本發(fā)明涉及航空發(fā)動機機械加工，特別涉及一種航空發(fā)動機零件磨削加工正向工藝設計方法。

背景技術(shù)：

1、航空發(fā)動機被稱為現(xiàn)代工業(yè)“皇冠上的明珠”，其中，鎳基鑄造高溫合金等難加工材料廣泛應用于航空發(fā)動機中。由于航空發(fā)動機所需鎳基鑄造高溫合金零件的品質(zhì)要求較高、異型結(jié)構(gòu)精密成型困難等問題，普遍對其采用磨削加工工藝進行加工。然而目前磨削加工主要靠人的技能和經(jīng)驗來參與控制，根據(jù)傳統(tǒng)經(jīng)驗復制工藝、反復試磨加工，采用試錯法，加工成本高，加工后零件表面質(zhì)量穩(wěn)定性差，零件加工過程也不穩(wěn)定，同品質(zhì)要求零件的再現(xiàn)性差，嚴重制約了航空發(fā)動機零件的研制進度。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供一種航空發(fā)動機零件磨削加工正向工藝設計方法，能夠提升磨削加工工藝的穩(wěn)定性，降低試錯成本，同品質(zhì)要求零件具有再現(xiàn)性。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：

3、一種航空發(fā)動機零件磨削加工正向工藝設計方法，包括如下步驟：

4、s1：磨削加工可加工性分析，確定零件加工過程中某個需進行磨削加工的環(huán)節(jié)；

5、s2：根據(jù)某個需進行磨削加工的環(huán)節(jié)，設計初步零件加工工藝方案；

6、s3：對初步零件加工工藝方案進行仿真分析，根據(jù)仿真分析結(jié)果，進行第一次優(yōu)化零件加工工藝方案；

7、s4：對第一次優(yōu)化零件加工工藝方案進行現(xiàn)場驗證，根據(jù)加工后的檢測評價結(jié)果與仿真中對應數(shù)據(jù)對比，進行第二次優(yōu)化零件加工工藝方案；

8、s5：將第二次優(yōu)化零件加工工藝方案形成零件加工工藝規(guī)程。

9、進一步的，s1包括：使用軟件建立工序三維模型，采用家族零件幾何特征，利用可加工性分析軟件對零件幾何特征進行識別，并對零件進行磨削加工可加工性分析，獲得磨削加工可加工性分析報告，確定零件加工過程中某個需進行磨削加工的環(huán)節(jié)。

10、進一步的，s2包括：

11、s2.1：零件工步設計；

12、s2.2：制定零部件尺寸檢測方案；

13、s2.3：利用離線編程工具，編制數(shù)控加工程序。

14、進一步的，s2.1包括：所述零件工步設計依據(jù)零件幾何特征、磨削加工工藝標準、砂輪選用標準對零件的加工工藝進行設計；所述零件工步設計包括設備選型、夾具選型、滾輪方案設計以及砂輪選型，通過使能工具從資源庫包括的設備庫、工裝庫、滾輪庫、砂輪庫分別選擇合適的設備、夾具、滾輪、砂輪，并確定滾輪設計方案；所述零件工步設計還包括從工藝基礎數(shù)據(jù)庫中選擇加工參數(shù)。

15、進一步的，s2.3包括：離線編程工具通過使能工具調(diào)用工藝基礎數(shù)據(jù)庫以及資源庫內(nèi)的設備庫、工裝庫、滾輪庫、砂輪庫以及特征模型庫，依據(jù)工藝基礎數(shù)據(jù)庫包含的涵蓋邊界條件的數(shù)據(jù)、工藝編程策略、特征加工編程策略，以及設備庫、工裝庫、滾輪庫、砂輪庫以及特征模型庫對應的設備、夾具、滾輪、砂輪以及幾何特征，以及工藝基礎數(shù)據(jù)庫內(nèi)的加工參數(shù)、刀具參數(shù)、加工策略和加工方案，進行選擇提取，建立尺寸變量計算模型，實現(xiàn)編制數(shù)控加工程序。

16、進一步的，s3中，對數(shù)控加工程序進行仿真，所述仿真分析包括幾何仿真及物理仿真；所述幾何仿真，通過使能工具將幾何仿真庫所需的機床、控制系統(tǒng)、工具模型、工件模型、毛坯模型、加工程序調(diào)入幾何仿真軟件進行碰撞、干涉、過切、欠切分析；所述物理仿真，包括加工變形仿真、表面質(zhì)量仿真；通過物理仿真工具對零件模型進行網(wǎng)格化分、定義載荷類型、輸入材料屬性、設置邊界條件并進行有限元求解，實現(xiàn)磨削加工殘余應力及溫度場物理仿真。

17、進一步的，s4包括：按照零件工步設計進行實際加工；選用具有典型特征的零件按照第一次優(yōu)化零件加工工藝方案通過磨削機床進行加工，對加工后零件的幾何精度和表面完整性指標按照零部件尺寸檢測方案進行檢測評價，并對砂輪磨損情況進行分析，根據(jù)檢測評價結(jié)果以及砂輪磨損情況與仿真中對應數(shù)據(jù)對比，第二次優(yōu)化零件加工工藝方案。

18、進一步的，s4的整個加工過程通過實時監(jiān)控系統(tǒng)進行監(jiān)控，所述實時監(jiān)控系統(tǒng)電性連接有控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)與機床電性連接；實時監(jiān)控系統(tǒng)對加工過程進行實時監(jiān)控，采集加工過程的功率、振動、溫度及冷卻液流量過程數(shù)據(jù)，將所述過程數(shù)據(jù)反饋給控制系統(tǒng)，通過控制系統(tǒng)對加工設備發(fā)出指令，對加工過程進行實時優(yōu)化，滿足加工質(zhì)量要求。

19、進一步的，所述檢測評價包括零件尺寸檢測評價、磨削加工表面完整性檢測評價、磨削工具評價以及磨削加工系統(tǒng)評價；其中，所述磨削加工表面完整性檢測評價包括表面粗糙度檢測、表面/亞表面損傷檢測、殘余應力檢測、燒傷及振紋檢測評價；所述磨削工具評價包括砂輪磨損形式評價、砂輪壽命評價；所述磨削加工系統(tǒng)評價包括主軸功率、溫度以及機床振動評價。

20、進一步的，所述典型特征的零件為葉片緣板、榫齒或葉冠。

21、本發(fā)明的有益效果是：

22、本發(fā)明通過上述正向工藝設計方法，由磨削加工可加工性分析入手，對零件設計工步進行仿真，再進行實際驗證，進行優(yōu)化，可應用在葉片的榫齒/緣板磨削，仿真加工后的尺寸精度及表面完整性；本發(fā)明支撐磨削加工的數(shù)字化智能化發(fā)展，提升磨削加工工藝的數(shù)字化、智能化水平，提升磨削加工工藝的穩(wěn)定性及產(chǎn)品合格率，降低試錯成本，并可以減少傳統(tǒng)磨削加工中對操作人員經(jīng)驗的依賴；同時本發(fā)明對于推動燃氣輪機、船用推動器等產(chǎn)品磨削加工工藝智能化發(fā)展也有廣闊的市場需求和應用前景。采用本發(fā)明可使工藝一致性得到改善，降低廢品率，節(jié)約成本。

技術(shù)特征：

1.一種航空發(fā)動機零件磨削加工正向工藝設計方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種航空發(fā)動機零件磨削加工正向工藝設計方法，其特征在于，s1包括：使用軟件建立工序三維模型，采用家族零件幾何特征，利用可加工性分析軟件對零件幾何特征進行識別，并對零件進行磨削加工可加工性分析，獲得磨削加工可加工性分析報告，確定零件加工過程中某個需進行磨削加工的環(huán)節(jié)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種航空發(fā)動機零件磨削加工正向工藝設計方法，其特征在于，s2包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種航空發(fā)動機零件磨削加工正向工藝設計方法，其特征在于，s2.1包括：所述零件工步設計依據(jù)零件幾何特征、磨削加工工藝標準、砂輪選用標準對零件的加工工藝進行設計；所述零件工步設計包括設備選型、夾具選型、滾輪方案設計以及砂輪選型，通過使能工具從資源庫內(nèi)包括的設備庫、工裝庫、滾輪庫、砂輪庫分別選擇合適的設備、夾具、滾輪、砂輪，并確定滾輪設計方案；所述零件工步設計還包括從工藝基礎數(shù)據(jù)庫中選擇加工參數(shù)。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種航空發(fā)動機零件磨削加工正向工藝設計方法，其特征在于，s2.3包括：離線編程工具通過使能工具調(diào)用對工藝基礎數(shù)據(jù)庫包括的涵蓋邊界條件的數(shù)據(jù)、工藝編程策略、特征加工編程策略、工藝基礎數(shù)據(jù)庫內(nèi)的加工參數(shù)、刀具參數(shù)、加工策略和加工方案，例如葉片、磨床的結(jié)構(gòu)、關(guān)鍵尺寸變量，砂輪參數(shù)、滾輪參數(shù)、裝夾工裝、磨削姿態(tài)、軌跡參數(shù)的工藝數(shù)據(jù)，以及資源庫包括的設備庫、工裝庫、滾輪庫、砂輪庫、特征模型庫對應的設備、夾具、滾輪、砂輪、幾何特征進行選擇提取，編制數(shù)控加工程序。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種航空發(fā)動機零件磨削加工正向工藝設計方法，其特征在于，s3中，對數(shù)控加工程序進行仿真，所述仿真分析包括幾何仿真及物理仿真；所述幾何仿真，通過使能工具將幾何仿真庫所需的機床、控制系統(tǒng)、工具模型、工件模型、毛坯模型、加工程序調(diào)入幾何仿真軟件進行碰撞、干涉、過切、欠切分析；所述物理仿真，包括加工變形仿真、表面質(zhì)量仿真；通過物理仿真工具對零件模型進行網(wǎng)格化分、定義載荷類型、輸入材料屬性、設置邊界條件并進行有限元求解，實現(xiàn)磨削加工殘余應力及溫度場物理仿真。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種航空發(fā)動機零件磨削加工正向工藝設計方法，其特征在于，s4包括：按照零件工步設計進行實際加工；選用具有典型特征的零件按照第一次優(yōu)化零件加工工藝方案通過磨削機床進行加工，對加工后零件的幾何精度和表面完整性指標按照零部件尺寸檢測方案進行檢測評價，并對砂輪磨損情況進行分析，根據(jù)檢測評價結(jié)果以及砂輪磨損情況與仿真中對應數(shù)據(jù)對比，第二次優(yōu)化零件加工工藝方案。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種航空發(fā)動機零件磨削加工正向工藝設計方法，其特征在于，s4的整個加工過程通過實時監(jiān)控系統(tǒng)進行監(jiān)控，所述實時監(jiān)控系統(tǒng)電性連接有控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)與機床電性連接；實時監(jiān)控系統(tǒng)對加工過程進行實時監(jiān)控，采集加工過程的功率、振動、溫度及冷卻液流量過程數(shù)據(jù)，將所述過程數(shù)據(jù)反饋給控制系統(tǒng)，通過控制系統(tǒng)對加工設備發(fā)出指令，對加工過程進行實時優(yōu)化。

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種航空發(fā)動機零件磨削加工正向工藝設計方法，其特征在于，所述檢測評價包括零件尺寸檢測評價、磨削加工表面完整性檢測評價、磨削工具評價以及磨削加工系統(tǒng)評價；其中，所述磨削加工表面完整性檢測評價包括表面粗糙度檢測、表面/亞表面損傷檢測、殘余應力檢測、燒傷及振紋檢測評價；所述磨削工具評價包括砂輪磨損形式評價、砂輪壽命評價；所述磨削加工系統(tǒng)評價包括主軸功率、溫度以及機床振動評價。

10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種航空發(fā)動機零件磨削加工正向工藝設計方法，其特征在于，所述典型特征的零件為葉片緣板、榫齒或葉冠。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及航空發(fā)動機機械加工技術(shù)領域，特別涉及一種航空發(fā)動機零件磨削加工正向工藝設計方法，包括S1：磨削加工可加工性分析，確定零件加工過程中某個需進行磨削加工的環(huán)節(jié)；S2：根據(jù)某個需進行磨削加工的環(huán)節(jié)，設計初步零件加工工藝方案；S3：對初步零件加工工藝方案進行仿真分析，根據(jù)仿真分析結(jié)果，進行第一次優(yōu)化零件加工工藝方案；S4：對第一次優(yōu)化零件加工工藝方案進行現(xiàn)場驗證，根據(jù)加工后的檢測評價結(jié)果與仿真中對應數(shù)據(jù)對比，進行第二次優(yōu)化零件加工工藝方案；S5：將第二次優(yōu)化零件加工工藝方案形成零件加工工藝規(guī)程。本發(fā)明提升磨削加工工藝穩(wěn)定性及產(chǎn)品合格率，降低試錯成本，減少傳統(tǒng)磨削加工中對操作人員經(jīng)驗的依賴。

技術(shù)研發(fā)人員：昂給拉瑪,潘博,李遠賓,孫雨婷,趙明
受保護的技術(shù)使用者：中國航發(fā)沈陽黎明航空發(fā)動機有限責任公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/28