——北京勝為弘技數控裝備(bei)有限公司 劉樹(shu)生(sheng)

摘要：本文通過對航空鈦合金葉片工藝特點的分析和對不同葉片數控砂帶磨削的生產實踐、工藝試驗、驗證分析，總結提出航空鈦合金葉片實現數控砂帶磨削的幾個必要條件和相應對策。

對于(yu)航空(kong)發動機(ji)來(lai)說(shuo)，核心(xin)機(ji)一(yi)旦(dan)定型，后續(xu)發展主(zhu)要通過采用新(xin)(xin)技術(shu)(shu)、新(xin)(xin)設計，加大(da)風扇直徑， 增加增壓(ya)(ya)壓(ya)(ya)氣(qi)機(ji)級數，改(gai)(gai)進(jin)高(gao)(gao)壓(ya)(ya)壓(ya)(ya)氣(qi)機(ji)、高(gao)(gao)壓(ya)(ya)渦(wo)輪(lun)葉(xie)(xie)型設計，提(ti)高(gao)(gao)高(gao)(gao)壓(ya)(ya)渦(wo)輪(lun)葉(xie)(xie)片(pian)材料與涂層的耐高(gao)(gao)溫性能等來(lai)提(ti)高(gao)(gao)部件效率和(he)發動機(ji)的推力。這其(qi)中，表征循(xun)環參(can)數 的高(gao)(gao)溫熱部件材料的發展相對較慢，而壓(ya)(ya)氣(qi)機(ji)葉(xie)(xie)片(pian)、風扇葉(xie)(xie)片(pian)設計改(gai)(gai)進(jin)較為頻繁(fan)，可以說(shuo)，鈦(tai)合(he)金壓(ya)(ya)氣(qi)機(ji)葉(xie)(xie)片(pian)和(he)風扇葉(xie)(xie)片(pian)制造(zao)是航空(kong)發動機(ji)制造(zao)的關鍵技術(shu)(shu)之一(yi)。

目(mu)前(qian)，國內航(hang)空(kong)發(fa)動機(ji)制(zhi)(zhi)(zhi)造企業幾乎均(jun)采用(yong)(yong)人工(gong)修磨(mo)(mo)進(jin)排(pai)氣邊(bian)的(de)(de)方式制(zhi)(zhi)(zhi)造鈦(tai)合(he)金壓氣機(ji)葉(xie)片、風扇 葉(xie)片和導向(xiang)葉(xie)片，葉(xie)片進(jin)排(pai)氣邊(bian)厚度散差(cha)較大、一致性差(cha)，型線不準確，葉(xie)片質量不高。隨著(zhu)汽(qi)輪機(ji)行業逐步采用(yong)(yong)數(shu)(shu)控砂(sha)帶磨(mo)(mo)床加(jia)工(gong)葉(xie)片型面和進(jin)排(pai)氣邊(bian)，航(hang)空(kong)發(fa)動 機(ji)制(zhi)(zhi)(zhi)造企業也(ye)相繼(ji)提出(chu)了采用(yong)(yong)數(shu)(shu)控砂(sha)帶磨(mo)(mo)削(xue)加(jia)工(gong)進(jin)排(pai)氣邊(bian)的(de)(de)要求，迫(po)切(qie)希望能夠通過(guo)數(shu)(shu)控砂(sha)帶磨(mo)(mo)解決進(jin)排(pai)氣邊(bian)磨(mo)(mo)削(xue)加(jia)工(gong)這一航(hang)空(kong)發(fa)動機(ji)葉(xie)片制(zhi)(zhi)(zhi)造的(de)(de)難(nan)題。本(ben)文(wen)通過(guo)對 航(hang)空(kong)鈦(tai)合(he)金葉(xie)片工(gong)藝特點的(de)(de)分(fen)(fen)析和對不同葉(xie)片數(shu)(shu)控砂(sha)帶磨(mo)(mo)削(xue)的(de)(de)生產(chan)實(shi)踐、工(gong)藝試驗、驗證分(fen)(fen)析，總結提出(chu)航(hang)空(kong)鈦(tai)合(he)金葉(xie)片實(shi)現數(shu)(shu)控砂(sha)帶削(xue)的(de)(de)幾個必要條件(jian)和相應對 策。

進(jin)排氣(qi)邊(bian)磨削加工難點

航空發動機葉片和汽輪機葉片的制造工藝差別很大，前者主要采用成型法，而后者主要采用去除材 料法。汽輪機葉片的材料多為不銹鋼，一般先是銑削出葉片徑向面作為徑向基準，加工肩臺或榫槽與頂尖孔作為軸向基準，然后采用多軸聯動機床加工葉身型線，最 后經數控砂帶磨拋光完成；航空葉片一般采用鈦合金精密鍛造、鑄造方法制造壓氣機葉片，采用擴散連接 / 超塑性(xing)成型(xing)（DB/SPF）法制造鈦合(he)金寬弦風扇葉片，葉片型(xing)面是靠模具(ju)成型(xing)保證的，型(xing)面精度空間(jian)誤差不超過 0.15mm，成型(xing)后不再(zai)加工(gong)，直接用作型(xing)面(mian)定位夾(jia)具的基(ji)準用來加工(gong)葉根榫槽和進排氣邊。因此，航空鈦合金葉片(pian)的加工(gong)主要(yao)(yao)是進排氣邊的加工(gong)，對于(yu)數控砂帶磨(mo)削加工(gong)，其(qi)加工(gong)難點有以下(xia)幾個(ge)主要(yao)(yao)方面(mian)。

（1）航空葉片(pian)進排氣邊非(fei)常薄，大型的風扇(shan)葉片(pian)也僅有 R0.3mm 左(zuo)右，小(xiao)的壓氣機(ji)葉(xie)片(pian)有些(xie)甚至會達(da)到R0.1mm 級別。這(zhe)就使(shi)得(de)在進(jin)(jin)行(xing)砂帶(dai)磨(mo)削(xue)時，必(bi)須(xu)采用很小的接觸力進(jin)(jin)行(xing)磨(mo)削(xue)，否則難以保證型面精度，這(zhe)對(dui)于砂帶(dai)磨(mo)削(xue)裝(zhuang)置(zhi)的接觸力控制提(ti)出(chu)了很高(gao)的要求(qiu)。一般來說，大(da)型汽輪機葉片進(jin)(jin)排氣(qi)邊厚度大(da)于 R0.8mm，剛性較好，磨削壓力作用在工件上一般約(yue) 8~10N 即可，加之砂帶接觸寬度一(yi)般(ban)超過 20mm，實際(ji)磨削拋光時接觸部位壓(ya)強不大(da)。航空葉片(pian)除了進(jin)排氣(qi)邊厚度遠(yuan)小(xiao)于汽(qi)輪機葉片(pian)以(yi)外，一般葉片(pian)長度也很小(xiao)（壓(ya)氣(qi)機葉片(pian)大(da)多(duo)數(shu)小(xiao)于 150mm），磨削(xue)時砂(sha)帶接觸寬度(du)小于 10mm，即使不考慮很(hen)薄的邊緣切割砂帶因(yin)素，只按照相同的壓強(qiang)類比測算，接觸力不會超過2N，這個(ge)力值(zhi)相當(dang)于我們常用的(de)(de)測(ce)量探頭(tou)接觸工件時的(de)(de)接觸力。

（2） 磨削余量不均勻。鍛造的鈦合金壓氣機葉片和超塑成型風扇葉片一般采用銑削或線切割進排氣邊鍛造飛邊（保證弦寬），然后進行進排氣邊磨削拋光加工，這一加工 特點使得進排氣邊圓角（或局部橢圓截面）部分加工余量很不均勻，如下圖所示：紅色部分為毛坯外輪廓，圓弧部分為進排氣邊的理論曲線。砂帶磨削通常采用恒壓 磨削原理，但是對于這樣的余量不均勻，是否應該采用剛性的、理論曲線的磨削？顯然，磨削時砂帶磨料脫落將會使去除的材料越來越少，直到無法磨削。或許我們 可以摸索出砂帶厚度變化的規律，從工藝上保證通過接觸輪軌跡控制最終分別去除余量，修出理想的截面輪廓和進排氣邊型線，但是在柔性接觸輪的情況下又如何使 去除量得到準確控制？

（3）葉片變(bian)(bian)(bian)形(xing)問題(ti)。這個(ge)問題(ti)和(he)磨(mo)削余量(liang)不均(jun)勻是(shi)同類問題(ti)，鍛造(zao)鈦合(he)金葉片和(he)超塑成型葉片均(jun)在一定溫度下完成形(xing)變(bian)(bian)(bian)，受殘余應力影響都存(cun)在變(bian)(bian)(bian)形(xing)，尤其是(shi)壓氣(qi)機葉片，變(bian)(bian)(bian)形(xing)的數量(liang)級(ji)與葉片進排氣(qi)邊厚度在同一量(liang)級(ji)，達到0.1mm 以(yi)上，這和航(hang)空(kong)葉片一般型(xing)面空(kong)間誤差0.05mm 左右相(xiang)比(bi)就太(tai)大了，必須予以修正。

（4） 基準(zhun)問題，型(xing)面定(ding)位、葉(xie)片(pian)裝(zhuang)夾后的一(yi)致性問題。精鍛葉(xie)片(pian)和(he)超塑成型(xing)葉(xie)片(pian)型(xing)面精度很好，但仍然是粗基準(zhun)，這(zhe)(zhe)和(he)汽輪機葉(xie)片(pian)銑削基準(zhun)相比還(huan)是比較粗。如(ru)上所述， 這(zhe)(zhe)個裝(zhuang)夾定(ding)位誤差在數量級上和(he)葉(xie)片(pian)變形(xing)誤差相當，這(zhe)(zhe)也(ye)是不(bu)能不(bu)考慮到的一(yi)個重要影響因素，也(ye)必(bi)須通過修正坐(zuo)標系來解決(jue)。

此(ci)外，進(jin)(jin)排氣邊(bian)磨削時，冷卻條件不(bu)好，很薄的邊(bian)緣(yuan)散熱(re)條件不(bu)好，葉片(pian)進(jin)(jin)排氣邊(bian)容易產生燒蝕(shi)，這也給葉片(pian)進(jin)(jin)排氣邊(bian)磨削帶來一定困難；對于超塑成型(xing)風扇葉片(pian)，除(chu)了進(jin)(jin)排氣邊(bian)，型(xing)面也需要磨削拋光，還存在型(xing)面余(yu)量不(bu)均勻、變形誤差等問(wen)題。

葉片數控砂帶磨削關鍵技(ji)術

不(bu)同類型葉片(pian)數控砂帶磨(mo)(mo)削(xue)的(de)生(sheng)產實(shi)踐和工(gong)藝試驗為航(hang)空葉片(pian)進排(pai)氣邊數控砂帶磨(mo)(mo)削(xue)積累(lei)了(le)經驗，驗證了(le)關鍵技術應用于航(hang)空葉片(pian)制造的(de)可(ke)行性。

2008 年4月，由北京勝為弘技數控裝備有限公司、武漢華中數控股份有限公司和東方電氣集團東方汽輪機有限公司聯合研制的大型葉片型面加工六坐標數控砂帶磨床榮獲由中國機床工具工業協會授予的CCMT2008 國產數控機(ji)床(chuang)“春(chun)燕獎”。在此基礎上，合作三(san)方聯合無錫透平葉片有限公司于 2010 年共(gong)同承擔了國(guo)家數控機床(chuang)重大(da)專項——大(da)型(xing)葉片(pian)型(xing)面加工六坐標聯動數控砂(sha)帶磨床(chuang)這一課題編號為(wei) 2010ZX04001，內(nei)容為 10 臺數控砂帶磨床組成的(de)大型葉(xie)片磨削拋光生產線課題(ti)。現已(yi)有 3 種規(gui)格 7 臺機床(chuang)在東方汽輪(lun)(lun)機有限公司葉(xie)片(pian)(pian)分廠(chang)投入使用，用于核電末級和(he)次末級葉(xie)片(pian)(pian)型面(mian)和(he)進排氣(qi)邊磨削拋光。目(mu)前，已累計生(sheng)產大型汽輪(lun)(lun)機葉(xie)片(pian)(pian)數千片(pian)(pian)，葉(xie)片(pian)(pian)加(jia)工(gong)質量(liang)良好、一致性好，以核電汽輪(lun)(lun)機葉(xie)片(pian)(pian)為例，核電轉子葉(xie)片(pian)(pian)安裝后，未經動(dong)平衡(heng)時，其(qi)不平衡(heng)量(liang)就小于法國阿爾斯通技術要(yao)求。

2010 年以(yi)來，在生產實踐(jian)的基礎上，以(yi)機床(chuang)主要(yao)制造商北京勝為弘技數控(kong)裝備(bei)有限(xian)公司牽頭，項目組(zu)又(you)進行了(le)靜(jing)葉(xie)片(pian)強力(li)磨削成型和超塑(su)成型風扇(shan)葉(xie)片(pian)磨削試驗(yan)，驗(yan)證并完善了(le)葉(xie)片(pian)數控(kong)砂(sha)帶磨削各(ge)關(guan)鍵技術。

1　對砂帶裝置進行改進

通過汽(qi)輪機葉片(pian)生(sheng)產(chan)實(shi)踐完善數(shu)控砂帶(dai)磨削(xue)裝(zhuang)置單元化(hua)技(ji)(ji)術，優(you)化(hua)控制技(ji)(ji)術和六軸聯動編程技(ji)(ji)術，積(ji)累葉片(pian)數(shu)控砂帶(dai)磨削(xue)工藝數(shu)據。隨(sui)著生(sheng)產(chan)中不(bu)斷反映出(chu)的要求(qiu)，對砂帶(dai)裝(zhuang)置的改進(jin)也是(shi)持續進(jin)行的，主要的改進(jin)包(bao)括(kuo)：

（1）砂帶(dai)(dai)機(ji)構(gou)低(di)摩(mo)擦導(dao)向機(ji)構(gou)的裝配結構(gou)優化，以降低(di)導(dao)向機(ji)構(gou)靜(jing)摩(mo)擦力(li)，提(ti)高浮(fu)動(dong)砂帶(dai)(dai)機(ji)構(gou)靈(ling)敏(min)度(du)，提(ti)高接觸(chu)力(li)控制精度(du)；

（2）更新(xin)低阻浮動氣(qi)缸以提高接觸力控(kong)制精度(du)；

（3）優化砂(sha)帶(dai)輪(lun)(lun)(lun)系結構、改(gai)善裝配工藝性以提(ti)高(gao)輪(lun)(lun)(lun)系軸線平行度(du)(du)，增(zeng)大接觸輪(lun)(lun)(lun)砂(sha)帶(dai)包絡角度(du)(du)，提(ti)高(gao)高(gao)速砂(sha)帶(dai)運行穩定性；

（4）優(you)化 B 軸(zhou)設計，采用(yong)無背隙(xi)軸(zhou)承減速機 B 軸傳動(dong)，提(ti)高 B 軸動(dong)態(tai)性能 10 倍以上，擴大了 B 軸擺動范圍（適應風扇(shan)葉片大幅度彎曲變(bian)化）；

（5）優化 C 軸(zhou)設計，采(cai)用分片齒輪消隙，減少了(le) C 軸尺寸和結(jie)構質量，提(ti)高 C 軸精度和動態特(te)性(xing)；

（6）改進 C 軸和砂帶(dai)機構整體(ti)防護(hu)，基本做到砂帶(dai)機構免清潔(jie)、免維護(hu)；

（7）采用橫向磨(mo)削改進粗加工編程方法，提(ti)高葉片加工效率；

（8）采用新材料接觸輪(lun)，接觸輪(lun)壽命由(you) 7~10 天左右提(ti)高到 15~20 天左(zuo)右。

通過優化設計，目前單元(yuan)化的砂帶(dai)磨削(xue)裝置體積更(geng)小，接觸輪壓力(li)控制(zhi)最小達(da)到 5N 級別，整(zheng)機可靠性大幅度(du)提(ti)高(gao)，基本(ben)可以(yi)做(zuo)到運(yun)行免維護，正在試(shi)驗中的新(xin)型導向(xiang)機構和壓力控(kong)制(zhi)裝置將(jiang)進一(yi)步提(ti)高(gao)接觸壓力控(kong)制(zhi)精(jing)度(du)，接觸力控(kong)制(zhi)精(jing)度(du)不超過0.5N。

2　靜(jing)葉(xie)片(pian)強力磨削試驗

試驗目的是通過汽輪機靜葉(xie)片(pian)強力(li)磨削成(cheng)(cheng)型(xing)驗證強力(li)磨削成(cheng)(cheng)型(xing)工藝方法(fa)和型(xing)面精度控制方法(fa)。

通(tong)過對常見靜葉(xie)片(pian)型(xing)面(mian)特(te)征(zheng)的分析，可(ke)以看到，靜葉(xie)片(pian)曲(qu)面(mian)扭曲(qu)很小，甚至是(shi)桶狀葉(xie)型(xing)，尤其是(shi)不(bu) 帶(dai)冠葉(xie)片(pian)，只有葉(xie)身型(xing)線(xian)部分（首尾兩端加工后切(qie)除），葉(xie)身型(xing)線(xian)非常適合(he)數(shu)控(kong)砂(sha)帶(dai)磨削(xue)成型(xing)。對于(yu)六(liu)軸聯動(dong)數(shu)控(kong)砂(sha)帶(dai)磨床，選擇(ze)合(he)適的接(jie)觸輪直徑(jing)、硬度(du)和砂(sha)帶(dai)寬 度(du)，采(cai)用強(qiang)力(li)磨削(xue)直接(jie)成型(xing)靜葉(xie)片(pian)型(xing)面(mian)是(shi)可(ke)行的；并且由于(yu)砂(sha)帶(dai)磨削(xue)線(xian)速度(du)高，擁有比(bi)銑削(xue)更高的金屬去除率，采(cai)用強(qiang)力(li)磨削(xue)直接(jie)成型(xing)靜葉(xie)片(pian)型(xing)面(mian)，在效率方面(mian)會優 于(yu)銑削(xue)。

據此，設定(ding)實驗目(mu)標為(wei)分 3~5 次磨削(xue)成型，余量 2.5~3mm 左右的(de)鑄造毛坯(pi)靜葉(xie)(xie)片，磨削葉(xie)(xie)片達到技術(shu)要求，驗證強力磨削對葉(xie)(xie)片型線的(de)修正(zheng)作(zuo)用及(ji)工藝(yi)方(fang)法。 針對選取的鑄造靜葉(xie)片的毛(mao)坯狀況(kuang)和(he)數學模型，制定試加工工藝流程如下：

•鑄造靜葉片毛(mao)坯(pi)檢查，確定出氣邊(bian)余量；

•毛面定位，打 3 個中心孔；

•裝夾葉(xie)片，參照數學模型，對比找正葉(xie)片（批量生產可采用(yong)測(ce)(ce)頭自(zi)動測(ce)(ce)量），確定最大磨(mo)削余量，確定磨(mo)削余量分配；

•按照最大(da)余量處(chu)參(can)數設定起刀和進給量，采(cai)用有浮動的磨削，使高點見光；

•強力磨削(xue)（粗加工）方式加工，根據余量，內背弧橫向(xiang)磨削(xue)進(jin)給，進(jin)出氣邊(bian)縱向(xiang)進(jin)給加工，每(mei)次切深0.8mm 左右；

•每次磨(mo)削(xue)后測量實際去除量與(yu)指令進(jin)給作比較(jiao)，修正切深• 重復上面(mian)兩個過(guo)程，直至余量0.05mm 左(zuo)右；

•采用(yong)浮(fu)動拋(pao)光，縱向磨削拋(pao)光，完成(cheng)葉(xie)身(shen)型面加(jia)工；

•切除葉片兩(liang)頭余量；

•型(xing)線檢查。

除(chu)去項(xiang)目在試驗過程中，由于鑄造(zao)葉片余(yu)量(liang)不(bu)均(jun)勻（余(yu)量(liang)高低差5mm 左右(you)），粗磨超過 10 次，耗時超過 3h ；粗磨(mo)指令(ling)切深 0.8mm，實際(ji)切深約 0.5mm，分析認為是接(jie)觸輪硬度(du)因素造(zao)成(cheng)的；加工完成(cheng)后的葉(xie)片經廠(chang)家(jia)檢(jian)驗，型(xing)線(xian)滿足要求，表(biao)面粗糙度(du)小于 Ra0.3。

根據試(shi)驗結果，證(zheng)明在(zai)加工過程中，需要注意以下(xia)問題：

（1）磨(mo)(mo)削線(xian)速度對磨(mo)(mo)削效率影(ying)響最大(da)，粗磨(mo)(mo)應(ying)盡(jin)可(ke)能高于 30m/s；

（2）粗磨(mo)砂(sha)帶(dai)粒(li)度不高于(yu) 60#,能(neng)夠有效去(qu)除黑皮；

（3）強(qiang)力(li)磨削(xue)過程中砂(sha)(sha)帶(dai)受(shou)力(li)較大，有時可能出現丟(diu)轉現象，砂(sha)(sha)帶(dai)輪(lun)系應(ying)多采(cai)用掛膠輪(lun)以增大輪(lun)系摩(mo)擦力(li)；

（4）機床(chuang)強力磨削發熱量(liang)較(jiao)多，宜采用高壓冷卻(que)甚至低(di)溫介質冷卻(que)；

（5）精(jing)加(jia)工磨削，為(wei)保證尺寸精(jing)度(du)穩定(ding)性和進給量準(zhun)確，應(ying)采(cai)用硬度(du)較高的(de)接(jie)觸(chu)輪；

（6）強力磨(mo)削(xue)應(ying)對葉(xie)片毛坯有余量分配、分布不均(jun)勻程度提出要(yao)求(qiu)，為提高效率，可(ke)考(kao)慮(lv)機(ji)床粗(cu)加工出氣(qi)邊加厚(hou)部分和(he)余量不均(jun)勻的(de)型面(mian)后(hou)再(zai)進行強力磨(mo)削(xue)；

（7）增(zeng)大安全(quan)防(fang)護(hu)力度，采用全(quan)封閉機床罩殼，預防(fang)人身意外傷害。

試驗結果證明：對(dui)于靜葉(xie)(xie)(xie)片加工(gong)(gong)，強力磨(mo)削代替銑(xian)削是可行的，但是毛坯狀況需(xu)要改善(shan)，余(yu)量(liang)(liang)分布 須均勻；強力磨(mo)削對(dui)葉(xie)(xie)(xie)片型線(xian)具有一(yi)定的修(xiu)正作(zuo)用(yong)，但是砂帶磨(mo)損造成的砂帶厚度變(bian)化(hua)使(shi)修(xiu)正作(zuo)用(yong)效果減弱(ruo)；磨(mo)削前(qian)和磨(mo)削過程中(zhong)應(ying)引入在位測量(liang)(liang)，及時動態分配加 工(gong)(gong)余(yu)量(liang)(liang)，提(ti)高加工(gong)(gong)效率，提(ti)高葉(xie)(xie)(xie)片加工(gong)(gong)精度。

3　超(chao)塑成型(xing)風(feng)扇(shan)葉片試驗

本試(shi)驗(yan)目的(de)是通過超(chao)塑成(cheng)型風扇(shan)葉(xie)片(pian)磨削(xue)試(shi)驗(yan)積累(lei)航空(kong)鈦(tai)合(he)(he)金葉(xie)片(pian)磨削(xue)工藝數據（試(shi)驗(yan)中）。鈦(tai)合(he)(he)金超(chao)塑成(cheng)型空(kong)心(xin)葉(xie)片(pian)毛坯葉(xie)身(shen)單(dan)邊余量(liang)約 0.5mm，進排氣邊為(wei)線切割(ge)割(ge)出(chu)，余(yu)量最大約 3mm，裝夾(jia)基準(zhun)為葉根部位的矩形肩臺(tai)（線切割(ge)割(ge)出，誤差不(bu)超過 0.1mm），要求采用數控(kong)砂帶(dai)磨削加工(gong)出進排氣邊圓(yuan)角（橢圓(yuan)截型(xing)）并修磨葉(xie)身曲面至尺寸。針(zhen)對選(xuan)取(qu)的(de)空(kong)心葉(xie)片的(de)毛坯狀況和數學模型(xing)，制定試(shi)加工(gong)工(gong)藝流程如下：

•葉片毛(mao)坯檢查，確定進排氣邊(bian)余量；

•裝夾葉片，參照數學模型，拉表找(zhao)正葉片，確定最(zui)大磨削余量，確定磨削余量分配；

•按照最大余(yu)(yu)量(liang)處(chu)參數(shu)設(she)定起(qi)刀(dao)和進(jin)給量(liang)，采用理(li)論型線軌跡強(qiang)力磨(mo)削方式(shi)加工，根據余(yu)(yu)量(liang)，內(nei)背弧橫向磨(mo)削進(jin)給，進(jin)出氣(qi)邊縱向進(jin)給加工，每次切深 0.3mm 左右，砂(sha)帶線速度8~12m/s；

•每次磨削后測量(liang)實際去除量(liang)與指令進(jin)給作比較，修正切深；

•重復(fu)上面兩個過(guo)程(cheng)，直(zhi)至(zhi)余量0.05mm 左右(you)；

•采用浮動拋光，縱向磨削拋光，完成葉身和進排氣邊型面加(jia)工；

•型線檢查。

試驗(yan)效果：

（1）進(jin)排氣邊形態(tai)基本正常(chang)，與葉身型面過(guo)渡平滑，現場無測量手段，需待測量后(hou)才(cai)能與數學(xue)模(mo)型進(jin)行比(bi)較(jiao)；

（2）葉身(shen)(shen)大部分(fen)區域(yu)磨(mo)(mo)削去除金(jin)屬比較(jiao)(jiao)均勻，葉根與(yu)葉冠部位(wei)去除較(jiao)(jiao)多(duo)，偏差較(jiao)(jiao)大。分(fen)析原(yuan)因(yin)是葉根部分(fen)為(wei)新更換的砂(sha)帶，磨(mo)(mo)料銳度較(jiao)(jiao)強(qiang)，葉身(shen)(shen)部分(fen)砂(sha)帶磨(mo)(mo)料脫(tuo)落較(jiao)(jiao)為(wei)穩(wen)定，故大部分(fen)區域(yu)磨(mo)(mo)削去除金(jin)屬變化不大，葉冠部分(fen)去除余量較(jiao)(jiao)多(duo)與(yu)葉片變形(xing)有關；

（3）砂帶磨(mo)削指(zhi)令進給和實際金屬去(qu)除偏差(cha)較(jiao)大，指(zhi)令切深0.3mm，實(shi)際金(jin)屬去除不均勻(yun)，個別部位甚至沒有(you)(you)(you)去除金(jin)屬。分析(xi)認為(wei)影響因素有(you)(you)(you)兩點：其(qi)一(yi)是葉(xie)片單端裝夾(jia)，加工(gong)到葉(xie)冠部位時有(you)(you)(you)彈性(xing)變形(xing)，造成(cheng)讓(rang)刀；其(qi)二是砂(sha)帶在(zai)磨(mo)削過(guo)程中由(you)于(yu)磨(mo)料的脫(tuo)落造成(cheng)接觸輪中心與待(dai)加工(gong)面(mian)距離變化(hua)較大(da)，新砂(sha)帶由(you)于(yu)有(you)(you)(you)高(gao)點存在(zai)與用過(guo)的砂(sha)帶差別超過(guo) 0.3mm；

（4）線(xian)速度 16m/s 以上(shang)的磨削，經(jing)常(chang)有火花，擔心燒(shao)蝕，降低(di)砂帶速度至(zhi) 8m/s 左右，基本沒有火花，但金屬去除率(lv)明顯降低；

（5）粗加工方(fang)式的(de)橫向(xiang)磨(mo)削(xue)砂帶(dai)磨(mo)削(xue)能力(li)低于(yu)精加工方(fang)式的(de)縱向(xiang)磨(mo)削(xue)，縱向(xiang)磨(mo)削(xue)切寬小，因此切深(shen)保持性好，砂帶(dai)磨(mo)料脫落(luo)少(shao)；

（6）葉(xie)片表面質量良好，粗(cu)糙度小于 Ra0.4。

根據試(shi)驗結果，證明在加工(gong)過程中，需要(yao)注意以下問題(ti)。

（1）鈦合(he)金葉片磨削速度不(bu)宜過高，8~12m/s 效果(guo)較(jiao)好；

（2）鈦合金葉(xie)片進(jin)排(pai)(pai)氣邊(bian)厚度(du)較(jiao)小，按照數字模型(xing)型(xing)線強(qiang)力磨(mo)削成(cheng)型(xing)時對(dui)砂帶磨(mo)料的切割作用不(bu)明顯，但是采用浮動拋光(guang)時非常明顯。對(dui)于(yu)(yu)進(jin)排(pai)(pai)氣邊(bian)小于(yu)(yu) R0.3mm 的葉片(pian)，5N 級別的(de)接觸力磨削(xue)去(qu)除金屬超過 0.1mm，對于航(hang)空葉片空間精度0.05mm 的要求難以保證，必須設法(fa)提(ti)高接(jie)觸力控制精度，降低磨削接(jie)觸力；

（3） 按(an)照數字(zi)模型(xing)型(xing)線(xian)強(qiang)力磨(mo)削(xue)成型(xing)對加(jia)工(gong)出準(zhun)確(que)的(de)型(xing)線(xian)總(zong)體有效，但砂帶(dai)(dai)磨(mo)料(liao)脫落(luo)增加(jia)了不確(que)定因(yin)素(su)，由此(ci)(ci)造(zao)成的(de)曲面(mian)誤差量(liang)級大于葉(xie)片(pian)技術要(yao)求的(de)允差，因(yin)此(ci)(ci)采用強(qiang) 力磨(mo)削(xue)成型(xing)需在磨(mo)削(xue)前(qian)準(zhun)確(que)測(ce)量(liang)接觸(chu)輪中心至(zhi)砂帶(dai)(dai)外(wai)(wai)緣尺寸，并且對于砂帶(dai)(dai)磨(mo)料(liao)脫落(luo)規律(lv)要(yao)有所掌控才可(ke)以(yi)實現。除(chu)此(ci)(ci)以(yi)外(wai)(wai)，磨(mo)削(xue)過程中，必須增加(jia)對葉(xie)片(pian)型(xing)面(mian)和(he)進 排氣邊的(de)檢測(ce)，重新分配余量(liang)，修正程序(xu)坐標，否(fou)則(ze)，加(jia)上柔(rou)性的(de)接觸(chu)輪在內多(duo)個不確(que)定因(yin)素(su)的(de)存在將無法(fa)保證加(jia)工(gong)出準(zhun)確(que)的(de)葉(xie)片(pian)型(xing)線(xian)；

（4）在(zai)(zai)考慮砂帶磨(mo)料脫落影響的同時，考慮實時變壓力磨(mo)削控(kong)制，也就是在(zai)(zai)不(bu)便于(yu)控(kong)制砂帶厚度(du)變化（相當(dang)于(yu)刀長的變化）的時候，通過壓力控(kong)制去除金屬的量來(lai)控(kong)制葉片型(xing)面修正。

由于該試驗還在進行中，下(xia)結論為時尚(shang)早，但(dan)可以看出，對于航(hang)空鈦(tai)合金葉片，通過砂(sha)帶磨(mo)(mo)削修形，磨(mo)(mo)削出進排氣邊圓弧（或橢圓）截(jie)型(xing)(xing)是(shi)必(bi)需的；保(bao)證(zheng)準確型(xing)(xing)線的關鍵(jian)是(shi)磨(mo)(mo)削接觸(chu)力，提高接觸(chu)力控(kong)制精(jing)度，降低(di)磨(mo)(mo)削接觸(chu)力是(shi)實現(xian)航(hang)空鈦(tai)合金葉片進排氣邊準確加工的關鍵(jian)。

根據前(qian)文所述航空鈦合金葉片(pian)的特點和(he)幾種代表性的葉片(pian)砂帶磨(mo)削(xue)的試驗(yan)研(yan)究，我們(men)可以總結出現行(xing)工(gong)藝(yi)條件(jian)下航空鈦合金葉片(pian)型面和(he)進排氣邊數控砂帶磨(mo)削(xue)的幾個必(bi)要條件(jian)和(he)已(yi)有對策(ce)。

（1） 現行工藝條件下，航空鈦合金葉片毛坯型面和進排氣邊制造誤差均大于允差，要求數控砂帶磨具備修正、磨削成型和拋光功能，因此數控砂帶磨削必須建立在對葉片 裝夾狀態的準確測量基礎上，也就是機床設備必須具有在位測量功能（機內測量），并且檢測方式盡可能采用非接觸式，以免在壓氣機小葉片測量時造成不必要的變 形。可能采取的方式為基于多目視覺原理的 CCD 測量或線激(ji)光掃(sao)描，考(kao)慮到毛坯(pi)反光的因素，目前線激(ji)光掃(sao)描似乎比(bi) CCD 測量略(lve)占優勢。

（2） 基于實測(ce)、反求的(de)(de)快速模(mo)型(xing)重(zhong)構技術，測(ce)量的(de)(de)目(mu)的(de)(de)是加(jia)工，必須(xu)通過模(mo)型(xing)重(zhong)構迅(xun)速生成在現實毛坯誤差或(huo)裝夾(jia)差異狀態下(xia)的(de)(de)模(mo)型(xing)，并且判斷出是否能夠加(jia)工出合(he)格(ge)的(de)(de) 產品并生成或(huo)修正(zheng)加(jia)工程序，進行加(jia)工。在修正(zheng)葉(xie)片(pian)型(xing)線的(de)(de)應(ying)用方面(mian)，更是離不開模(mo)型(xing)重(zhong)構和模(mo)型(xing)比對的(de)(de)支持，否則根本不知道該加(jia)工哪里。考慮到葉(xie)片(pian)加(jia)工效率， 這一過程基本可以控制在 5min 左右完成(cheng)。

（3）砂帶磨(mo)局(ju)部修(xiu)正功能。較大的偏差可(ke)以通過(guo)強(qiang)磨(mo)修(xiu)整，多走幾遍理論軌(gui)跡來修(xiu)正，但是對于小于0.1mm 的偏差修正(zheng)，實時壓力(li)控制的變壓力(li)磨(mo)削會(hui)更有效。目前(qian)，關于變壓力(li)磨(mo)削編程控制已經做了試驗，實現已經不是(shi)技術(shu)難題。

（4）低摩擦導向和小接(jie)觸力(li)控制是實現航空(kong)鈦合金(jin)葉片進排氣邊準確加工的關鍵，對于 R0.1mm 級的進排氣邊(bian)磨削(xue)成型和拋光，接觸力可能會小于 2N，考慮(lv)到磨削質量，接觸力的(de)分辨率不會高于 0.5N，最好能控制在(zai) 0.1N 級(ji)別。這將對砂帶機(ji)構導向裝置提出挑戰(zhan)，目前(qian)在試驗的導向裝置和浮(fu)動執行機(ji)構基本可以做到(dao)零摩擦，剩下的就是降低砂帶浮(fu)動

機(ji)構質量提高運動靈敏度了(le)。

（5）適應航(hang)空鈦合金(jin)葉(xie)片(pian)結(jie)構特點的機床結(jie)構。對(dui)于壓氣機葉(xie)片(pian)中(zhong)的鍛彎葉(xie)片(pian)和掠型的風(feng)扇葉(xie)片(pian)，加(jia)工時 B 軸擺動(dong)角度會要求更大(da)(da)，機床設計應充分考慮；大(da)(da)型風扇葉片扭(niu)曲(qu)接近 90°，加工時 C 軸擺角變化(hua)相應地也(ye)會非常大，也(ye)是機(ji)床設(she)計布置中考慮(lv)的(de)重點。

結束(shu)語

以上是(shi)最近 3 年(nian)來我(wo)們對于葉片砂帶磨削所做工作的一些(xie)心(xin)得體會和小結，很多方面還有(you)待進一步研究、總結、 驗證直至提煉成為專業的核心(xin)技術(shu)。近年(nian)來許多領域已(yi)經不能按照通常引進技術(shu)、裝(zhuang)備(bei)、工藝(yi)的方法(fa)來滿(man)足國內(nei)制造的需(xu)(xu)求(qiu)了，這是因為國內(nei)需(xu)(xu)求(qiu)已(yi)經達到國際水(shui) 平，例如三代(dai)核電、新型發動(dong)機技術(shu)、高鐵技術(shu)等。

國家重大專項(xiang)的實(shi)施(shi)無疑給(gei)制(zhi)造業(ye)急需的技(ji)術研(yan)究提供了有力的支(zhi)持(chi)，但專項(xiang)的實(shi)施(shi)畢竟(jing)是階段(duan) 性、時效性的，對(dui)于(yu)制(zhi)造業(ye)核心技(ji)術的掌握和發展，今(jin)后需求(qiu)(qiu)牽引(yin)(yin)的產、學、研(yan)、用的緊密(mi)結合(he)必須成為一種常態(tai)。這種需求(qiu)(qiu)的牽引(yin)(yin)不僅(jin)會改變裝備制(zhi)造企業(ye)的產品 開發模(mo)式，甚至可能(neng)會影響到(dao)工(gong)科院校的人才培養模(mo)式，我們期(qi)待這種改變。隨著需求(qiu)(qiu)牽引(yin)(yin)的研(yan)究工(gong)作(zuo)的開展，解決航空(kong)(kong)鈦合(he)金葉片(pian)進排(pai)氣邊磨(mo)削加工(gong)這一航空(kong)(kong)發動(dong) 機葉片(pian)制(zhi)造的難題應該為時不遠了。 （責編：泰山）

作者簡介：

劉(liu)樹(shu)生，北京勝為弘技數控裝備有限公司總經理，長期(qi)致力于葉片多(duo)軸加工數控裝備研究，主持和參(can)與(yu)完成多(duo)項國(guo)家 863 計劃(hua)項目，其中國(guo)家 863 計(ji)劃項目“大型汽輪機葉(xie)片五軸聯(lian)動加(jia)工中心(xin)研制”獲得中國機械工業(ye)科學(xue)技術一(yi)等獎。（原載于《航空制造(zao)技(ji)術》2011 年第(di) 4 期，由重慶三磨(mo)海達磨(mo)床有限公司黃(huang)云提供）