作者單位：沈陽(yáng)黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造公司

面對(duì)航空工業(yè)的快速發(fā)展，新一代航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子裝配結(jié)構(gòu)已完全有別于一、二代發(fā)動(dòng)機(jī)，對(duì)轉(zhuǎn)子葉片葉尖磨削也提出了更高的要求。近年來，隨著三代發(fā)動(dòng)機(jī)批量生產(chǎn)，其整體制造技術(shù)水平得到了較大的提升，但與國(guó)際先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造企業(yè)相比，個(gè)別制造工藝仍存在較大差距，高速葉尖磨工藝就是其中一例。目前，采用高速葉尖磨進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)各類轉(zhuǎn)子葉片葉尖的粗精加工、在線檢測(cè)及在線去除毛刺已是國(guó)外航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造公司和維修公司普遍應(yīng)用的工藝技術(shù)。某型發(fā)動(dòng)機(jī)高壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子因其轉(zhuǎn)子葉片與鼓筒的周向裝配結(jié)構(gòu)不同于任何機(jī)種的軸向燕尾方式，其葉片與榫槽的配合間隙較大，高出其他機(jī)種5倍以上，在葉片活動(dòng)量要求較大的情況下，磨削葉片外徑保證其公差及徑向跳動(dòng)要求是一直以來追求的目標(biāo)，轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)及技術(shù)要求見圖1。多年來，為使其葉片在拉伸狀態(tài)下進(jìn)行磨削，采取每片葉片安裝在模擬盤上，用螺釘逐個(gè)頂起葉片，使用普通改制設(shè)備低速對(duì)各級(jí)模似盤進(jìn)行磨削的工藝方法，不但生產(chǎn)效率低，而且質(zhì)量狀態(tài)不穩(wěn)定，無法滿足設(shè)計(jì)要求。采用高速磨及在線測(cè)量新工藝技術(shù)是轉(zhuǎn)子提高葉片外徑磨加工效率、提升質(zhì)量水平最有效的方法。高速葉片葉尖磨削工藝，通過高速的工件轉(zhuǎn)速，使轉(zhuǎn)子葉片在高速條件下獲得足夠大的離心力，具有大活動(dòng)量的葉片在貼緊鼓筒榫槽的狀態(tài)下進(jìn)行磨削與在線測(cè)量，磨削后的外徑尺寸與工作狀態(tài)保持一致，是保障發(fā)動(dòng)機(jī)性能，使壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子在最小的工作間隙下確保發(fā)動(dòng)機(jī)耗油率所實(shí)施的重要工藝手段。

高速葉尖磨設(shè)備工程應(yīng)用特點(diǎn)

高速葉尖數(shù)控磨床型號(hào)為DANTIP R3 1500/2000，磨削工件轉(zhuǎn)速最高可達(dá)4000r/min，符合壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子各級(jí)葉片處于向外拉緊狀態(tài)加工葉尖尺寸的技術(shù)要求。采用GE/Fanuc Series 16i CNC控制系統(tǒng)，其測(cè)量系統(tǒng)為DAN-BTM725非接觸式測(cè)量系統(tǒng)，用以在線測(cè)量各級(jí)葉片的外徑尺寸，并將每次測(cè)量的各級(jí)、每片葉片的外徑尺寸以數(shù)據(jù)和圖形的方式顯示出來，提供的LVDT Probe測(cè)量系統(tǒng)用來對(duì)轉(zhuǎn)子的非葉片表面進(jìn)行測(cè)量。高速葉尖磨床具有砂輪自動(dòng)修整功能，能通過程序設(shè)定砂輪自動(dòng)修整時(shí)間。高速葉尖磨床提供的吸塵裝置、標(biāo)準(zhǔn)空調(diào)系統(tǒng)，分別用以吸收磨削時(shí)產(chǎn)生的碎屑以及控制防護(hù)罩內(nèi)溫度，確保測(cè)量結(jié)果精確。高速葉尖磨設(shè)備屬?gòu)?fù)合加工機(jī)床（見圖2），其主要性能參數(shù)見表1。

轉(zhuǎn)子高速葉尖磨工藝設(shè)計(jì)應(yīng)用方案

高速葉尖磨工藝設(shè)計(jì)具有3種含義：一是轉(zhuǎn)子葉片以拉伸狀態(tài)下進(jìn)行高速磨削的高效加工技術(shù)；二是以工序集中為原則的復(fù)合加工技術(shù)；三是實(shí)現(xiàn)在線檢測(cè)的測(cè)量技術(shù)。

1 高速葉尖磨削的高效加工技術(shù)

數(shù)控高速葉尖磨削工藝已完全顛覆了原普通車改制磨床進(jìn)行磨削葉片外徑的工藝，其技術(shù)主要通過合理的工藝設(shè)計(jì)、正確的裝夾方式、高效的磨削參數(shù)來體現(xiàn)。

（1）工藝設(shè)計(jì)。

數(shù)控高速葉尖磨對(duì)磨削工件的自身不平衡量有較高要求，超過設(shè)定值即報(bào)警中斷磨削，因此，轉(zhuǎn)子葉尖在高速磨削前需采取一系列平衡工藝對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行預(yù)先動(dòng)平衡，經(jīng)過試驗(yàn)，轉(zhuǎn)子預(yù)先平衡的最終不平衡量控制在25g·cm以內(nèi)。1、2級(jí)葉片外徑余量較大，安排一次粗磨工序，其工藝流程見圖3。

（2）裝夾方式。

為保證磨削后1～9級(jí)葉片的葉尖相對(duì)基準(zhǔn)跳動(dòng)在0.05mm以內(nèi)，采取轉(zhuǎn)子基準(zhǔn)與工裝基準(zhǔn)過盈配合的液壓工裝，通過控制與轉(zhuǎn)子配合的前后液壓夾盤工裝徑向跳動(dòng)不大于0.01，經(jīng)0.2MPa壓力的氣密性檢查，使轉(zhuǎn)子與夾具緊密配合，達(dá)到轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)基準(zhǔn)與機(jī)床加工基準(zhǔn)緊密貼合的精確定位。并經(jīng)過多次試驗(yàn)加工驗(yàn)證，用檢查篦齒盤處48個(gè)螺母限力30N·m和機(jī)座處螺母限力  60N·m來保證轉(zhuǎn)子能夠安全地進(jìn)行磨削工作。

（3）磨削參數(shù)。

設(shè)置磨削參數(shù)有3個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：一是選用的轉(zhuǎn)速，能夠保證磨削葉片在拉伸狀態(tài)下(即葉片處于工作位置)磨削；二是因轉(zhuǎn)子葉片材料為鈦合金，選用的磨削參數(shù)要保證在高速磨削后葉片無灼傷；三是高速磨削過程的穩(wěn)定性。3個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)相互制約，需一并試驗(yàn)解決。

通過大量試驗(yàn)研究驗(yàn)證了轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、葉片外徑尺寸余量的大小、葉片角度以及磨削過程產(chǎn)生的毛刺都對(duì)磨削的穩(wěn)定性及鈦合金葉片灼傷有影響，為將這些影響減少到最小，采取分級(jí)設(shè)置轉(zhuǎn)速，不同磨削階段設(shè)定不同的進(jìn)給倍率、停留時(shí)間，不同級(jí)葉片設(shè)定不同參數(shù)、粗磨預(yù)留0.2～0.3mm余量、去除毛刺后再進(jìn)行葉片外徑的精磨等方法，確定的高速磨削工藝參數(shù)見表2。

2 以工序集中為基礎(chǔ)的復(fù)合加工技術(shù)

提高生產(chǎn)效率是零件切削加工過程的一個(gè)永恒主題，高速葉尖磨在一臺(tái)設(shè)備、同一基準(zhǔn)下完成了葉片外徑磨削、尖邊去除毛刺、在線實(shí)測(cè)外徑多種加工與測(cè)量要求，用一次裝夾實(shí)現(xiàn)了多工序的復(fù)合加工，大大縮短轉(zhuǎn)子加工生產(chǎn)周期，提高轉(zhuǎn)子葉片外徑加工質(zhì)量。

對(duì)1～9級(jí)轉(zhuǎn)子葉片，采取逐級(jí)磨削，逐級(jí)去除毛刺的方法，通過摸索和大量試驗(yàn)，確定了高速磨削轉(zhuǎn)速及去除毛刺轉(zhuǎn)速（見表2），并達(dá)到粗糙度為0.8μm的要求。

3 在線檢測(cè)技術(shù)

發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子葉片外徑磨削的在線檢測(cè)是通過磨削程序的編制進(jìn)行控制的，對(duì)1～9級(jí)轉(zhuǎn)子葉片采取逐級(jí)逐片磨削以達(dá)到圖紙規(guī)定尺寸和角度，采取非接觸式測(cè)量系統(tǒng)實(shí)時(shí)在線跟蹤、監(jiān)控、測(cè)量磨削葉片外徑值的方法進(jìn)行在線測(cè)量，測(cè)量精度為0.001mm。葉片外徑角度由砂輪頭架轉(zhuǎn)動(dòng)相應(yīng)角度后，再給以適當(dāng)?shù)膹较蚓嚯x補(bǔ)償來保證，這種在線測(cè)量能最大限度的削除重復(fù)定位誤差，加工精度更易獲得保證。

高速葉尖磨與在線測(cè)量技術(shù)應(yīng)用評(píng)價(jià)

為了驗(yàn)證高速葉尖磨削技術(shù)應(yīng)用結(jié)果的正確性，將在高速磨磨削的各級(jí)葉片分別采用模擬盤與三坐標(biāo)測(cè)量進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)高速磨后在線測(cè)量的葉片外徑在滿足設(shè)計(jì)要求尺寸的情況下，各片葉片直徑差為0.007mm，模似盤上測(cè)葉片外徑各片直徑差為0.024mm，三坐標(biāo)測(cè)量各片葉片外徑差0.0074mm。通過對(duì)其他各級(jí)葉片試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比分析，在模擬盤和三坐標(biāo)上測(cè)量用高速葉尖磨床磨削的葉片外徑數(shù)值均滿足設(shè)計(jì)給定的尺寸公差帶要求，且高速葉尖磨床上在線測(cè)量數(shù)據(jù)精度比模擬盤和三坐標(biāo)上測(cè)量數(shù)據(jù)精度高。高速葉尖磨床磨削葉片外徑的準(zhǔn)確性，充分肯定了其加工精度和測(cè)量精度。

結(jié)束語(yǔ)

采用轉(zhuǎn)子葉片外徑高速磨削、在線去除毛刺與在線測(cè)量解決新一代發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子葉片外徑磨削加工，攻克了多年來設(shè)計(jì)提出的轉(zhuǎn)子葉片需在工作位置拉伸狀態(tài)下進(jìn)行磨削難點(diǎn)的同時(shí)，有效地克服了反復(fù)裝配葉片、磨削葉片及去除毛刺耗時(shí)多、葉尖尺寸檢測(cè)存在誤差等問題，且這種復(fù)合加工工藝技術(shù)大大減少工作定位次數(shù)、縮短加工過程、提高了生產(chǎn)效率及產(chǎn)品質(zhì)量。這表明基于工序集中的復(fù)合加工技術(shù)是提升新一代發(fā)動(dòng)機(jī)制造水平的一個(gè)重要手段，也是國(guó)際先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)。這一復(fù)合、高效的加工方法可在中航工業(yè)的軍機(jī)及民機(jī)企業(yè)內(nèi)得以應(yīng)用，但需從工件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和加工經(jīng)濟(jì)性等方面綜合考慮。