(19)中华人民共和国国家知识产权局
*CN102975061A*
(10)申请公布号 CN 102975061 A(43)申请公布日 2013.03.20
(12)发明专利申请
(21)申请号 201210377805.9(22)申请日 2012.10.08
(71)申请人清华大学
地址100084 北京市海淀区100084信箱82
分箱清华大学专利办公室(72)发明人王辉 融亦鸣 王罡
(74)专利代理机构西安智大知识产权代理事务
所 61215
代理人贾玉健(51)Int.Cl.
B23Q 3/08(2006.01)B23Q 3/00(2006.01)
权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 4 页权利要求书1页 说明书3页 附图4页
(54)发明名称
一种航空发动机叶片的精密加工工艺装备及加工方法(57)摘要
一种航空发动机叶片的精密加工工艺装备，包括固定在基础台面上的定位装置、夹紧装置和辅助支撑装置，所述定位装置用于叶片的叶身曲面定位，所述夹紧装置用于实现对叶身的夹紧，所述辅助支撑装置固定在定位装置和夹紧装置的外部，辅助支撑装置的工作头直接与叶片的榫头部位接触；主控制器通过控制回路对工装上的各个液压油缸进行控制；本发明直接对叶片的薄壁曲面叶身进行定位夹紧，进而进行榫头加工，能够在叶片生产中实现连续的机械操作及加工，提高工作效率和加工质量。CN 102975061 ACN 102975061 A
权 利 要 求 书
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1.一种航空发动机叶片的精密加工工艺装备，其特征在于：包括固定在基础台面（1）上的定位装置（2）、夹紧装置（3）和辅助支撑装置（4），所述定位装置（2）用于叶片的叶身曲面定位，所述夹紧装置（3）用于实现对叶身的夹紧，所述辅助支撑装置（4）固定在定位装置（2）和夹紧装置（3）的外部，辅助支撑装置（4）的工作头直接与叶片（7）的榫头部位接触；主控制器（5）通过控制回路（6）对夹紧装置（3）和辅助支撑装置（4）上的液压油缸进行控制。
2.根据权利要求1所述的航空发动机叶片的精密加工工艺装备，其特征在于：所述定位装置（2）包括固定在基础台面（1）上的定位基体（8）、安装在定位基体（8）上的主定位块（10）和侧定位块（9），在所述主定位块（10）面上分布有三个定位销（11），三个定位销（11）作为主定位件与叶片（7）的薄壁曲面叶身接触，在主定位块（10）上部装有定位销柱（13）用于和叶片（7）的缘板接触，在所述侧定位块（9）上设有两个定位件（12）与叶片（7）的进气缘接触。
3.根据权利要求1所述的航空发动机叶片的精密加工工艺装备，其特征在于：所述夹紧装置（3）由主夹紧机构和侧向夹紧机构组成，所述主夹紧机构包括固定在基础台面（1）上的主夹紧基体（14）以及和主夹紧基体（14）连接的主夹紧块（16），主夹紧块（16）上装有三个夹紧头（17）用于夹紧叶片（7）的叶身；所述侧向夹紧机构由侧向夹紧基体（15）和其上的侧向夹紧头（18）组成，侧向夹紧头（18）用于从侧向夹紧叶片（7）的排气缘，主夹紧机构的主夹紧基体（14）中和侧向夹紧机构的侧向夹紧基体（15）中均设有液压油缸，分别用于驱动各自的夹紧块（16）和侧向夹紧头（18）运动。
4.根据权利要求1所述的航空发动机叶片的精密加工工艺装备，其特征在于：所述辅助支撑装置（4）包括四个的相对设置的辅助支撑机构，辅助支撑机构包括固定在基础台面（1）上的基体（19）、固定在基体（19）上的工作头（21）以及推动工作头（21）与叶片（7）的榫头接触并锁紧的支撑液压油缸（20）。
5.根据权利要求1所述的航空发动机叶片的精密加工工艺装备，其特征在于：所述的主控制器（5）包括PLC可编程控制系统和液压控制阀，PLC可编程控制系统通过液压控制阀和控制回路（6）操作各个液压油缸。
6.权利要求1至5任一项所述的航空发动机叶片的精密加工工艺装备对叶片的加工方法，包括如下步骤：
步骤1：编制好榫头加工的数控程序、工装的数控程序；步骤2：在工装中放入叶片（7）后，由液压油缸通过主夹紧机构和侧向夹紧机构将叶片（7）推向定位装置（2）的三个定位销（11）以实现定位，夹紧后将主夹紧机构和侧向夹紧机构锁紧；
步骤3：通过四个辅助支撑机构的支撑液压油缸（20）将工作头（21）伸出接触到叶片（7）榫头，然后锁紧；
步骤4：加工过程中，按照工装的数控程序，在刀具加工叶片（7）榫头某一方向的表面时，将该处的辅助支撑机构的工作头（21）退至安全距离；待刀具离开这一表面后，伸出工作头（21）与加工面再次接触，直至完成榫头的加工。
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说 明 书
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一种航空发动机叶片的精密加工工艺装备及加工方法
技术领域
本发明涉及航空发动机叶片的加工技术领域，具体涉及一种航空发动机叶片的精
密加工工艺装备及加工方法。
[0001]
背景技术
压气机精密锻造叶片是航空涡轮喷气发动机中的关键零部件，当前国内在此类叶
片上的主要加工方法是基于叶身低熔点合金浇注的加工方式，即对已经完成叶身无余量精锻和进排气边加工的叶片毛料，六点定位夹持后对叶身进行浇注成为浇注块，把复杂的叶身点定位转换成规则的面定位，进而进行叶片榫头的加工。但是这种工艺存在着非常明显的缺陷：工艺链长、生产准备复杂、工作效率低，低熔点合金的浇注和融化带来了叶片表面的残留和清理问题，浇注和溶化工况恶劣等。
[0002]
发明内容
[0003] 为解决现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提出一种航空发动机叶片的精密加工工艺装备及加工方法，直接对叶片的薄壁曲面叶身进行定位夹紧，进而进行榫头加工，能够在叶片生产中实现连续的机械操作及加工，提高工作效率和加工质量。[0004] 为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：[0005] 一种航空发动机叶片的精密加工工艺装备，包括固定在基础台面1上的定位装置2、夹紧装置3和辅助支撑装置4，所述定位装置2用于叶片的叶身曲面定位，所述夹紧装置3用于实现对叶身的夹紧，所述辅助支撑装置4固定在定位装置2和夹紧装置3的外部，辅助支撑装置4的工作头直接与叶片7的榫头部位接触；主控制器5通过控制回路6对夹紧装置3和辅助支撑装置4上的液压油缸进行控制。
[0006] 所述定位装置2包括固定在基础台面1上的定位基体8、安装在定位基体8上的主定位块10和侧定位块9，在所述主定位块10面上分布有三个定位销11，三个定位销11作为主定位件与叶片7的薄壁曲面叶身接触，在主定位块10上部装有定位销柱13用于和叶片7的缘板接触，在所述侧定位块9上设有两个定位件12与叶片7的进气缘接触。[0007] 所述夹紧装置3由主夹紧机构和侧向夹紧机构组成，所述主夹紧机构包括固定在基础台面1上的主夹紧基体14以及和主夹紧基体14连接的主夹紧块16，主夹紧块16上装有三个夹紧头17用于夹紧叶片7的叶身；所述侧向夹紧机构由侧向夹紧基体15和其上的侧向夹紧头18组成，侧向夹紧头18用于从侧向夹紧叶片7的排气缘，主夹紧机构的主夹紧基体14中和侧向夹紧机构的侧向夹紧基体15中均设有液压油缸，分别用于驱动各自的夹紧块16和侧向夹紧头18运动。
[0008] 所述辅助支撑装置4包括四个的相对设置的辅助支撑机构，辅助支撑机构包括固定在基础台面1上的基体19、固定在基体19上的工作头21以及推动工作头21与叶片7的榫头接触并锁紧的支撑液压油缸20。
[0009]
所述的主控制器5包括PLC可编程控制系统和液压控制阀，PLC可编程控制系统
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通过液压控制阀和控制回路6操作各个液压油缸。
[0010] 基于所述精密加工工艺装备对航空发动机叶片进行加工的方法，包括如下步骤：[0011] 步骤1：编制好榫头加工的数控程序、工装的数控程序；[0012] 步骤2：在工装中放入叶片7后，由液压油缸通过主夹紧机构和侧向夹紧机构将叶片7推向定位装置2的三个定位销11以实现定位，夹紧后将主夹紧机构和侧向夹紧机构锁紧；
[0013] 步骤3：通过四个辅助支撑机构的支撑液压油缸20将工作头21伸出接触到叶片7榫头，然后锁紧；[0014] 步骤4：加工过程中，按照工装的数控程序，在刀具加工叶片7榫头某一方向的表面时，将该处的辅助支撑机构的工作头21退至安全距离；待刀具离开这一表面后，伸出工作头21与加工面再次接触，直至完成榫头的加工。[0015] 本发明的有益效果是：采用了针对薄壁曲面叶身的直接定位夹紧、针对榫头的多方向辅助支撑、针对液压系统的数字化控制等技术，提出了无余量精密锻造叶片的数控加工新工艺；通过此工艺装备可以直接对叶片进行数控装夹和加工，避免了传统工艺中低熔点合金的浇注和融化过程，提高了零件的加工效率和质量；本发明具有自动化水平高、工艺质量好、工艺方法新颖等特点，适用于航空发动机叶片的精密数控加工，能够为大规模自动化叶片生产线提供关键技术基础。
附图说明
[0016] 图1是本发明工艺装备的整体结构示意图。图2是本发明工艺装备中定位装置的结构示意图。
[0018] 图3是本发明工艺装备中夹紧装置的结构示意图。[0019] 图4是本发明工艺装备中辅助支撑机构的示意图。
[0017]
具体实施方式
[0020] 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。[0021] 如图1所示，本发明一种航空发动机叶片的精密加工工艺装备，包括固定在基础台面1上的定位装置2、夹紧装置3和辅助支撑装置4，所述定位装置2用于叶片的叶身曲面定位，所述夹紧装置3用于实现对叶身的夹紧，所述辅助支撑装置4固定在定位装置2和夹紧装置3的外部，辅助支撑装置4的工作头直接与叶片7的榫头部位接触；主控制器5通过控制回路6对夹紧装置3和辅助支撑装置4上的液压油缸进行控制。[0022] 如图2所示，定位装置2包括固定在基础台面1上的定位基体8、安装在定位基体8上的主定位块10和侧定位块9，在所述主定位块10面上分布有三个定位销11，三个定位销11作为主定位件与叶片7的薄壁曲面叶身接触，在主定位块10上部装有定位销柱13用于和叶片7的缘板接触，在所述侧定位块9上设有两个定位件12与叶片7的进气缘接触，从而实现对叶片的六点定位。[0023] 如图3所示，夹紧装置3由主夹紧机构和侧向夹紧机构组成，所述主夹紧机构包括固定在基础台面1上的主夹紧基体14以及和主夹紧基体14连接的主夹紧块16，主夹紧块16上装有三个夹紧头17用于夹紧叶片7的叶身，夹紧装置的连接采用了间隙配合，其原理
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在于在受力的时候能够基于配合间隙进行自动调整，从而确保三个夹紧点都能够接触到曲面叶身；所述侧向夹紧机构由侧向夹紧基体15和其上的侧向夹紧头18组成，侧向夹紧头18用于从侧向夹紧叶片7的排气缘，主夹紧机构的主夹紧基体14中和侧向夹紧机构的侧向夹紧基体15中均设有液压油缸，分别用于驱动各自的夹紧块16和侧向夹紧头18运动。[0024] 如图4所示，辅助支撑装置4包括四个的相对设置的辅助支撑机构，每一个辅助支撑机构以螺栓连接方式安装在基础台面1上，辅助支撑机构包括固定在基础台面1上的基体19、固定在基体19上的工作头21以及推动工作头21与叶片7的榫头接触并锁紧的支撑液压油缸20。这一方式在确保接触的情况下又不破坏叶身的定位，可以大幅改进叶片由于薄壁曲面结构特点导致的刚度较低的问题，在叶身上也不需要施加过大的夹紧力，因此在加工过程中可以有效降低加工误差，改善加工质量。[0025] 上述的主控制器5由PLC可编程控制系统、液压控制阀等组成，PLC控制器通过液压控制阀和控制回路操作各个液压油缸。PLC控制器中可以载入根据零件加工程序编制好的工装控制代码，在加工过程中根据机床刀具的行进自动调整辅助支撑装置的各个支撑机构，从而确保加工过程中刀具不会与支撑机构发生干涉，保证刀路通畅，确保榫头加工工艺的顺利执行。
[0026] 本发明中，基于精密加工工艺装备对航空发动机叶片进行加工的方法，包括如下步骤：
[0027] 步骤1：编制好榫头加工的数控程序、工装的数控程序；[0028] 步骤2：在工装中放入叶片7后，由液压油缸通过主夹紧机构和侧向夹紧机构将叶片7推向定位装置2的三个定位销11以实现定位，夹紧后将主夹紧机构和侧向夹紧机构锁紧；
[0029] 步骤3：通过四个辅助支撑机构的支撑液压油缸20将工作头21伸出接触到叶片7榫头，然后锁紧；[0030] 步骤4：加工过程中，按照工装的数控程序，在刀具加工叶片7榫头某一方向的表面时，将该处的辅助支撑机构的工作头21退至安全距离；待刀具离开这一表面后，伸出工作头21与加工面再次接触，直至完成榫头的加工。
[0031] 与现在普遍采用的低熔点合金浇注叶片榫头加工技术对比，本发明具有以下优点：
[0032] 1、直接针对叶片的薄壁曲面叶身进行定位和夹紧，取消了低熔点合金的浇注和融化去除工序，大幅缩短了叶片加工的工艺链，实现了工艺技术创新。[0033] 2、设计了可调整辅助支撑装置，采用支撑油缸保持工作头与叶片榫头的接触，这一方式在确保接触的情况下又不影响叶身的曲面定位，可以大幅改进叶片由于薄壁曲面的结构特点所导致的低刚度问题，并可以降低叶身上的夹紧力，因此在加工过程中可以有效降低加工误差，改善加工质量。[0034] 3、设计了基于PLC可编程器的主控制系统，载入按照零件加工程序编制的工装控制代码，能够在加工过程中依照机床刀具的行进自动伸缩各个支撑机构，从而确保加工过程中刀具不会与支撑件发生干涉，保证刀路通畅，确保榫头加工工艺的执行。本发明能够大幅改进叶片加工的技术水平，为自动化叶片生产提供关键技术基础。
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说 明 书 附 图
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说 明 书 附 图
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说 明 书 附 图
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