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摘要：由于航空发动机叶片空间自由曲面较为复杂，且其几何精度非常高，在加上航空发动机叶片的制作材料多食铝合金或钛合金，在切削方面存在很大苦难，此外，航空发动机叶片是薄壁零件，加工时零件容易产生变形。这些因素就导致航空发动机叶片铣削难度较大。本文从航空发动机叶片数控技术现状出发，对数控铣削方法进行浅显的探讨。
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0.引言
航空发动机是飞机的核心部分，是飞机的“心脏”，对飞机性能具有决定性作用。而航空发动机叶片则是航空发动机的最重要部件之一[1]。由于航空发动机叶片空间自由曲面较为复杂，且其几何精度非常高，在加上航空发动机叶片的制作材料多是铝合金或钛合金，在切削方面存在很大困难，此外，航空发动机叶片是薄壁零件，加工时零件容易产生变形。这些因素就导致航空发动机叶片铣削难度较大。
1.航空发动机叶片加工制造现状
自20世纪90年代以来，美国等发达国家在对航空发动机叶片进行制造时，采用了精密的数控加工技术。通过精密的数控加工技术的应用，使航空发动机叶片余量不需要人工去除，而且所加工出来的叶片精度高，加工的周期大幅度缩短。相对于传统的加工制造工艺来说，数控加工技术具有很大的先进性。随着科学技术的进步，我国的航空发动机叶片精密数控加工工艺逐步发展，但与发达国家相比，我国航空发动机叶片切削效果和制造工艺还有较大差距。就我国的航空发动机叶片数控加工工艺来说，虽然通过大量数控加工设备的引进，使我国的叶片加工取得了一定程度的发展，但是其发展程度相对有限，多数仍局限在叶片半精加工，叶片最终制造质量仍是依赖人工抛光工艺。目前，我国航空发动机叶片加工来看，主要存在叶片加工变形、加工效率低下、加工精度不高、叶片表面质量较低等问题，这些问题严重制约了我国航空发动机叶片制造发展。随着数控编程软件和空间自由曲面CAD/CAM集成中，刀具轨迹生成和干涉处理成为国内外研究的热点。在生成刀具轨迹时，要解决刀具路径拓扑问题，从而控制叶片粗糙度；要解决走刀步距问题，从而减少叶片加工的误差产生；要解决切削行距，从而使叶片残留高度得到控制。在干涉处理方面，要加强对无干涉刀具轨迹生成问题的解决[2]。
2.航空发动机叶片数控铣削方法
2.1.走刀轨迹的规划方案
在航空发动机叶片的空间自由曲加工中，常采用的方法有参数线方法和截平面方法。两种方法都有一定的适用范围。就参数线方法来说，这种方法在但曲面区域加工中较为适用，当叶片型面是由多个面组成或叶片型面参数分布不均匀时，该方法就无法再适用了。截平面方法在曲面区域、组合曲面和复杂曲面等方面的加工时，其走刀轨迹分布较为均匀，控制方面，刀具与曲面的切触点轨迹在同一个平面上，因此，截平面方法在航空发动机叶片主面加工中应用较多。在截平面方法中，主要思路是采用一组截平面去截取所要加工的表面，通过截出的交线，刀具与加工表面切触点沿着交线运动，从而使曲面加工工作得以完成。在此过程中，需要根据所加工零件的具体形状来对截面进行选择，可选一组平行的平面，亦可选一组绕某直线的旋转平面。为了使叶片边缘的加工质量得到有效保证，应选择沿型直线横向走刀[3]。
2.2.叶片加工精度控制
为了确保航空发动机叶片加工的精度，在刀位点的计算上，需要选用按一定规则的计算方式。叶片的加工精度使用球头铣刀，这种方式的刀位点设计相对比较简单。球头刀的刀位点就是刀心点，刀心位于加工区面的等距面上，这样刀轴方向能够随着曲面形状和约束面的形状和位置的改变而发生相应的改变。球头刀铣削加工表面上任意一点的刀心计算公式可以表示rc0=rp+Rn。在上述表达式中，rc0表示的是刀心的径矢，rp表示的加工表面上切触点P的点矢，R则表示刀具的半径，而n表示的是加工表面在P点处的单位法向矢量。在航空发动机叶片的空间自由曲面加工时，采用球头刀这种方式，为了使其加工误差降到最低，提高叶片的加工精度，则需要对法向矢量转动误差和直线逼近误差，将法向矢量转动误差控制在KfL2/8以内，将直线逼近误差控制在RKf2L2/8以内[4]。
2.3.叶片加工变形和反变形补偿法
由于航空发动机的叶片属于薄壁零件，这类零件在加工的过程中极容易产生变形。从航空发动机叶片加工变形的特点来看[5]，首先，在叶片加工变形中，其变形的程度会沿中轴线从叶尖和叶根到叶身中间位置不断增加，而两端的变形程度极小；其次，沿叶片的横截面，航空发动机叶片变形从叶片中轴线到缘头两端呈现出非线性增大，缘头区域变形较为剧烈；再次，航空发动机叶片叶尖边缘变形表现最为显著。在反变形补偿处理中，可以通过三坐标机测量来获得叶片加工表面控制点处的误差，针对所出现的误差，最原始数控加工程序进行有效修正，从而实现反变形补偿处理。
3.结语
航空发动机叶片复杂曲面多坐标铣削加工是数控加工领域研究的重要方向，在现代制造技术中占有重要地位，也是未来制造业发展的重要方向。在航空发动机叶片的铣削过程中，应选择合理的走刀轨迹的规划方案，加强叶片加工精度控制，做好叶片变形进行反变形处理，从而提高航空发动机叶片加工水平。
参考文献：
[1] 刘维伟，李杰光，赵明，田卫军. 航空发动机薄壁叶片加工变形误差补偿技术研究[J]. 机械设计与制造. 2011（10） ：172-173。
[2] 张卫青，张明德，郭晓东，黎勇. 基于ACIS几何平台的复杂多曲面数控加工编程技术[J]. 机械设计与制造. 2011（02） ：136-137.
[3] 张明德，郭晓东，黄云，黄智. 基于ACIS的叶片型面数控砂带磨削刀位计算及精度控制方法[J]. 机床与液压. 2011（09） ：236-237.
[4] Ren YF，Lee YS.High performance manufacturing of complexsurfaces u-sing inverse cutting profiles and NC verification of virtual models. In-ternational Journal of Industrial and Systems Engineering . 2011（22）：177-179.
[5] 蔺小军，汪文虎，单晨伟. 航空发动机叶片加工新工艺研究[J]. 航空精密制造技术. 2011 （05）：305-306.
作者简介：谌惟（1984—），男，云南保山人，工作单位：贵州工业职业技术学院，职务：教师。
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0.引言
航空发动机是飞机的核心部分，是飞机的“心脏”，对飞机性能具有决定性作用。而航空发动机叶片则是航空发动机的最重要部件之一[1]。由于航空发动机叶片空间自由曲面较为复杂，且其几何精度非常高，在加上航空发动机叶片的制作材料多是铝合金或钛合金，在切削方面存在很大困难，此外，航空发动机叶片是薄壁零件，加工时零件容易产生变形。这些因素就导致航空发动机叶片铣削难度较大。
1.航空发动机叶片加工制造现状
自20世纪90年代以来，美国等发达国家在对航空发动机叶片进行制造时，采用了精密的数控加工技术。通过精密的数控加工技术的应用，使航空发动机叶片余量不需要人工去除，而且所加工出来的叶片精度高，加工的周期大幅度缩短。相对于传统的加工制造工艺来说，数控加工技术具有很大的先进性。随着科学技术的进步，我国的航空发动机叶片精密数控加工工艺逐步发展，但与发达国家相比，我国航空发动机叶片切削效果和制造工艺还有较大差距。就我国的航空发动机叶片数控加工工艺来说，虽然通过大量数控加工设备的引进，使我国的叶片加工取得了一定程度的发展，但是其发展程度相对有限，多数仍局限在叶片半精加工，叶片最终制造质量仍是依赖人工抛光工艺。目前，我国航空发动机叶片加工来看，主要存在叶片加工变形、加工效率低下、加工精度不高、叶片表面质量较低等问题，这些问题严重制约了我国航空发动机叶片制造发展。随着数控编程软件和空间自由曲面CAD/CAM集成中，刀具轨迹生成和干涉处理成为国内外研究的热点。在生成刀具轨迹时，要解决刀具路径拓扑问题，从而控制叶片粗糙度；要解决走刀步距问题，从而减少叶片加工的误差产生；要解决切削行距，从而使叶片残留高度得到控制。在干涉处理方面，要加强对无干涉刀具轨迹生成问题的解决[2]。
2.航空发动机叶片数控铣削方法
2.1.走刀轨迹的规划方案
在航空发动机叶片的空间自由曲加工中，常采用的方法有参数线方法和截平面方法。两种方法都有一定的适用范围。就参数线方法来说，这种方法在但曲面区域加工中较为适用，当叶片型面是由多个面组成或叶片型面参数分布不均匀时，该方法就无法再适用了。截平面方法在曲面区域、组合曲面和复杂曲面等方面的加工时，其走刀轨迹分布较为均匀，控制方面，刀具与曲面的切触点轨迹在同一个平面上，因此，截平面方法在航空发动机叶片主面加工中应用较多。在截平面方法中，主要思路是采用一组截平面去截取所要加工的表面，通过截出的交线，刀具与加工表面切触点沿着交线运动，从而使曲面加工工作得以完成。在此过程中，需要根据所加工零件的具体形状来对截面进行选择，可选一组平行的平面，亦可选一组绕某直线的旋转平面。为了使叶片边缘的加工质量得到有效保证，应选择沿型直线横向走刀[3]。
2.2.叶片加工精度控制
为了确保航空发动机叶片加工的精度，在刀位点的计算上，需要选用按一定规则的计算方式。叶片的加工精度使用球头铣刀，这种方式的刀位点设计相对比较简单。球头刀的刀位点就是刀心点，刀心位于加工区面的等距面上，这样刀轴方向能够随着曲面形状和约束面的形状和位置的改变而发生相应的改变。球头刀铣削加工表面上任意一点的刀心计算公式可以表示rc0=rp+Rn。在上述表达式中，rc0表示的是刀心的径矢，rp表示的加工表面上切触点P的点矢，R则表示刀具的半径，而n表示的是加工表面在P点处的单位法向矢量。在航空发动机叶片的空间自由曲面加工时，采用球头刀这种方式，为了使其加工误差降到最低，提高叶片的加工精度，则需要对法向矢量转动误差和直线逼近误差，将法向矢量转动误差控制在KfL2/8以内，将直线逼近误差控制在RKf2L2/8以内[4]。
2.3.叶片加工变形和反变形补偿法
由于航空发动机的叶片属于薄壁零件，这类零件在加工的过程中极容易产生变形。从航空发动机叶片加工变形的特点来看[5]，首先，在叶片加工变形中，其变形的程度会沿中轴线从叶尖和叶根到叶身中间位置不断增加，而两端的变形程度极小；其次，沿叶片的横截面，航空发动机叶片变形从叶片中轴线到缘头两端呈现出非线性增大，缘头区域变形较为剧烈；再次，航空发动机叶片叶尖边缘变形表现最为显著。在反变形补偿处理中，可以通过三坐标机测量来获得叶片加工表面控制点处的误差，针对所出现的误差，最原始数控加工程序进行有效修正，从而实现反变形补偿处理。
3.结语
航空发动机叶片复杂曲面多坐标铣削加工是数控加工领域研究的重要方向，在现代制造技术中占有重要地位，也是未来制造业发展的重要方向。在航空发动机叶片的铣削过程中，应选择合理的走刀轨迹的规划方案，加强叶片加工精度控制，做好叶片变形进行反变形处理，从而提高航空发动机叶片加工水平。
参考文献：
[1] 刘维伟，李杰光，赵明，田卫军. 航空发动机薄壁叶片加工变形误差补偿技术研究[J]. 机械设计与制造. 2011（10） ：172-173。
[2] 张卫青，张明德，郭晓东，黎勇. 基于ACIS几何平台的复杂多曲面数控加工编程技术[J]. 机械设计与制造. 2011（02） ：136-137.
[3] 张明德，郭晓东，黄云，黄智. 基于ACIS的叶片型面数控砂带磨削刀位计算及精度控制方法[J]. 机床与液压. 2011（09） ：236-237.
[4] Ren YF，Lee YS.High performance manufacturing of complexsurfaces u-sing inverse cutting profiles and NC verification of virtual models. In-ternational Journal of Industrial and Systems Engineering . 2011（22）：177-179.
[5] 蔺小军，汪文虎，单晨伟. 航空发动机叶片加工新工艺研究[J]. 航空精密制造技术. 2011 （05）：305-306.
作者简介：谌惟（1984—），男，云南保山人，工作单位：贵州工业职业技术学院，职务：教师。