“中走絲線切割”機床之薄壁葉片加工變形誤差補償技術探討 目前，國內薄壁葉片制造精加工工藝是數控半精加工與手工打磨精加工。原因在于葉片屬于薄壁曲面零件，加工變形難以控制，為避免報廢，必須留下足夠的余量補償數控加工引起的變形，zui后依靠人工拋光，用“邊打磨、邊檢驗”的方法將葉片余量逐步去除掉。但由于手工打磨過程無冷卻液，靠樣板控制葉片截面形狀，故加工效率低，勞動強度大，表面精度低，波紋度大，易燒傷，質量不穩定，無法滿足薄壁葉片對壁厚和葉型精度控制的要求。 國外目前已普遍采用葉片無余量數控加工，制造周期短，加工一致性好，精度高。葉片無余量數控加工遇到的zui大難題就是加工變形，而加工變形是影響薄壁零件數控加工效率、精度和表面質量的關鍵因素。 薄壁葉片加工變形控制技術 薄壁葉片的變形形式主要有彎曲變形和扭轉變形。薄壁葉片加工變形主要由工件、刀具、夾具和機床組成的工藝系統產生, 主要原因是內應力的釋放和切削殘余應力產生，因此，減少加工變形的主要措施就是減少應力產生。目前，減少或消除加工應力zui常用的方法有分階段加工、熱處理和高速銑削。 1 分階段加工 為減小葉片的加工應力，加工過程分為粗加工、半精加工和精加工3個階段。粗加工主要問題是如何獲得高的生產率，切除的余量大，切削熱、切削力以及內應力重新分布等因素引起的葉片變形較大；半精加工時余量較小，葉片的變形也較小；精加工時葉片的變形更小。 2 熱處理 減少加工變形zui有效的措施是熱處理，由于粗加工余量大，加工應力相應也大，因此在粗加工和半精加工工序之間增加熱處理，以去除加工應力。具體采用什么樣的熱處理方法要根據零件的材料和性能，按熱處理規范進行選擇。 3 高速銑削技術 高速銑削采用極淺的切削深度和極窄的切削寬度，因此切削力比較小，和常規相比切削力至少降低30%。這對于加工剛性較差的薄壁葉片來說可以降低加工變形，使這類零件精細加工成為可能。薄壁葉片在加工時容易產生振動，振動會導致葉片變形。因此, 對于薄壁結構零件的加工, 在保證加工效率的前提下,首先選擇高速切削方式, 以遠離工藝系統的固有頻率；此外, 對不同壁厚的零件作模態分析, 了解工件的不同階固有頻率, 然后選擇合適的切削速度以求避免發生工件的切削振動。 4 誤差補償技術 誤差補償技術自20世紀70年代提出以來廣泛用于提高數控機床的加工精度。利用誤差補償技術，即使中等精度的機床也可加工出高精度的零件。根據實現方法的不同，加工誤差補償系統可以分為2類：實時誤差補償和離線誤差補償。實時誤差補償系統對切削過程進行在線監測，并根據綜合誤差模型的分析結果，通過反饋信息及時調整切削參數和補償刀具路徑。此種實現方案對各種實時監測設備的精度和靈敏度要求較高，相對比較難以實施。離線誤差補償的思想是運用材料力學理論分析法或有限元模擬技術分析預測工件刀觸點處變形量的大小，或者通過實際測量加工樣件的方法。離線誤差補償技術相對容易實施，特別適合于批量生產的情形。 加工變形誤差補償方法 通過材料力學理論分析法[4]、有限元分析法或測量數據分析法獲取零件表面加工變形誤差的詳細分布信息，并據此預修正原始數控編程刀位，補償刀具、零件變形產生的讓刀誤差，從而達到一次走刀高速精加工目的。 1 材料力學理論分析法 以工程力學和彈性力學理論為基礎采用簡化模型技術，建立葉片在典型夾具結構中的受力模型，并進行彈性變形分析，計算葉片工藝剛度。以圖形方式直觀、清晰地對比葉片在各種夾具下的工藝剛度，通過葉片長度、寬度和厚度等宏觀幾何尺寸方便地判斷加工中變形程度和變形zui大區域，在編程前選用和優化夾具結構，提出補償措施，在一定程度上彌補讓刀變形精度損失。 2 有限元分析法 根據有限元分析計算結果，建立工件加工表面的變形誤差分布模型，修正原始數控編程刀位，有效補償加工變形誤差。 工件加工表層殘余應力的存在嚴重影響其疲勞強度和使用性能,殘余應力引起的扭曲變形也會顯著降低工件加工精度, 特別是對于航空工業中普遍使用的薄壁結構影響更大。如何準確預測、控制工件表層殘余應力和扭曲變形, 改善加工表面完整性以及提高數控加工精度,一直是精密、超精密切削領域重要的研究課題。運用熱彈塑性大變形有限元方法,Lin等模擬了不同切削速度、切削深度條件下NiP合金超精密切削表層殘余應力的分布規律,發現沿工件表層深度方向殘余壓應力先增大到一定值后開始減小, 出現zui大殘余壓應力的位置隨著切削深度的增加而加深。El–Axir研究了材料的拉伸強度以及切削速度、進給率對工件車削表層殘余應力分布規律的影響, 認為工件表層殘余應力沿深度方向符合多項式函數分布。利用測定殘余應力的鉆盲孔法,Sridhar等 分析了銑削加工鈦合金IMI-834時工件表層殘余應力的分布狀況。研究結果表明, 對于所選用的切削參數范圍而言, 工件表層殘余應力基本上處于壓應力狀態,文中同時確定了在不影響材料微觀組織結構和機械性能前提下的消除殘余應力的*熱處理工藝溫度。 3 測量數據分析法 材料力學理論分析法和有限元分析法是對葉片變形誤差進行預測，預測準確與否與切削力模型和加工工藝模型有很大關系。測量數據分析法是對加工完成的葉片試件進行三坐標測量機測量，通過檢測結果的分析對葉片的加工誤差進行補償。數據分析法是事后分析，而材料力學理論分析法和有限元分析法是事前預測，相比較而言測量數據分析法成本較高。測量數據分析法是對葉片試件進行測量分析，因此試件的數量選擇很重要，一般一批3～5件葉片為好。另外，試件加工也要求工藝的穩定性，如果工藝不穩定，加工的試件變形情況就沒有規律，從測量數據中就不能準確分析葉片變形情況。測量數據分析法是采用三坐標測量機對加工完成的葉片進行測量，通過分析測量數據得出葉片的變形誤差規律，再根據葉片的變形情況對CAD模型進行修改，即對葉片CAD模型進行反變形造型。然后通過修改的CAD模型重新編寫NC代碼，對葉片進行加工。 蘇州中航長風數控科技有限公司電火花機床專業生產商，更多資訊歡迎登入，公司全面提供機床。 |
