薄壁叶片高速铣削变形补偿

　　通过材料力学理论分析法、有限元分析法或测量数据分析法获取零件表面加工变形误差的详细分布信息，并据此预修正原始数控编程刀位，补偿刀具、零件变形产生的让刀误差，从而达到一次走刀高速精加工目的。

　　一、材料力学理论分析法

　　以工程力学和弹性力学理论为基础采用简化模型技术，建立叶片在典型夹具结构中的受力模型，并进行弹性变形分析，计算叶片工艺刚度。以图形方式直观、清晰地对比叶片在各种夹具下的工艺刚度，通过叶片长度、宽度和厚度等宏观几何尺寸方便地判断加工中变形程度和变形最大区域，在编程前选用和优化夹具结构，提出补偿措施，在一定程度上弥补让刀变形精度损失。

　　二、有限元分析法

　　根据有限元分析计算结果，建立工件加工表面的变形误差分布模型，修正原始数控编程刀位，有效补偿加工变形误差。

　　工件加工表层残余应力的存在严重影响其疲劳强度和使用性能，残余应力引起的扭曲变形也会显著降低工件加工精度，特别是对于航空工业中普遍使用的薄壁结构影响更大。如何准确预测、控制工件表层残余应力和扭曲变形，改善加工表面完整性以及提高数控加工精度，一直是精密、超精密切削领域重要的研究课题。运用热弹塑性大变形有限元方法，LIN等模拟了不同切削速度、切削深度条件下NIP合金超精密切削表层残余应力的分布规律，发现沿工件表层深度方向残余压应力先增大到一定值后开始减小，出现最大残余压应力的位置随着切削深度的增加而加深。EL–AXIR研究了材料的拉伸强度以及切削速度、进给率对工件车削表层残余应力分布规律的影响，认为工件表层残余应力沿深度方向符合多项式函数分布。利用测定残余应力的钻盲孔法，SRIDHAR等分析了铣削加工钛合金IMI-834时工件表层残余应力的分布状况。研究结果表明，对于所选用的切削参数范围而言，工件表层残余应力基本上处于压应力状态，文中同时确定了在不影响材料微观组织结构和机械性能前提下的消除残余应力的最佳热处理工艺温度。

　　三、测量数据分析法

　　材料力学理论分析法和有限元分析法是对叶片变形误差进行预测，预测准确与否与切削力模型和加工工艺模型有很大关系。测量数据分析法是对加工完成的叶片试件进行三坐标测量机测量，通过检测结果的分析对叶片的加工误差进行补偿。数据分析法是事后分析，而材料力学理论分析法和有限元分析法是事前预测，相比较而言测量数据分析法成本较高。测量数据分析法是对叶片试件进行测量分析，因此试件的数量选择很重要，一般一批3～5件叶片为好。另外，试件加工也要求工艺的稳定性，如果工艺不稳定，加工的试件变形情况就没有规律，从测量数据中就不能准确分析叶片变形情况。测量数据分析法是采用三坐标测量机对加工完成的叶片进行测量，通过分析测量数据得出叶片的变形误差规律，再根据叶片的变形情况对CAD模型进行修改，即对叶片CAD模型进行反变形造型。然后通过修改的CAD模型重新编写NC代码，对叶片进行加工。

　　对某型发动机二级转子叶片3件试件进行数控加工(扭转变形误差未补偿)，经测量机测量叶片8个截面并处理后计算的扭转误差。3件试件的叶片截面扭转误差(未补偿)分布趋势一致，说明加工工艺系统稳定，这3件试件具有代表性。在未进行误差补偿的情况下，最大扭转误差达39.758’，超出图纸所允许的“最大扭转误差不超过±12’”的要求。根据3件叶片试件截面扭转误差的平均值对叶片加工工艺CAD模型进行叶片反变形误差补偿造型，即对叶片各截面在理论位置的基础上分别旋转-3.126667′、-5.936667′、-9.453333′、-17.525′、-26.36817′、-33.3512′、-36.0071′、-38.0152′，再对叶片型面重新进行造型。然后根据新CAD模型编写NC程序，并重新加工叶片3件。对重新加工的叶片进行测量机检测并处理后。最大扭转误差为11.5326’，满足了图纸要求。根据需要还可以进一步进行补偿，使扭转误差更小。

　　对某型发动机转子叶片的3件试件数控加工(弯曲变形误差未补偿)完成后，三坐标测量机测量叶片9个截面并对测量数据进行处理后，其弯曲变形误差分布。

　　根据3件叶片试件各截面偏移量的平均值对叶片加工工艺CAD模型进行叶片反变形误差补偿造型，即对叶片各截面在理论位置的基础上分别平移0.02543MM、0.04526MM、0.07026MM、0.15101MM、0.18391MM、0.16234MM、0.12243MM、0.09541MM、0.0833MM，叶片型面重新进行造型。然后根据新模型编写NC程序，并重新加工三件叶片。对重新加工的叶片进行测量并处理后。最大偏移量为-0.04214MM，满足了图纸要求。根据需要还可以进一步进行补偿，使弯曲误差更小。