高效加工飞机发动机叶片的实例

1.叶片的特点

航空发动机叶片是在高温、高压、高转速和高负荷条件下长期工作，其材料采用镍基或钴基高温合金。叶片是薄壁型复杂曲面零件，静叶片两端有轴颈，中间是薄的叶身，刚性差，易变形，切削加工时容易产生振动，表面质量和型面精度不易保证。

2.叶片的装夹

传统工艺采用一端夹紧，另一端用顶尖支撑，由于叶片薄刚性差，铣削时叶片产生振动，加工表面粗糙度值大。改成一端轴颈夹紧后，另一端轴颈采用夹头夹紧，然后用一个拉杆拉紧在尾座上，这样大大提高了叶片的刚性，降低了表面粗糙度值，加工出的叶盆、叶背型面精度也有很大的提高，其误差减小到0.03～0.07mm，同时刀具的寿命也得到提高。球头铣刀的转速是影响叶片产生振动的主要原因，所以要适当控制切削速度，其次是每齿进给量和吃刀量。

3.采用Capto高速刀柄

原工艺采用普通刀柄，定位精度和动平衡精度低，铣刀转速调高后即产生振动，叶片产生振纹并会有硬化层。采用了瑞典Coromill-Capto刀柄（图2-98），动平衡精度可以达到G6.3，叶片表面振纹消除了，表面质量有很大的改观。图2-99左图为改进前叶片加工表面粗糙度，右图为改进后加工表面质量。

图2-98 Capto刀柄

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图2-99 发动机叶片

4.加工工艺

1）原工艺采用三轴数控铣床，使用球头铣刀，窄行点接触加工，沿叶片纵向直线走刀路径加工，如图2-100a，刀位点计算简单，程序少，加工过程符合直纹面形成，可以保证素线的直线度，但加工效率低，表面质量较低。

图2-100 叶片加工路径

2）新工艺采用在五轴联动加工中心上加工，使用ϕ10mmR3平底带圆角的立铣刀，走刀路径选择沿叶片横向走刀路径，如图2-100b所示。刀具在型面外换向，减少抬刀高度并采用“宽行加工”程序，提高了刀具与叶片曲面的曲率吻合程度，加工出来的叶片型面精度高，刀具往返次数少，减少空行程，提高加工效率。

3）合理选择切削用量。采用ϕ8mm球头铣刀粗铣，原切削参数：铣刀转速n=5000r/min，背吃刀量a_p=0.3mm，进给速度v_f=500mm/min。优化后，n=4200r/min，v_f=672mm/min，a_p=0.3mm，加工效率提高了30%。