面向自适应加工的精锻叶片前后缘模型重构

针对精锻叶片前后缘数控加工在加工边界出现"台阶"等问题,提出面向自适应加工的模型重构方法。首先,根据精锻叶片的特点给出前后缘加工工艺方案。其次,根据工艺方案建立在机测量模型并进行路径规划。在此基础上,依据前后缘实际几何型面参数以及理论模型各截面前后缘圆弧圆心和半径允差,提出重构模型圆弧圆心及半径搜索算法;根据各截面的测量点拟合线、理论截面线以及搜索的圆弧圆心和半径,建立重构前后缘模型。最后,通过对比重构模型与理论模型的偏差以及数控加工试验证明该方法能够有效地减小锻造叶片叶身实际型面与前后缘在衔接处的"台阶"缺陷问题,为复合制造工艺背景下精锻叶片前后缘加工成型提供依据。     

拟合精度约束下航发叶片在机测量采样策略

测量点数量是影响航空发动机叶片复杂曲面在机测量效率的关键因素，为了在满足拟合精度要求的情况下最少化测量点数量，提出了一种考虑拟合精度的叶片在机测量采样方法。首先，根据叶身曲面测量的评价特点，将评价曲面的拟合精度降维成评价一组截面轮廓的拟合精度，建立了度量不同拟合曲线之间误差关系的模型。接着，使用放缩变换从误差关系模型中剥离出拟合误差，并推导出拟合误差的上界模型。进一步以拟合误差上界满足给定拟合允差为约束，依据逼近误差原理迭代计算出最少测量点数量。最后，选择离心式叶轮为对象，在保证在机测量结果拟合精度要求的前提下，验证了此方法能够减少测量点数量以提升测量效率，这为优化曲面类零件的在机测量工艺提供了一种新方法。     

航空发动机叶片精密自适应砂带磨削技术及试验研究

叶片的型面精度和表面完整性直接制约着航空发动机的工作性能及使用寿命。由于叶片具有薄壁易变形、材料难加工及砂带磨削柔性接触等特征而难以实现精密磨削,由此提出了一种基于检测—加工一体化的自适应砂带磨削加工方法。首先根据叶片结构特点,设计了边缘磨削工位磨头和圆角磨削工位磨头,分别用于磨削叶片型面及进排气边缘、阻尼台及根部转角等部位;其次基于模型重构的几何误差进行了自适应软件的研制;最后通过双工位集成的七轴联动数控砂带磨削中心进行了叶片磨削试验。试验结果表明,磨削后的叶片表面粗糙度Ra≤0.4μm,加工误差保持在±0.05mm范围内,叶片型面磨削加工周期仅为3.5h,满足叶片加工要求。因此,自适应砂带磨削技术是实现叶片精密磨削加工的有效技术手段。     

复杂薄壁构件自适应加工工艺几何模型重构

随着制造理念和制造水平的不断提高,大量复合制造工艺背景下的近净成形叶片被应用到现役或在研的航空发动机中。该类叶片是典型的复杂薄壁结构零件,无精确定位基准,且成形一致性差。采用传统叶身定位,加工后的前/后缘、榫齿形状和位置精度均难以保证,从而导致产品一致性差,易超差与合格率低。针对以上问题,提出一种面向自适应加工的复杂薄壁结构零件工艺几何模型重构方法。首先,建立复杂曲面的采样点分布模型,快速获取叶片精确成型区域的位置和形状;其次,提出基于特征曲线相似变形的模型重构算法,精确重构前/后缘非精确成型区域的工艺几何模型;最后,通过精锻叶片自适应加工试验进行验证。试验结果表明：该方法可有效满足以精锻叶片为代表的复杂薄壁构件自适应加工要求。     

航空发动机叶片型面加工误差可视化方法研究

叶片型面加工质量的科学检测是保证航空发动机叶片高气动性能的关键技术之一,针对目前叶片型面检测结果可视化程度低,且常规的数模比对方法难以对复杂扭曲叶片型面加工质量进行准确分析的现状,本文基于叶身型面的定义提出了具有节点层特征的自适应三角网格模型以及叶片型面主要加工误差的可视化分析方法,并以叶片型面为检测对象进行了验证分析。结果表明:该方法及其对应的软件系统能够对叶片截面型线轮廓度误差、扭曲变形误差、掠变形误差、弯变形误差以及截面型线轮廓超差量进行直观、准确的可视化分析,减少了原有截面特征检测报告中近30%的文字数据,提高了检测结果的可视化程度,能够有效地协助检测人员完成叶片型面加工质量的分析和评定工作。     

考虑区域公差约束的叶片几何形状分析方法

机床误差与加工误差易造成叶片型面位置整体偏离叶片基准,若采用基于叶片基准测量的传统六点定位法会造成叶片实际测量截面线不同于理论截面线,同时带来法矢补偿误差。因此在六点定位基础上提出基于叶片特征线测量的精确定位方法以得到较优的测量基准,以此基准进行叶片测量并将所得数据再近似转化为原始六点定位坐标系下的数据用于叶片评价。考虑叶片叶身与边缘区域设计公差不一致,运用奇异值分解法与遗传算法相结合进行最优化匹配求解以使超差点数最小,最终得到叶片各参数用于几何形状评价。利用测量试验验证了该方法的正确性与有效性。     

面向性能的压气机叶片铣削加工误差分析及统计

为提高航空发动机压气机叶片的加工质量,对其铣削加工中的质量影响因素进行了分析,包括加工前工艺规划及几何造型等因素、加工过程中变形与稳定性等问题以及加工后的残余应力变形等。针对必然存在的加工误差,提出了一种概率统计方法,并在此基础上对于影响气动性能的叶型关键几何区域,建立了有关轮廓误差和叶型参数误差的统计分析方法。借助于气动性能试验,获得了稳定工况下关键参数的误差分布,从而为指导叶片的实际铣削加工提供了理论依据。     

叶片型面数控加工精度与测量误差分析

五坐标数控加工中心在航空发动机叶片生产现场的大量应用,使叶片型面误差得到有效控制,同时,也对叶片型面测量方法提出了更高要求,本文从分析、计算五坐标数控加工叶片型面误差入手,论述生产现场使用叶片样板和测具测量型面误差时存在的问题。     

一种薄壁悬臂叶片数控加工非均匀余量刚度补偿方法

 在数控加工过程中,因受到切削力的影响,薄壁悬臂叶片容易出现弯曲、扭转变形等问题而导致被加工曲面误差较大。针对该问题,提出了一种非均匀余量刚度补偿方法,将非均匀余量偏置面作为粗加工/半精加工零件面以提高叶片精加工时的抗弯刚度。首先,分析了集中力载荷下截面厚度对薄壁工件变形的影响;然后,对叶片径向和截面线方向分别采用线性变化和正弦函数变化两种方法进行叶片曲面非均匀余量刚度补偿设计;最后,基于叶片原始截面线,采用放样法构造出叶片曲面的非均匀余量偏置面。试验结果表明,采用非均匀余量刚度补偿方法可以提高被加工叶片精加工时的刚度,加工出的叶片满足了设计误差要求。     

基于光学扫描的叶片截面测量技术研究

航空发动机叶片型面数据的快速精确获取是提高叶片加工质量、保证整机工作性能和使用寿命的关键环节。为实现叶片等空间复杂曲面零件的几何形状和尺寸信息的高精、高效测量,基于非接触式的光学扫描测量系统,开展了其在叶片截面参数检测中的应用研究。该光学扫描测量系统以传统的三坐标测量机为系统平台,配备基于环形激光三角法测量原理的新型激光扫描测头,结合专用的叶片测量软件,实现叶身指定截面的几何参数测量与评价,因而可以作为一个技术领先的用于快速精确测量叶片和质量控制的解决方案。为验证该光学扫描测量系统在叶片型面扫描测量中的应用效果,以一个大扭曲风扇叶片作为被测对象,对其5个截面进行扫描测量,通过模型匹配获得了该叶片的每个截面上的轮廓度误差、形心位置度误差和弦线转角误差等,充分体现出了该测量系统的有效性和实用性。