專利名稱：發(fā)動機整體機匣加工方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種機械零件的加工方法，尤其是一種高速發(fā)動機葉片機匣的加工方法，具體地說是一種發(fā)動機整體機匣加工方法。
背景技術：
目前，隨著發(fā)動機要求和性能的提高，發(fā)動機整流機匣的設計越來越趨向于整體結構設計，整體結構聯(lián)接元件少，零件數(shù)量由原來的100-200個減少到10-20個，質量大大減輕，可靠性顯著改善，可使發(fā)動機的性能指標大為提高。機匣的整體結構設計給其制造帶來很多難點，整體機匣相比整體轉子的加工工藝更加復雜，整體機匣由于葉片分布在機匣的內部，加工時刀具的可達性很差，且葉尖處空間狹小，加工時極易發(fā)生干涉現(xiàn)象；整體機匣的外部是框形結構，整體剛性較差，加工變形大，因此整體機匣的制造難度很大。如申請?zhí)枮?01010100905. 8，發(fā)明名稱為“分步分區(qū)法整體葉輪電解加工工藝及裝置”的中國專利公開了一種電解加工方法分別加工葉盆、葉背、葉根的方法。中國專利文獻刊載的專利號ZL200810064153. 7，授權公告日2010年1月27日，發(fā)明名稱“直紋面葉輪刀具軌跡規(guī)劃加工方法”，該方法主要針對直紋曲面葉輪的加工方法進行了研究。中國專利文獻刊載的申請?zhí)?00810120574. 7，
公開日2010年3月3日，發(fā)明名稱“一種雙葉片閉式葉輪加工工藝”，該工藝運用焊接沖壓葉片的方法加工了一種閉式葉輪。以上專利主要運用電解加工和焊接的方法，加工精度難以滿足發(fā)動機的要求，直紋曲面是自由曲面的一種較簡單的形式，其加工方法對自由曲面的零件的加工不具有指導作用。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有的加工方法難以滿足整體機匣加工要求，且加工精度不高效率不高的問題，發(fā)明一種葉片一致性好，變形小，效率高的發(fā)動機整體機匣加工方法。本發(fā)明的技術方案是
一種發(fā)動機整體機匣加工方法，其特征是它包括以下步驟
步驟101 機匣毛坯檢驗工序，檢驗毛坯材料經(jīng)鍛造后是否存在鍛造缺陷，檢查零件外形尺寸是否符合要求，檢查熱處理狀態(tài)是否達標；
步驟102 粗車機匣內外形工序，車削機匣內形、外形及上下端面； 步驟103 以下端面為基準，五軸數(shù)控粗銑機匣外形，并在結合面處劃等份線，將整個機匣毛坯至少分為三個等份以便于五軸數(shù)控銑床的進刀和退刀； 步驟104 以等份線為基準，把機匣線切割成至少三個等份； 步驟105 進行時效去應力處理；
步驟106 磨平經(jīng)步驟102車削的上下端面，控制兩端面平行度誤差小于或等于 0. 015mm，并以上端面為加工基準在每等份機匣上加工出二個定位銷孔；
步驟107 以機匣下端面為基準，定位銷孔定位，對葉片進行開槽加工，最后加工結合面(即分段處)處及法蘭孔；步驟108 以機匣下端面為基準，定位銷孔定位，精銑機匣外形至設定的公差要求； 步驟109 進行時效去應力處理；
步驟110 利用精密級的螺栓、螺母將各等份組件裝成整環(huán)，再次磨平機匣上下端面， 并以上端面為基準研修定位銷孔；
步驟111 以機匣下端面為基準，找正零件內孔，車削機匣內部除葉片外的其它表面至設定公差要求；
步驟112 拆卸精密螺栓和螺母，將整體機匣分成相應數(shù)量的組件； 步驟113 以機匣下端面為基準，定位銷孔定位，精銑葉片及分段處的結合面至設定尺寸，具體步驟包括
步驟11301 在葉片開槽加工的基礎上，采用間隔加工法直接加工出一個隔一個的葉片通道，其中包括一個葉片的葉盆、流道和相鄰葉片的葉背，加工完成后還有一半的葉片通道待加工；
步驟11302 分別加工葉片的上下圓角，圓角加工時走刀方向是葉片表面的V向(即葉片長度方向)，即刀具從葉片外側向流道方向進給，刀軸矢量(軸心線)在進給時隨著圓角曲面的曲率變化，保持刀軸矢量與圓角曲面切向矢量成15度；
步驟11303 在已加工的葉片通道中加入柔性支撐，再加工出另一半待加工的葉片通道，從而完成整個葉片的精加工。步驟11304:精銑機匣三等份貼合面；
步驟114 用精密螺栓和螺母將三部分組件組裝成整環(huán)，得到整體機匣的成品。所述的機匣被切割成三等份分別加工。所述的柔性支撐法是用磁性微小顆粒裝在一個比已加工葉片通道大一些的軟布袋中，將軟布袋置于已加工通道中，用手按實并封好口 ；給磁性顆粒施加一個外磁場，使其相互吸在一起，加工時起到支撐作用，葉片不會產(chǎn)生變形，加工完成后再施加一個相反方向的外磁場，使磁性顆粒失去磁性，從而方便的取出支撐物。所述的機匣被分割成三段，每段機匣上的定位銷孔的夾角不小于60度。所述的每段機匣上的定位銷孔的中心所在的圓弧段的圓心與該段機匣的圓心偏置，偏心量為0. 8 — 1. 2毫米之間。本發(fā)明的有益效果
1、本發(fā)明的加工工藝過程簡單，生產(chǎn)的整體機匣具有較高的精度，滿足使用要求。2、等份加工法(三等份)解決了整體機匣難于數(shù)控加工的技術難題，加工的可達性顯著提高，避免了刀軸與機匣的干涉。3、圓角變軸插銑法使圓角加工效率大大提高，可以節(jié)約加工時間的90%左右。4、葉片間隔加工法使先加工的一組通道在剛性足夠好的情況完成加工，減少了葉片的加工變形。5、柔性支撐法使支撐物在加工前處于柔性可調節(jié)的狀態(tài)，加工時變?yōu)閯傂灾危?該支撐方便操作，效果好，葉片加工變形小。6、本發(fā)明方法簡單易行，生產(chǎn)的整體機匣具有較高的精度，三等份加工法解決了整體機匣難于數(shù)控加工的技術難題。精銑葉片工序采用圓角變軸插銑法、葉片間隔加工法和柔性支撐法，加工的葉片一致性好，變形小，效率高。該工藝方法同樣可以用于多級整體機匣的研制。


圖1為本發(fā)明的整體機匣結構圖。圖2是圖1的局部放大圖。圖3為本發(fā)明的機匣內外形最大截面粗車工序圖。圖4為本發(fā)明的機匣內外形粗車工序圖。圖5為本發(fā)明的機匣外形銑削加工工序圖。圖6為本發(fā)明的機匣線切割、定位銷孔加工工序圖。圖7為本發(fā)明的葉片開槽、間隔加工法原理圖。圖8為本發(fā)明的圓角加工插銑法原理圖。圖9為本發(fā)明的柔性支撐法原理圖。圖10為本發(fā)明加工的機匣三等份組件成品圖。以上附圖標號名稱1、整體機匣，101、葉片，102、流道，103、機匣三等份結合面， 104、圓角，105、葉背，106、葉盆，107、法蘭孔，108、機匣外形，2、三等份組件，201、三等份結合面，202、定位銷孔，203、葉片開粗槽，204、已加工通道，205、待加工通道，206、圓角，207、 軟布袋，208、磁性微小顆粒。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的說明。如圖1-10所示。一種發(fā)動機葉片整體機匣加工方法，它包括以下步驟
步驟101 機匣毛坯檢驗工序，進行超聲波檢驗，檢驗毛坯材料是否存在夾渣、氣孔、裂縫、缺損等鍛造缺陷，檢查零件外形尺寸是否保證各加工面上留有加工余量，檢查熱處理狀態(tài)是否滿足HRC34-38的要求，該步驟主要量具有0-200mm游標卡尺和0-500mm游標卡尺等，主要設備有USN58超聲波探傷儀和JC05-PHR-16型洛氏金屬硬度檢測儀；
步驟102 粗車機匣內外形工序，如圖3按機匣內外形最大截面粗車零件后，如圖4所示撐內孔A，找正外圓C，允許外圓跳動不大于0. 02mm，車零件上部內外形及上端面B，調頭夾外圓C，找正端面D和外圓E，允許跳動小于等于0. Olmm,車零件下部內外形及下端面F， 車削加工為銑削加工留Imm余量，車削去除大部分材料，可以減小后序工序的變形，提高加工效率，該步驟主要量具有0-150mm游標卡尺和0_5mm百分表等，主要設備有C620數(shù)控車床；
步驟103 如圖5所示，以下端面F為基準，壓G面，找正外圓，允許最大跳動0. 02mm, 五軸數(shù)控粗銑機匣外形，單邊留2mm余量，所有尺寸由程序保證，根部圓角Rl. 5mm,外形粗加工讓零件充分釋放內應力，在結合面處刻三等份線(也可為四等份、五等份……等等，等份數(shù)越多，機匣零件數(shù)就多，一般在加工不干涉的情況下選擇等份數(shù)少的，下面以三等份為例加以說明，三等份以上可參照三等份執(zhí)行，如果是兩等份會存在進出刀干涉的現(xiàn)象)，為線切割工序提供基準，該步驟主要量具有0-150mm游標卡尺和0_5mm百分表等，主要設備有 UCP710五坐標高速加工中心；
6步驟104 以等份線為基準，根據(jù)數(shù)控銑削加工的外形，一次裝夾把零件切割成120度的三等份組件，如圖6所示，把零件分成三等份組件也是經(jīng)過多次實踐的基礎上得出的結論，零件分成二等份時加工刀軸會與等份結合面發(fā)生干涉現(xiàn)象，加工的可達性不夠，無法進行加工，三等份時控制好加工時的刀軸矢量可以避免這一現(xiàn)象，順利完成加工，而采用四等份件雖然刀軸矢量更加容易控制，但會增加整體機匣的零件數(shù)量，故最后決定采用三等份法加工整體機匣；
步驟105 進行時效去應力處理，在粗加工工序完成后進行時效去應力處理，主要是基于消除粗加工階段產(chǎn)生的內應力的考慮，減少加工中產(chǎn)生的誤差，保證零件的加工精度；
步驟106 磨削經(jīng)步驟102車削的上端面B和下端面F，控制兩端面平面度和平行度誤差小于或等于0. 015mm,以B面為基準，壓F面，找正外圓，允許最大跳動為0. 02mm，加工兩銷孔，保證銷孔直徑為McT cil2mm,兩個銷孔之間的夾角為60度左右，如圖6所示，兩銷孔所處圓的圓心與零件圓心不重合，偏心量在在0. 8-1. 2mm之間，這樣可以保證在后序工序中對結合面進行加工修整后，兩銷孔所在的圓心與零件圓心重合，采用銷孔偏心法可以解決一塊毛坯加工三個機匣組件，大大節(jié)約了成本，該步驟主要量具有0-200mm深度千分尺和 4-9. 5mm內徑百分表等，主要設備有MM7132平面磨床和T4163坐標鏜床；
步驟107 以機匣下端面F面為基準，銷孔定位，壓G面，利用五坐標數(shù)控加工中心對葉片進行開槽加工，開槽加工時機床固定一個方位，在葉片與葉片間開一個6mm的槽，在流道方向留Imm余量，如圖7所示，這樣可以切斷葉片間的內應力的聯(lián)系，但槽不宜開得過大，要給葉片留盡可能多的余量，為后序的間隔加工法作保證，最后加工結合面處及法蘭孔，保證孔的直徑滿足04Q+°_°12mm的要求，該步驟主要量具有0-5mm百分表等，主要設備有UCP710五坐標高速加工中心；
步驟108 以機匣下端面F面為基準，銷孔定位，壓G面，利用五坐標數(shù)控加工中心對機匣的外形進行精加工(即加工至誤差允許的范圍之內，下同)，零件外形尺寸由數(shù)控加工程序保證，先進行機匣外形精加工是為了保證外形加工引起的變形不影響葉片的精度，在外形精加工后，進行去應力和重修基準處理后再進行葉片的精加工，從而保證葉片的加工精度，該步驟主要量具有0-5mm百分表等，主要設備有UCP710五坐標高速加工中心；
步驟109 進行時效去應力處理，在葉片精加工前進行二次時效處理，主要是消除葉片開槽加工和外形精加工階段產(chǎn)生的內應力，保證葉片的加工精度；
步驟110 利用工藝精密螺栓、螺母(也可中采用普通精度的螺栓螺母)將三等份組件組裝成一整環(huán)，再次磨削機匣上端面B和下端面F，并以上端面B面為基準研修定位銷孔，時效去應力處理后加工基準面F和兩基準孔都會發(fā)生變形，基準的精度很難保證，為了提高零件的加工質量，通過再次修正基準的手段來實現(xiàn)，該步驟主要量具有0-200mm深度千分尺和4-9. 5mm內徑百分表等，主要設備有MM7132平面磨床和T4163坐標鏜床；
步驟111 以機匣下端面F面為基準，找正零件內孔，分兩次裝夾精密車削機匣內部除葉片外的其它表面，該步驟主要量具有0-150mm游標卡尺和0_5mm百分表等，主要設備有 C620數(shù)控車床；
步驟112 拆卸精密螺栓和螺母，將整體機匣分成三部分組件，便于分別進行三組件的葉片精加工；
步驟113 以機匣下端面F面為基準，銷孔定位，精銑葉片及結合面，該步驟主要量具有0-5mm百分表等，主要設備有UCP710五坐標高速加工中心，具體步驟包括
步驟11301 在葉片開槽加工的基礎上，直接加工出一個隔一個的葉片通道，其中包括一個葉片的葉盆、流道和相鄰葉片的葉背，加工完成后還有一半的葉片通道待加工，如圖7 所示，安排這種間隔加工法可以使葉片在有足夠剛性的情況下完成葉盆、流道和葉背的加工，如果連續(xù)加工葉片通道，葉片加工時剛性會很差，加工后會引起很大的彈性變形，加工誤差一般在0. 1-0. 2mm且誤差分布很不均勻，靠近葉尖處的誤差最大，而間隔加工法加工的葉片誤差小于0. 03mm，表面無振紋；
步驟11302 分別加工葉片的上下圓角，圓角加工時走刀方向是葉片表面的V向，即刀具從葉片外側向流道方向進給，如圖8所示，刀軸矢量在進給時隨著圓角曲面的曲率變化， 一般保持在刀軸矢量與圓角曲面切向矢量成15度為宜，圓角加工我們原來采用的是分層精加工法，在圓角加工時機床C軸轉動角度很大，加工效率很低，一般加工一個圓角需要30 分鐘左右，現(xiàn)采用的圓角變軸插銑法，選用一種平底帶R刀具，可以增加刀具的直徑，減少插銑的次數(shù)，一般一個圓角插銑5次左右即能得到較好的尺寸和形狀精度，由于加工時機床的A軸和C軸轉動很小，因此加工時間顯著縮短到2-3分鐘，加工效率提高了 10倍。步驟11303 如圖9所示，在已加工的葉片通道中采用柔性支撐法，再加工出另一半待加工的葉片通道，從而完成整個葉片的精加工，如圖10所示，柔性支撐法即用磁性微小顆粒裝在一個比已加工葉片通道大一些的軟布袋中，將軟布袋置于已加工通道中，用手按實并封好口。給磁性顆粒施加一個外磁場，使其相互吸在一起，加工時起到支撐作用， 葉片不會產(chǎn)生變形。加工完成后再施加一個相反方向的外磁場，使磁性顆粒失去磁性，從而方便的取出支撐物。由于葉片之間的空間狹小且曲面形狀復雜，無法采用剛性支撐，采用其他支撐方法都必然要先加工出與葉片曲面一樣的復雜曲面，而我們采用的柔性支撐法，無需進行任何加工，操作方便，支撐效果好，在生產(chǎn)現(xiàn)場易于操作，加工誤差可以控制在 0. 03-0. 05mm之間，完全滿足整體機匣葉片誤差0. Imm的要求；
步驟11304 精銑機匣三等份結合面，由于定位銷孔與零件中心存在一個小的偏心，去除貼合面的余量可以使兩銷孔所在圓的圓心與零件的中心重合，使組裝后的機匣葉片分布在同一個中心上；
步驟114 用精密螺栓和螺母將三部分組件組裝成整環(huán)，得到整體機匣的成品，如圖1 所示，在以上工序中我們安排了二次時效去應力處理，二次精磨加工基準是為逐步消除加工變形對零件加工質量的影響，在試驗件加工時我們未安排這些工序，加工后三部分組件難于組裝，組裝后檢測的誤差很大，不能滿足要求，在總結失敗經(jīng)驗的基礎上，我們安排了這些工序，取得了較好的效果。將經(jīng)過上述步驟加工的機匣在三坐標測量機上檢測，結果完全滿足機匣的設計要求，尤其是葉片部分的最大誤差控制在0. 05mm左右，相比普通工藝加工的機匣葉片誤差 0. 2mm有顯著提高。本發(fā)明未涉及部分均與現(xiàn)有技術相同或可采用現(xiàn)有技術加以實現(xiàn)。
權利要求
1.一種發(fā)動機整體機匣加工方法，其特征是它包括以下步驟步驟101 機匣毛坯檢驗工序，檢驗毛坯材料經(jīng)鍛造后是否存在鍛造缺陷，檢查零件外形尺寸是否符合要求，檢查熱處理狀態(tài)是否達標；步驟102 粗車機匣內外形工序，車削機匣內形、外形及上下端面； 步驟103 以下端面為基準，五軸數(shù)控粗銑機匣外形，并在結合面處劃等分線，將整個機匣毛坯至少分為三個等份以便于五軸數(shù)控銑床的進刀和退刀； 步驟104 以等份線為基準，把機匣線切割成至少三個等份； 步驟105 進行時效去應力處理；步驟106 磨平經(jīng)步驟102車削的上下端面，控制兩端面平行度誤差小于或等于 0. 015mm，并以上端面為加工基準在每等份機匣上加工出二個定位銷孔；步驟107 以機匣下端面為基準，定位銷孔定位，對葉片進行開槽加工，最后加工結合面處及法蘭孔；步驟108 以機匣下端面為基準，定位銷孔定位，精銑機匣外形至設定的公差要求； 步驟109 進行時效去應力處理；步驟110 利用精密級的螺栓、螺母將各等份組件裝成整環(huán)，再次磨平機匣上下端面， 并以上端面為基準研修定位銷孔；步驟111 以機匣下端面為基準，找正零件內孔，車削機匣內部除葉片外的其它表面至設定公差要求；步驟112 拆卸精密螺栓和螺母，將整體機匣分成若干組件；步驟113 以機匣下端面為基準，定位銷孔定位，精銑葉片及分段處的結合面至設定尺寸，具體步驟包括步驟11301 在葉片開槽加工的基礎上，采用間隔加工法直接加工出一個隔一個的葉片通道，其中包括一個葉片的葉盆、流道和相鄰葉片的葉背，加工完成后還有一半的葉片通道待加工；步驟11302 分別加工葉片的上下圓角，圓角加工時走刀方向是葉片表面的V向，即刀具從葉片外側向流道方向進給，刀軸矢量(軸心線)在進給時隨著圓角曲面的曲率變化，保持刀軸矢量與圓角曲面切向矢量成15度；步驟11303 在已加工的葉片通道中加入柔性支撐，再加工出另一半待加工的葉片通道，從而完成整個葉片的精加工；步驟11304 精銑機匣三等份貼合面；步驟114 用精密螺栓和螺母將三部分組件組裝成整環(huán)，得到整體機匣的成品。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征是所述的機匣被切割成三等份。
3.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征是所述的柔性支撐法是用磁性微小顆粒裝在一個比已加工葉片通道大一些的軟布袋中，將軟布袋置于已加工通道中，用手按實并封好口 ； 給磁性顆粒施加一個外磁場，使其相互吸在一起，加工時起到支撐作用，葉片不會產(chǎn)生變形，加工完成后再施加一個相反方向的外磁場，使磁性顆粒失去磁性，從而方便的取出支撐物。
4.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征是所述的機匣被分割成三段，每段機匣上的定位銷孔的夾角不小于60度。
5.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征是所述的每段機匣上的定位銷孔的中心所在的圓弧段的圓心與該段機匣的圓心偏置，偏心量為0. 8—1. 2毫米之間。
全文摘要
一種發(fā)動機整體機匣加工方法，其特征是它主要包括毛坯檢驗、粗車機匣內外形、數(shù)控銑削機匣外形及刻三等份線、以等份線為基準把機匣線切割成三等份、時效去應力處理、磨上下端面并在下端面加工二個定位銷孔、葉片開槽并加工結合面處及法蘭孔、精銑機匣外形、再次時效處理、裝配三等份組件并重修基準、精車機匣內表面、拆卸機匣組件、精銑葉片、裝配機匣組件。其中精銑葉片工序采用圓角變軸插銑法、葉片間隔加工法和柔性支撐法。本發(fā)明的加工工藝過程簡單，生產(chǎn)的整體機匣具有較高的精度，葉片加工的一致性好，變形小，效率高，三等份加工法解決了整體機匣難于數(shù)控加工的技術難題，該工藝方法同樣可以用于多級整體機匣的研制。
文檔編號B23P15/02GK102248380SQ20111018523
公開日2011年11月23日 申請日期2011年7月4日 優(yōu)先權日2011年7月4日
發(fā)明者何磊, 王恒廠, 王珉, 耿習琴, 郝小忠, 鮑益東 申請人:南京航空航天大學