葉片是航空發(fā)動(dòng)機(jī)零件中非常重要的一類(lèi)零件御颇，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能起著關(guān)鍵的作用丘薛。航空發(fā)動(dòng)機(jī)性能很大程度上取決于葉片質(zhì)量沉删，并且葉片的質(zhì)量對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的安全性和可靠性也有直接影響娱挨。制造出幾何精度高余指、表面質(zhì)量好的葉片，對(duì)于提升航空發(fā)動(dòng)機(jī)的性能和質(zhì)量有著重要意義跷坝。壓氣機(jī)葉片不同部位在模擬狀態(tài)下的氣動(dòng)情況如圖1 所示酵镜，從中可以看出葉片進(jìn)排氣邊進(jìn)行氣流切割時(shí)壓強(qiáng)的劇烈變化滞乙。

航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片屬典型的薄壁復(fù)雜自由曲面零件澈渠，所使用的材料均為難加工材料，以葉片制造使用率最大的鈦合金為例，鈦合金具有重量輕舵博、強(qiáng)度高卤材、高低溫性能好智榆、耐腐蝕等很多優(yōu)點(diǎn)服移，但其化學(xué)性質(zhì)活潑，易與刀具材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)叛剩，導(dǎo)熱系數(shù)和彈性模量不高蚓绞，屬于典型的難加工材料。從薄壁形零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及復(fù)雜自由曲面的加工特點(diǎn)考慮伶段，影響其加工精度的因素主要有受力變形婴悠、受熱變形、振動(dòng)變形等因素汞坚。從以上分析可以看出罐闰，葉片的制造難度相當(dāng)大，葉片最終成形一直是航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造中的瓶頸技術(shù)梦立。

目前噪芭，國(guó)內(nèi)航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片拋光主要采用傳統(tǒng)的手工拋光方式進(jìn)行。去余量拋光分為粗拋光港遇、半精拋光楞艾、精拋光3 個(gè)工序，預(yù)留余量為0.08~0.12mm龄广。粗拋光主要進(jìn)行葉型的大幅度修整硫眯，對(duì)型面的形狀進(jìn)行嚴(yán)格控制。半精拋光主要是消除前道工序的痕跡择同，降低粗糙度R a 值两入，修型作用較小。精拋光是在半精拋光的基礎(chǔ)上對(duì)型面進(jìn)行光飾敲才，使其達(dá)到圖紙規(guī)定的表面粗糙度要求裹纳。

無(wú)余量拋光也稱(chēng)光拋光，一般用較細(xì)的膏劑涂在羊毛氈輪或布輪上進(jìn)行紧武，主要是去除氧化膜剃氧，去除的金屬很少（有時(shí)去除量幾乎為零），但表面可以達(dá)到鏡面光澤阻星。

葉片拋光工序的任務(wù)量大朋鞍，占用了大量的人力資源，手工拋光時(shí)產(chǎn)生大量粉塵妥箕，嚴(yán)重影響到了操作人員的健康滥酥。由于葉片的拋光質(zhì)量由操作人員的熟練程度和操作技巧所決定，從而導(dǎo)致葉片的型面精度、表面質(zhì)量等關(guān)鍵指標(biāo)產(chǎn)生了人為的誤差吗修，影響了葉片的使用效果。進(jìn)行葉片自動(dòng)化拋光技術(shù)的研究很洽，保證葉片制造質(zhì)量鼠泊，對(duì)我國(guó)的航空工業(yè)，乃至機(jī)械制造業(yè)的許多部門(mén)都有重要意義川痛。

1 葉片拋光技術(shù)分類(lèi)

葉片拋光技術(shù)主要包括砂輪磨削和砂帶磨削兩類(lèi)加工技術(shù)耽坤。

砂輪磨削技術(shù)從最初的普通精度、普通型面的磨削加工向高效率和高精度都炮、復(fù)雜自由曲面的加工方向發(fā)展瘸酒。超硬磨料人造金剛石和立方氮化硼砂輪的應(yīng)用，使磨削加工精度及加工效率不斷提高听谓，磨削加工應(yīng)用范圍日益擴(kuò)大钙幼。超硬磨料砂輪具有加工表面粗糙度R a 值低、發(fā)熱小血庐、不易燒傷工件等優(yōu)點(diǎn)仿村，尤其適合于葉片類(lèi)零件的精密、高效加工兴喂。

隨著砂輪制備技術(shù)的發(fā)展蔼囊，以美國(guó)3M 為代表的砂輪制造商，開(kāi)發(fā)出了不脫粒專(zhuān)用拋光輪衣迷。此類(lèi)砂輪具有合適的彈性畏鼓，因此也稱(chēng)彈性砂輪、軟磨輪或布砂輪壶谒，能夠適應(yīng)工件的形狀而變形以擴(kuò)大接觸面云矫，加工后的表面粗糙度相比于剛性砂輪大幅度降低。

砂帶磨削技術(shù)作為一種新型磨削技術(shù)佃迄，從磨削領(lǐng)域獨(dú)立出來(lái)泼差，成為繼砂輪磨削后的另一個(gè)分支，形成相對(duì)獨(dú)立又自成體系的加工技術(shù)呵俏。它的產(chǎn)生到現(xiàn)在經(jīng)歷了最初的手工打磨堆缘、半機(jī)械化和機(jī)械化磨削，至今已滿足各類(lèi)復(fù)雜自由曲面加工要求的精密或超精密加工普碎。

在現(xiàn)代工業(yè)中怒忧，砂帶磨削幾乎能夠加工所有的工程材料，在先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域有著“萬(wàn)能磨削”和“冷態(tài)磨削”之稱(chēng)陡顶，已經(jīng)成為與砂輪磨削同等重要的不可或缺的

加工方法村围。

2 航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片拋光的技術(shù)難點(diǎn)

目前，航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片拋光的技術(shù)難點(diǎn)有以下幾個(gè)主要方面：

（1）型面加工余量不均勻。精鍛鈦合金壓氣機(jī)葉片一般采用型面定位缅煎，然后進(jìn)行榫頭的加工泌盒，這一加工特點(diǎn)使得以榫頭定位進(jìn)行型面拋光時(shí)，由于基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換帶來(lái)了型面加工余量不均勻督注。同時(shí)型面受殘余應(yīng)力影響存在變形筛密，尤其是壓氣機(jī)葉片，變形的數(shù)量級(jí)與葉片進(jìn)排氣邊厚度在同一量級(jí)芬吸，達(dá)到0.1mm 以上鸭乱。

（2）葉片進(jìn)排氣邊緣曲率半徑極小。小的壓氣機(jī)葉片有些甚至?xí)_(dá)到R 0.1mm 級(jí)別奶膘。這就使得葉片進(jìn)排氣邊緣在進(jìn)行磨削時(shí)橱奶，必須采用很小的接觸力進(jìn)行磨削。此外慈俯，進(jìn)排氣邊磨削時(shí)渤刃，邊緣散熱條件不好，葉片進(jìn)排氣邊容易產(chǎn)生燒蝕贴膘。

（3）轉(zhuǎn)接圓弧的形狀復(fù)雜且半徑很小溪掀。在葉片造型設(shè)計(jì)過(guò)程中，轉(zhuǎn)接圓弧由流道型面和葉身型面圓滑過(guò)渡而成步鉴，其圓角為R 2mm 左右揪胃，曲率變化很大，給編程帶來(lái)了很大困難氛琢。無(wú)論采用砂輪磨削還是采用砂帶磨削的加工方法喊递，砂輪或砂帶壓緊輪均需小于 4mm，砂輪或砂帶壓緊輪的研制難度阳似、使用壽命都面臨很大挑戰(zhàn)骚勘。

3 國(guó)外葉片拋光技術(shù)現(xiàn)狀

隨著歐美國(guó)家對(duì)砂輪磨削、砂帶磨削工藝的深入研究撮奏，計(jì)算機(jī)技術(shù)俏讹、信息技術(shù)與自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用，數(shù)據(jù)庫(kù)珠校、計(jì)算機(jī)以及人工智能開(kāi)始用于評(píng)估幸园、預(yù)測(cè)、模擬络蟋、優(yōu)化以及控制磨削過(guò)程谐绽。通過(guò)數(shù)控、自動(dòng)化以及人工智能技術(shù)改進(jìn)砂輪磨削络跷、砂帶磨削工藝绑僵，使磨削工藝能夠自控、穩(wěn)定、環(huán)保且更適合于高效率的批量生產(chǎn)池致。

瑞士PRECITRAME 公司的Cyberpolish T 系列拋光機(jī)廣泛應(yīng)用于渦輪機(jī)及航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片等宰蘸，可以完成所有與拋光相關(guān)的專(zhuān)業(yè)加工，實(shí)現(xiàn)了多樣的加工方式剥犯，如砂輪磨枯瞒、砂帶磨、拉絲固弥、表面處理、拋光和鏡面等念秧，該設(shè)備可實(shí)現(xiàn)6 個(gè)機(jī)械手同時(shí)工作淤井，可對(duì)磨具和工件位置進(jìn)行校準(zhǔn)并實(shí)時(shí)修正機(jī)械手的位置。瑞士BULA 公司在砂輪拋光摊趾、砂帶磨削币狠、去毛刺等加工領(lǐng)域有著50 多年的歷史，該公司生產(chǎn)的 系列六軸聯(lián)動(dòng)去毛刺拋光設(shè)備（如圖2 所示）砾层，采用CNC 控制漩绵，可完成具有復(fù)雜形狀的葉片類(lèi)零件的拋光加工。

德國(guó)IBS 公司的MTS1000-6CNC 六軸砂帶磨床有仿形磨削肛炮、恒壓力磨削和CNC 磨削3 種加工方式止吐，能夠?qū)θ~片等復(fù)雜自由曲面進(jìn)行精整加工。葉片模型的數(shù)據(jù)信息通過(guò)一個(gè)多坐標(biāo)測(cè)量頭測(cè)得侨糟，并根據(jù)測(cè)得的信息自動(dòng)編制加工程序碍扔，生產(chǎn)效率比手工磨削高，加工精度和加工效率都較高秕重。

英國(guó) Cyril-Adams 和 Rolls-Royce 公司生產(chǎn)的渦輪葉片砂帶磨床在世界上均頗有聲譽(yù)不同，前者產(chǎn)品屬窄砂帶型面磨床，后者屬于寬砂帶的型面磨床专运。美國(guó)EXCELLO 公司為美國(guó)GE 公司設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了六坐標(biāo) CNC燃?xì)廨啓C(jī)葉片砂帶拋光機(jī)床和大型葉片砂帶拋光機(jī)床酵吴，能對(duì)難加工的鈦合金葉片進(jìn)行拋光，提高其表面質(zhì)量壮畏。

4 國(guó)內(nèi)葉片拋光技術(shù)現(xiàn)狀

近些年我國(guó)砂輪磨削律腊、砂帶磨削技術(shù)發(fā)展很快，一大批學(xué)者铭歪、工程技術(shù)人員在磨削機(jī)理份帮、設(shè)備開(kāi)發(fā)等方面作出了突出貢獻(xiàn)，推動(dòng)了我國(guó)葉片拋光技術(shù)的發(fā)展溪茶。

北京航空航天大學(xué)陳五一手财、陳志同等聯(lián)合秦川機(jī)床開(kāi)展了五軸聯(lián)動(dòng)砂輪磨削航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的相關(guān)研究，對(duì)采用鼓形砂輪周磨復(fù)雜自由曲面的刀位計(jì)算進(jìn)行了研究。相對(duì)于圓柱砂輪徐扯，鼓形砂輪由于可以有效避免自由曲面周磨過(guò)程中的干涉而得到了廣泛應(yīng)用经融。利用以上的研究成果，秦川機(jī)床開(kāi)發(fā)出了QMK50A 葉片磨床（局部圖如圖3 所示）苫馏，主要用于復(fù)雜自由曲面雏节，特別是葉片的精密磨削及拋光加工。機(jī)床既可采用立方氮化硼砂輪磨削高职，也可采用普通砂輪磨削钩乍，并可安裝在線測(cè)量裝置，對(duì)工件的定位誤差怔锌、待加工余量和加工精度進(jìn)行測(cè)量寥粹。

重慶大學(xué)劉瑞杰、黃云針對(duì)鈦合金磨削加工磨削率低埃元、砂帶使用壽命短以及表面質(zhì)量差等問(wèn)題涝涤，通過(guò)提高砂帶線速度，選用合理的磨削壓力岛杀、砂帶磨料阔拳、磨削液和采用高粒度號(hào)的砂帶等，可有效防止磨削燒傷和裂紋的產(chǎn)生类嗤，改善金屬材料砂帶磨削的表面加工質(zhì)量糊肠。重慶三磨海達(dá)磨床有限公司聯(lián)合重慶大學(xué)、重慶理工大學(xué)在2008 年研制出了2MY55200-6NC 型六軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控砂帶磨床遗锣，該機(jī)床可自動(dòng)對(duì)工件表面進(jìn)行粗磨诵执、精磨和拋光加工，實(shí)現(xiàn)由不銹鋼交豪、鎳基高溫合金或鈦合金等難加工材料組成的復(fù)雜型面葉片高效率加工唾囚。2010 年，該公司又成功研制了2MGY5540A-7NC 七軸高精度數(shù)控砂帶磨床善占，在航空發(fā)動(dòng)機(jī)精鍛葉身無(wú)余量葉片進(jìn)排氣邊緣的數(shù)控磨削加工中取得了新進(jìn)展君哮。

北京勝為弘技數(shù)控裝備有限公司劉樹(shù)生與華中科技大學(xué)楊建中突破了高性能機(jī)床主機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、六軸聯(lián)動(dòng)雙矢量控制等關(guān)鍵技術(shù)研究遮英，開(kāi)發(fā)出了TX6-CNC 六軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控砂帶磨床焊槐。該機(jī)床Y軸、Z軸厅瘩、A 軸采用雙驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)斗液，提高了各軸的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，機(jī)床各功能部件進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)紊尺，可以滿足機(jī)床高速運(yùn)行下的動(dòng)剛度要求彰晌。機(jī)床控制采用法矢量和砂帶接觸線雙矢量控制技術(shù)领姨，通過(guò)控制接觸線的矢量方向獲得了準(zhǔn)確的型面。2013 年张弛，該公司針對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片進(jìn)排氣邊磨削加工開(kāi)發(fā)了TX6-1000HV 六軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控砂帶磨床（局部圖如圖4 所示）荒典，可用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)鈦合金精鍛葉片進(jìn)排氣邊和葉身型面的拋光。

中航工業(yè)北京航空制造工程研究所自主開(kāi)發(fā)了SFP-300 葉片雙面仿形拋光機(jī)床吞鸭，該機(jī)床基于靠模仿形原理寺董，可同時(shí)進(jìn)行葉盆、葉背型面的磨削及拋光刻剥。機(jī)床加工原理是遮咖，靠模輪以恒定壓力接觸葉片靠模，當(dāng)回轉(zhuǎn)盤(pán)旋轉(zhuǎn)時(shí)造虏，帶動(dòng)靠模輪和砂輪繞回轉(zhuǎn)盤(pán)中心擺動(dòng)御吞，靠模輪在靠模型面上的隨形運(yùn)動(dòng)通過(guò)葉盆仿形機(jī)構(gòu)和葉背仿形機(jī)構(gòu)中的剛性結(jié)構(gòu)傳遞到砂輪，砂輪在葉片毛坯上進(jìn)行型面的磨削酗电。項(xiàng)目組人員突破了雙面拋光機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、砂輪定制内列、砂輪損耗及補(bǔ)償?shù)汝P(guān)鍵技術(shù)研究撵术，通過(guò)金剛石砂輪和彈性砂輪磨削過(guò)程的組合使用，使加工完成的樣件達(dá)到了葉型精度和表面粗糙度要求话瞧。該機(jī)床主要用于葉型扭轉(zhuǎn)較小邪盼、葉身高100~300mm 的靜子葉片的拋光，葉片拋光的重復(fù)性好鹅媒，節(jié)省了拋光過(guò)程中的離線檢測(cè)時(shí)間梗擅，因此拋光效率高，且機(jī)床成本較低矛郁，利于在航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的批生產(chǎn)中應(yīng)用意苞。

5 葉片拋光技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

針對(duì)葉片拋光的技術(shù)難點(diǎn)，結(jié)合國(guó)內(nèi)外拋光技術(shù)現(xiàn)狀蒜座，可以總結(jié)出葉片拋光技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)具有以下特點(diǎn)美域。

（1）葉片型面越來(lái)越復(fù)雜，出現(xiàn)了寬弦葉片叽渡、掠形葉片茧纵、弓形葉片等新型結(jié)構(gòu)，專(zhuān)一形式的拋光方法已不能解決葉片全部位的拋光酣殊。針對(duì)不同結(jié)構(gòu)郭销、不同材料的葉片，需要采用不同的拋光方法锡移，從進(jìn)給方式呕童、工藝模式漆际、磨具的特殊要求等方面綜合考慮，加工工藝越來(lái)越復(fù)雜拉庵。同時(shí)灿椅，各部位拋光需要機(jī)床的運(yùn)動(dòng)形式、規(guī)格參數(shù)差異很大钞支，在同一個(gè)機(jī)床上完成葉片不同部位的拋光較難實(shí)現(xiàn)茫蛹。因此，多工位烁挟、多種加工方式并行的工藝策略更適合于葉片全部位的拋光婴洼。砂輪磨削、砂帶磨削兩種技術(shù)需要各自發(fā)揮優(yōu)勢(shì)撼嗓、適宜的分工柬采、有機(jī)的整合。這對(duì)工程技術(shù)人員提出了更高的要求且警，需首先進(jìn)行充分的工藝試驗(yàn)粉捻，積累大量的工藝數(shù)據(jù)，然后再進(jìn)行整套拋光設(shè)備的開(kāi)發(fā)阿钞。

（2）葉片拋光工藝已不是簡(jiǎn)單的去余量和上光杖荤，完全演變?yōu)橐环N最終成形的加工方法，是保證葉片最終加工質(zhì)量的最后一個(gè)環(huán)節(jié)篇张。由于葉片加工精度窥吮、表面質(zhì)量要求高，需進(jìn)行加工過(guò)程的在線實(shí)時(shí)檢測(cè)胀蹭，使機(jī)床能根據(jù)磨具狀態(tài)變化進(jìn)行實(shí)時(shí)補(bǔ)償哗搏。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的拋光過(guò)程，磨具的直徑會(huì)隨著不斷磨損而逐漸變小见丘，由于機(jī)床加工路徑不變酒危，導(dǎo)致磨具與工件會(huì)逐漸分離，無(wú)法完成拋光過(guò)程匀挪。磨具實(shí)時(shí)檢測(cè)刃撮、實(shí)時(shí)補(bǔ)償功能可以解決這個(gè)問(wèn)題。每次運(yùn)動(dòng)前均要檢測(cè)磨具大小铡说，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果調(diào)整磨具中心位置畸裳，從而保證磨具的切深恒定。

（3）在葉片大批量生產(chǎn)中淳地，拋光的加工效率顯得尤為重要怖糊。解決方案之一是減少離線檢測(cè)時(shí)間和重復(fù)裝夾時(shí)間，葉片拋光需要在一次裝夾中完成颇象；解決方案之二是減少機(jī)床空走刀時(shí)間伍伤，同時(shí)對(duì)可能報(bào)廢的葉片采取拯救措施并徘，因此機(jī)床須具備自適應(yīng)加工功能。航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片毛坯型面和進(jìn)排氣邊誤差均大于允差扰魂，為提高拋光效率麦乞，加工前需進(jìn)行毛坯余量分布狀況的測(cè)量。根據(jù)測(cè)量結(jié)果劝评，通過(guò)模型重構(gòu)技術(shù)生成現(xiàn)實(shí)毛坯狀態(tài)下的模型姐直，判斷是否能夠加工出合格的產(chǎn)品，并在葉型扭轉(zhuǎn)誤差和軸線彎曲誤差允許范圍內(nèi)制定個(gè)性化的加工程序蒋畜。此加工程序應(yīng)基于分層去除的工藝策略声畏，減少機(jī)床空走刀，逐步修正葉片的局部誤差姻成。

6 結(jié)論

隨著航空發(fā)動(dòng)機(jī)性能的不斷提高淤点，新材料、新結(jié)構(gòu)的葉片不斷出現(xiàn)能盈，葉型曲線也越來(lái)越復(fù)雜揉远，給葉片拋光技術(shù)帶來(lái)了更大的挑戰(zhàn)。經(jīng)過(guò)眾多學(xué)者接寥、工程技術(shù)人員多年來(lái)的不斷努力衰件，我國(guó)在葉片拋光工藝和裝備技術(shù)上取得了較大的進(jìn)步，但與國(guó)外相比較驾萄，國(guó)內(nèi)研究還不夠系統(tǒng)和深入碍逐。針對(duì)葉片拋光加工精度浴蝉、加工質(zhì)量亥戒、加工效率等要求，爭(zhēng)取在機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)冗腐、在線檢測(cè)率偏、實(shí)時(shí)補(bǔ)償、自適應(yīng)加工等關(guān)鍵技術(shù)上取得突破蚊患。只有這樣才能快捷有效地提高葉片加工質(zhì)量浙于，提高我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造水平。

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