预测值；步骤4：将修正后的动态切削力预测值代入等效刀杆系统稳定性分析有限元模型，获得不同直径的铣刀在不同切削宽度下的刀杆变形，引入变形比来衡量变形量与材料去除率之间的权重关系；步骤5：依据离开刀尖一定距离处的刀杆危险位置径向偏移量是否小于与工件发生接触摩擦的距离来优化插铣切削参数。3.根据权利要求2所述的整体叶轮开槽插铣加工方法，其特征在于：步骤5中所述的离开刀尖一定距离为大圆角插铣刀刀头的高度。4.根据权利要求1所述的整体叶轮开槽插铣加工方法，其特征在于：所述的插铣动力学模型的建立；所述的大圆角插铣刀非对称插铣的铣削力模型，分段考虑直线刃与圆角刃；所述的等效刀杆系统稳定性分析有限元模型；引入变形比和刀杆危险位置径向偏移量来衡量变形量与材料去除率之间的权重关系。2CN102601434A说明书1/4页一种整体叶轮开槽插铣加工优化方法技术领域[0001]本发明涉及一种航空发动机整体叶轮的加工方法，具体涉及一种整体叶轮开槽插铣加工的切削参数的选择和优化方法，属于机械加工技术领域。背景技术[0002]整体叶轮作为动力机械的关键部件，其广泛应用于航空、航天、动力等多个领域。叶轮加工质量的好坏和加工精度是否满足要求直接决定着整台设备性能的优劣，而整体叶轮开槽粗加工插铣技术是叶轮加工过程中的关键技术之一，其质量直接影响后续半精加工和精加工的加工质量，因此整体叶轮的开槽粗加工插铣过程中，选用何种切削参数，使得叶轮叶片变形最小同时切削效率最高，成为整体叶轮的插铣加工技术的关键。由于插铣过程中主切削力方向沿机床轴线，制造整体叶轮的高温合金材料难以实现满刀插铣，而是采用非对称插铣，即切宽小于刀具直径，从而不可避免地依然存在一定径向力，可能导致插铣过程发生“让刀”，无法保证插铣表面的垂直度，造成刀具剧烈磨损等现象。综合考虑插铣“让刀”所引起的宏观刀杆变形与插铣过程中振动所引起的切削厚度微观变化对切削力的影响，从而精准预测插铣动态切削力，并考虑插铣过程中的稳定性来实现切削参数的最优化，是提高生产效率和改善加工质量的关键所在。[0003]关于整体叶轮粗加工插铣的专利，专利申请号为200610125473.X的中国发明专利说明书公开了一种可加工整体叶轮自由曲面叶片的整体叶轮叶片的插铣刀加工方法，其特点在于插铣刀在叶片上的走刀方向为叶轮径向，满足了大直径、高精度叶轮产品加工的需要；专利申请号为200