透平静叶片圆弧及圆弧槽加工工艺研究

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摘要：本文仅对缓进磨床加工某型机透平叶片圆弧及圆弧槽时产生的干涉问题进行分析讨论，通过系统的计算，推论出叶片直径、砂轮与零件之间的角度、砂轮的选用直径之间函数关系，为缓进磨床加工叶片圆弧及圆弧槽提供理论依据。此课题的研究结论可应用于同类零件的现场调试，大大减少了传统的依靠举例法解决干涉问题的时间和费用。

关键词：圆弧；圆弧槽；槽外圆；槽内圆

中图分类号：TK416+.1 文献标识码：A

1缓进磨削加工工艺简介

缓进磨削亦称蠕动磨削，不仅可以达到高的生产率，同时可获得高的加工精度和好的表面完整性，最突出的特点是不受材料限制，可以实现航空领域中的所有高温难加材料加工。缓进磨削特别适合复杂形状的成型磨削。该工艺在我国航空企业涡轮动叶片榫齿等直线平面的加工应用已经很普及，但在弧形平面的生产加工中，因技术及历史问题，没有得以推广和应用。近年来，新型的七轴五联动数控缓进磨削设备的出现使某型机上下缘板圆弧型面的加工成为了可能。

2零件结构简介

某型机导向叶片的圆弧加工面由上下缘板的内外圆弧面及圆弧槽组成，具体结构如图1所示。

3工艺性分析

3.1非加工部位无干涉的内外圆弧的加工

缓进磨削主要是采用数控插补的方法，让零件上圆弧段的每一处母线通过与砂轮圆锥面相切处的母线位置，以达到对零件的磨削目的。所以首先必须保证砂轮圆锥面与零件圆弧面接触的部分没有干涉问题，以便在有限的小于加工零件直径的加工区域内加工大直径圆弧。为了解决干涉问题，需要对加工情况进行了简化模型设计，见图2。从P向看，可以将砂轮、所加工圆弧直径、旋转工作台直径简化为下图3。在加工时，通过数控程序控制旋转工作台在X、Y、Z、B、A轴（Z轴垂直于纸面）五个空间方向上进行插补运动，使被加工零件的加工表面沿着要加工的大圆弧轨迹（图3中的椭圆投影线）进行运动。这里可以将零件的非加工部分对加工过程无干涉和有干涉两种情况进行考虑。干涉主要是指砂轮和零件非加工部位碰撞问题。设备上的部件也可能与加工零件发生干涉问题，这可以进行适当的调整解决，本文不予考虑。

3.1.1无干涉的外圆弧加工

这种情况应主要考虑金刚石滚轮的设计与加工时零件的最佳放置角度，即零件加工及装夹的最佳位置，包括零件在设备上的旋转空间等因素。采用缓进磨削外圆弧没有干涉问题，砂轮的圆锥面永远与所要加工的圆弧面相切，只要考虑零件在设备上的旋转空间充分即可。

3.1.2 无干涉的内圆弧加工

典型的内圆弧加工，除了要考虑滚轮的设计与加工时的角度、零件加工及装夹的最佳装夹位置、零件在设备上的旋转空间等因素外，还应考虑干涉问题。这里的干涉主要指砂轮工作部位圆锥面与所加工圆弧面的干涉。

防止出现干涉的条件是砂轮加工圆锥面在加工圆弧所在平面投影的椭圆曲线曲率应比圆弧的曲率大，参见下图4。通过此约束条件，就可以计算出在A轴的某个倾斜角度α下，加工零件直径2R时，砂轮的极限半径r尺寸三者之间的函数关系，具体推算过程如下：

计算砂轮半径与零件半径的函数关系：

只要满足A点处零件圆弧的曲率

3.1.3有干涉的内外圆弧的加工

某型机透平静叶片缘板的加工，最难的是砂轮与非加工部位有干涉的内外圆弧的加工，即靠近下缘板的6.5mm宽，6mm深的圆弧窄槽的加工。对圆弧窄槽的两个侧面采用两次加工来实现，即分别采用磨内圆弧和磨外圆弧的方式进行加工。此方法必须考虑加工中的干涉问题，这里的干涉来自两个方面的因素：一是加工一个侧面时砂轮加工面自身的干涉问题；二是加工一个侧面时零件其他部位的干涉，即非加工部位的干涉。这些干涉因素均影响到加工滚轮参数设计与制造、零件的装夹位置及倾斜角度、砂轮极限直径的大小等工艺参数。砂轮的极限直径尺寸影响因素较多，计算相对复杂，但可以简化为加工多个内圆弧和外圆弧的极限直径尺寸的综合计算，也可以采用UG模型进行实际的模拟设计。采用UG模型模拟设计，通过调整叶片的倾斜角度及砂轮的极限直径尺寸，直到砂轮与叶片其他部位无干涉时为止，见图5。

图5：砂轮与加工零件部位关系UG模拟图

3.1.3.1窄槽的内侧圆弧加工

3.1.3.2窄槽外侧圆弧加工

该加工过程包含两种干涉情况，一是砂轮圆锥面与槽外圆面的干涉，在3.1.2中已求出其范围，即 ；另一个干涉是砂轮与槽内侧圆弧面的干涉，即 角选取范围。

参考文献

[1]Moderne Schleiftechnologie und Schleifmaschinen G.LANG und E.SALJEVULKAN-VERLAG ESSEN

[2]杨叔子.机械加工工艺师手册[M].北京：机械工业出版社.

[3同济大学数学研究室..高等数学[M].北京：高等教育出版社 .