CN116586999B - 整体叶盘套料放电加工装置及加工方法及电极补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了整体叶盘套料放电加工装置及方法，属于放电加工工艺技术领域。本发明可以对整体叶盘坯料进行有效装夹固定，通过定位销以及夹具设计的定位孔实现了整体叶盘流道沿圆周方向的均匀分布加工。夹具还设计有可以倾斜一定角度的功能，根据该功能，可以使加工电极在垂直方向运动的情况下加工出的流道与叶盘轴线存在一定的角度，从而实现整体叶盘流道的加工。本发明提出的电极补偿方法，在电加工初始阶段选用长电极，在一个加工周期结束后对电极损耗部分通过电加工的方式去除掉，有效地解决了电加工过程中频繁更换电极的问题，减少了电极更换所引入的装夹误差，极大程度上节省了整体叶盘的加工时间，并且提高了加工的精度。

Description

整体叶盘套料放电加工装置及加工方法及电极补偿方法

技术领域

本发明属于放电加工工艺技术领域，特别涉及整体叶盘套料放电加工装置及加工方法及电极补偿方法。

背景技术

新一代航空航天装备具有整体化、轻量化和复杂化的结构特点，以及高强度、高硬度和高耐热的材料要求，存在加工“难”，高效加工“更难”的问题。放电加工技术，利用高能热作用去除工件材料，加工过程无机械接触，不受材料的机械性能限制，是钛合金、高温合金、高强度钢等材料和结构的有效制造方法之一。

航空发动机关键制造技术是未来我国航空发动机工业发展的一个重要指标。传统的制造工艺和生产模式已经无法满足航空发动机制造高精度、髙质量、高效率、高可靠性等方面的需求；放电加工技术、电化学加工技术、增材制造技术、精密铸造技术等先进制造技术开始在航空发动机的制造工艺过程使用。

整体式航空发动机叶盘具有结构紧凑，可靠性好，质量小，推力大的优点，已经成为航空发动机设计制造的大趋势。但是整体航空发动机叶盘结构复杂，材料切削性能差，加工难度极大，制造技术的瓶颈限制了整体式叶盘的发展。电火花加工技术是整体式发动机叶盘多采方式制造，加工不受叶盘的材料和结构限制。针对整体叶盘的电火花加工，设计了一种新型的叶盘夹具。

在对整体叶盘流道的加工过程中，由于叶盘流道数量较多以及电加工电极损耗的问题，普通的加工方法要频繁更换电极以保证加工质量，所以在电极拆卸即装夹过程中会不可避免地会引入新的误差，影响到叶盘的加工质量，针对该问题，提出了一种新型的电极补偿方法。

发明内容

为解决现有场景中存在的不足，本发明的目的在于，提供整体叶盘套料放电加工装置及加工方法及电极补偿方法。叶盘夹具保证了整体叶盘流道加工的需求，电极补偿的方法大大节省了套料加工时间并且进一步确保了加工精度的提升。

为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：

整体叶盘套料放电加工装置，包括加工整体叶盘长电极、整体叶盘夹具装置以及补偿装置，加工整体叶盘长电极用于对整体叶盘坯料竖向进给，并在整体叶盘坯料上加工出整体叶盘流道，使整体叶盘坯料成为整体叶盘，整体叶盘夹具装置用于装夹整体叶盘坯料，整体叶盘夹具装置包括定位盘、摇盘、底盘、定位销以及调节柱，整体叶盘坯料固定在定位盘上表面，定位盘上开设有等间距布设的定位孔，摇盘上开设有摇盘限位孔，定位销能同时穿过定位孔和摇盘限位孔，将定位盘定位在摇盘上，底盘的一端设置有底座摇道，底座摇道为具有弧度刻度的弧状轨道，摇盘底部中部设置有具有高度的固定耳，固定耳通过连接轴与底盘铰接，摇盘的两端能以连接轴为轴，相对于底盘转动，摇盘的一端设置有拧紧栓，拧紧栓穿过底座摇道，调节柱穿过摇盘的另一端并与摇盘滑动配合，调节柱下端抵在底盘上表面，调节柱能带动摇盘以连接轴为轴转动，拧紧栓能将摇盘与底座摇道固定连接，调节柱与拧紧栓配合，使摇盘与底盘以预定的夹角相互固定，补偿装置用于对加工整体叶盘长电极的电机端头进行磨平。

为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：

上述的加工整体叶盘长电极为内部具有空腔、外部横截面形状与整体叶盘流道形状相适应的长电极。

上述的整体叶盘坯料的中心具有通孔，定位盘的中部设置有中心轴，整体叶盘坯料的通孔能插入定位盘的中心轴，整体叶盘坯料与定位盘的固定螺母旋在中心轴上将整体叶盘坯料与定位盘相互固定。

上述的定位盘与整体叶盘坯料之间垫有垫片，垫片使定位盘与整体叶盘坯料之间具有间隙，该间隙用于为加工整体叶盘长电极留出走刀空间。

上述的定位盘的中心轴具有轴向贯穿孔，摇盘上表面中部设置有摇盘中轴，摇盘中轴穿过轴向贯穿孔，定位盘与摇盘的固定螺母旋在摇盘中轴上将定位盘与摇盘相互定位。

上述的补偿装置包括圆盘状铜电极和与圆盘状铜电极连接的电机，加工整体叶盘长电极端部能置于圆盘状铜电极表面，电机带动圆盘状铜电极高速旋转，磨平加工整体叶盘长电极端部。

上述的底盘与电加工机床通过螺栓固定连接。

整体叶盘套料放电加工方法，应用上述的整体叶盘套料放电加工装置，包括以下步骤：

步骤一、首先将整体叶盘坯料与定位盘固定在一起，将定位盘、垫片、整体叶盘坯料按照从下至上的顺序，通过定位盘的中心轴连接起来，再将整体叶盘坯料与定位盘的固定螺母与中心轴顶部的螺纹进行配合，将整体叶盘坯料与定位盘夹紧，

步骤二、将定位盘通过摇盘中轴与摇盘连接，将定位盘的其中一个定位孔与摇盘上的摇盘限位孔重合，将定位销插入定位孔和摇盘限位孔中，将定位盘限位，防止定位盘转动，定位盘与摇盘的固定螺母旋在摇盘中轴上将定位盘与摇盘相互固定，

步骤三、拧动调节柱，使摇盘摆动，观察底盘的底座摇道上的角度值，达到要求角度时停止拧动调节柱，拧紧拧紧栓，将摇盘固定，

步骤四、将底盘固定到电加工机床上；

步骤五、操作电加工机床，使位于电加工机床上的加工整体叶盘长电极上下运动，对整体叶盘坯料进行加工，

步骤六、在加工整体叶盘长电极在整体叶盘坯料上加工完成一个整体叶盘流道后，解除定位盘与摇盘的固定螺母，将定位销从定位孔和摇盘限位孔中拔出，将定位盘以摇盘中轴为轴旋转预定角度，使下一个定位孔与摇盘限位孔重合，同时补偿装置对加工整体叶盘长电极的电机端头进行磨平；

步骤七、重复步骤二至六，直至所有整体叶盘流道加工完毕，获得整体叶盘。

电极补偿方法，应用上述的整体叶盘套料放电加工装置，包括以下步骤：

步骤a、将加工整体叶盘长电极夹装在电加工机床上，对整体叶盘坯料进行套料加工，

步骤b、加工完成一个整体叶盘流道后，加工整体叶盘长电极存在损耗，加工整体叶盘长电极下端呈现凹凸不平的状态，

步骤c、操作电加工机床，使加工整体叶盘长电极运动到补偿装置处，启动电机使圆盘状铜电极高速旋转，将加工整体叶盘长电极下端向圆盘状铜电极表面进给，圆盘状铜电极对加工整体叶盘长电极下表面进行去除加工，将加工整体叶盘长电极下表面磨平补偿，

步骤d、操作电加工机床，使用到补偿后的加工整体叶盘长电极对整体叶盘坯料进行下一次套料加工。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1.本发明设计的夹具装置有效解决了发动机整体叶盘流道加工的分度问题，可以在加工过程中在圆周方向进行精准定位。

2.本发明设计的夹具装置有效解决了发动机整体叶盘流道倾斜度的问题，使得电极在只能竖直方向运动的情况下加工出带有一定倾斜角度的流道。

3.本发明提出的在整体叶盘加工过程中的电极补偿的方法，有效地避免了加工过程中电极的频繁更换，大大减少了整体叶盘加工的时间以及提高了加工的精度。

附图说明

图1是本发明加工整体叶盘长电极加工整体叶盘夹具装置上的整体叶盘坯料的示意图；

图2是圆盘状铜电极加工补偿加工整体叶盘长电极的示意图；

图3是实施例中加工整体叶盘长电极对整体叶盘坯料加工十二次后，获得整体叶盘的示意图；

图4是整体叶盘坯料加工成整体叶盘的前后对比图；

图5是整体叶盘夹具装置的示意图一；

图6是整体叶盘夹具装置的示意图二；

图7是整体叶盘夹具装置的结构分解图；

图8是整体叶盘坯料与定位盘的安装示意图。

附图标记为：1、加工整体叶盘长电极；2、加工后有损耗的电极；3、整体叶盘夹具装置；4、电极损耗部分；5、圆盘状铜电极；6、补偿后的长电极；7、第二次加工后带损耗的电极；8、第三次加工后带损耗的电极；9、第十二次加工后带损耗的电极；10、整体叶盘坯料；11、整体叶盘；12、整体叶盘流道；13、定位盘；14、第一固定螺母；15、第二固定螺母；16、摇盘；17、底盘；18、定位销；19、调节柱；20、连接轴；21、拧紧栓；22、定位装置；23、底座摇道；24、垫片；25、定位孔。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。

需要注意的是，发明中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明：

如图1所示，使用整体叶盘夹具装置3对整体叶盘坯料10进行装夹，使用加工整体叶盘长电极1对整体叶盘坯料10进行加工，加工出一个整体叶盘流道12后，得到带有损耗的电极，其损耗部分会影响叶盘的后续加工。

如图2所示，对加工后带有损耗的电极进行电极补偿，在电加工机床上设计有可以高速旋转的圆盘状铜电极5，对电极的损耗部分进行电火花加工，从而实现电极损耗部分的去除，从而得到可以正常加工整体叶盘长电极1。

如图3所示，是整体叶盘加工的全部流程，在加工出一个整体叶盘流道12后，使用定位盘13对整体叶盘坯料10进行旋转，旋转一定角度后（该装置以30°为例），再对定位盘13进行固定，进而对整体叶盘进行加工，加工完第二个整体叶盘流道12后，再对加工后的长电极进行电极补偿，重复上述操作，直至加工出最后一个整体叶盘流道12，整体叶盘加工完毕。

如图4所示，本发明所要完成的目标即是将整体叶盘坯料10加工成整体叶盘11，使用加工整体叶盘长电极1加工出整体叶盘流道12。

如图5-6所示，一种用于发动机整体叶盘套料放电加工的整体叶盘夹具装置3，底盘17通过其四个螺栓孔与电加工机床进行连接，通过螺栓进行固定。整体叶盘夹具装置3使用摇盘16实现一定角度的倾斜，摇盘16通过固定轴与底盘17进行定位，在摇盘16的后部设计有螺纹孔，连接有调节柱19，通过调节柱19的转动，实现摇盘16一定角度的摆动，摇盘16与底盘17上的底座摇道23通过拧紧栓21进行固定。

如图7所示，在底盘17上的底座摇道23上标有摇盘16转过的角度，角度范围为0°~25°，定位盘13通过摇盘16上的摇盘中轴与摇盘16进行连接，然后通过摇盘16上摇盘中轴顶部的螺纹，使用固定螺母将定位盘13夹紧固定在摇盘16上。定位盘13通过定位销18与定位孔25进行旋转定位。

如图8所示，垫片24、整体叶盘坯料10与定位盘13通过定位盘的中心轴连接，通过中心轴顶部的螺纹与相应的固定螺母连接实现夹紧固定。整体叶盘坯料10与定位盘13之间的垫片24主要是为了使整体叶盘坯料10与定位盘13之间保留一定间隙，解决加工过程中的电极走刀问题。

如图5-7所示，整体叶盘加工过程中圆周方向的定位主要是由定位盘13来完成，定位盘上有均匀分布的十二个锥形孔，每一个锥形孔的间隔为30°，通过定位销18与摇盘16上的锥形定位孔进行连接定位，再通过螺栓实现夹紧固定。

整体叶盘套料放电加工方法，包括以下步骤：

步骤一、首先将整体叶盘坯料10与定位盘13固定在一起，将定位盘13、垫片24、整体叶盘坯料10按照从下至上的顺序，通过定位盘13的中心轴连接起来，再将第二固定螺母15与中心轴顶部的螺纹进行配合，将整体叶盘坯料10与定位盘13夹紧，

步骤二、将定位盘13通过摇盘中轴与摇盘16连接，将定位盘13的其中一个定位孔25与摇盘上的摇盘限位孔重合，将定位销18插入定位孔25和摇盘限位孔中，将定位盘13限位，防止定位盘13转动，第一固定螺母14旋在摇盘中轴上将定位盘13与摇盘16相互固定，

步骤三、拧动调节柱19，使摇盘16摆动，观察底盘17的底座摇道23上的角度值，达到要求角度时停止拧动调节柱19，拧紧拧紧栓21，将摇盘16固定，

步骤四、将底盘17固定到电加工机床上；

步骤五、操作电加工机床，使位于电加工机床上的加工整体叶盘长电极1上下运动，对整体叶盘坯料10进行加工，

步骤六、在加工整体叶盘长电极1在整体叶盘坯料10上加工完成一个整体叶盘流道12后，解除第一固定螺母14，将定位销18从定位孔25和摇盘限位孔中拔出，将定位盘13以摇盘中轴为轴旋转预定角度，使下一个定位孔25与摇盘限位孔重合，同时补偿装置对加工整体叶盘长电极1的电机端头进行磨平；

步骤七、重复步骤二至六，直至所有整体叶盘流道12加工完毕，获得整体叶盘11。

电极补偿方法，包括以下步骤：

步骤a、将加工整体叶盘长电极1夹装在电加工机床上，对整体叶盘坯料10进行套料加工，

步骤b、加工完成一个整体叶盘流道后，加工整体叶盘长电极1存在损耗，加工整体叶盘长电极1下端呈现凹凸不平的状态，

步骤c、操作电加工机床，使加工整体叶盘长电极1运动到补偿装置处，启动电机使圆盘状铜电极5高速旋转，将加工整体叶盘长电极1下端向圆盘状铜电极5表面进给，圆盘状铜电极5对加工整体叶盘长电极1下表面进行去除加工，将加工整体叶盘长电极1下表面磨平补偿，

步骤d、操作电加工机床，使用到补偿后的加工整体叶盘长电极1对整体叶盘坯料10进行下一次套料加工。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.整体叶盘套料放电加工装置，其特征在于，包括加工整体叶盘长电极(1)、整体叶盘夹具装置(3)以及补偿装置，所述的加工整体叶盘长电极(1)用于对整体叶盘坯料(10)竖向进给，并在整体叶盘坯料(10)上加工出整体叶盘流道(12)，使整体叶盘坯料(10)成为整体叶盘(11)，所述的整体叶盘夹具装置(3)用于装夹整体叶盘坯料(10)，所述的整体叶盘夹具装置(3)包括定位盘(13)、摇盘(16)、底盘(17)、定位销(18)以及调节柱(19)，整体叶盘坯料(10)固定在所述的定位盘(13)上表面，所述的定位盘(13)上开设有等间距布设的定位孔(25)，所述的摇盘(16)上开设有摇盘限位孔，所述的定位销(18)能同时穿过定位孔(25)和摇盘限位孔，将定位盘(13)定位在摇盘(16)上，所述的底盘(17)的一端设置有底座摇道(23)，所述的底座摇道(23)为具有弧度刻度的弧状轨道，所述的摇盘(16)底部中部设置有具有高度的固定耳，所述的固定耳通过连接轴(20)与底盘(17)铰接，所述的摇盘(16)的两端能以连接轴(20)为轴，相对于底盘(17)转动，所述的摇盘(16)的一端设置有拧紧栓(21)，所述的拧紧栓(21)穿过底座摇道(23)，所述的调节柱(19)穿过摇盘(16)的另一端并与摇盘(16)滑动配合，所述的调节柱(19)下端抵在底盘(17)上表面，所述的调节柱(19)能带动摇盘(16)以连接轴(20)为轴转动，所述的拧紧栓(21)能将摇盘(16)与底座摇道(23)固定连接，所述的调节柱(19)与拧紧栓(21)配合，使摇盘(16)与底盘(17)以预定的夹角相互固定，所述的补偿装置用于对加工整体叶盘长电极(1)的电机端头进行磨平。

2.根据权利要求1所述的整体叶盘套料放电加工装置，其特征在于，所述的加工整体叶盘长电极(1)为内部具有空腔、外部横截面形状与整体叶盘流道(12)形状相适应的长电极。

3.根据权利要求2所述的整体叶盘套料放电加工装置，其特征在于，所述的整体叶盘坯料(10)的中心具有通孔，所述的定位盘(13)的中部设置有中心轴，所述的整体叶盘坯料(10)的通孔能插入定位盘(13)的中心轴，第二固定螺母(15)旋在中心轴上将整体叶盘坯料(10)与定位盘(13)相互固定。

4.根据权利要求3所述的整体叶盘套料放电加工装置，其特征在于，所述的定位盘(13)与整体叶盘坯料(10)之间垫有垫片(24)，所述的垫片(24)使定位盘(13)与整体叶盘坯料(10)之间具有间隙，该间隙用于为加工整体叶盘长电极(1)留出走刀空间。

5.根据权利要求4所述的整体叶盘套料放电加工装置，其特征在于，所述的定位盘(13)的中心轴具有轴向贯穿孔，所述的摇盘(16)上表面中部设置有摇盘中轴，所述的摇盘中轴穿过轴向贯穿孔，第一固定螺母(14)旋在摇盘中轴上将定位盘(13)与摇盘(16)相互定位。

6.根据权利要求1所述的整体叶盘套料放电加工装置，其特征在于，所述的补偿装置包括圆盘状铜电极(5)和与圆盘状铜电极(5)连接的电机，所述的加工整体叶盘长电极(1)端部能置于圆盘状铜电极(5)表面，电机带动圆盘状铜电极(5)高速旋转，磨平加工整体叶盘长电极(1)端部。

7.根据权利要求1所述的整体叶盘套料放电加工装置，其特征在于，所述的底盘(17)与电加工机床通过螺栓固定连接。

8.整体叶盘套料放电加工方法，其特征在于，应用如权利要求5所述的整体叶盘套料放电加工装置，包括以下步骤：

步骤一、首先将整体叶盘坯料(10)与定位盘(13)固定在一起，将定位盘(13)、垫片(24)、整体叶盘坯料(10)按照从下至上的顺序，通过定位盘(13)的中心轴连接起来，再将第二固定螺母(15)与中心轴顶部的螺纹进行配合，将整体叶盘坯料(10)与定位盘(13)夹紧，

步骤二、将定位盘(13)通过摇盘中轴与摇盘(16)连接，将定位盘(13)的其中一个定位孔(25)与摇盘上的摇盘限位孔重合，将定位销(18)插入定位孔(25)和摇盘限位孔中，将定位盘(13)限位，防止定位盘(13)转动，第一固定螺母(14)旋在摇盘中轴上将定位盘(13)与摇盘(16)相互固定，

步骤三、拧动调节柱(19)，使摇盘(16)摆动，观察底盘(17)的底座摇道(23)上的角度值，达到要求角度时停止拧动调节柱(19)，拧紧拧紧栓(21)，将摇盘(16)固定，

步骤四、将底盘(17)固定到电加工机床上；

步骤五、操作电加工机床，使位于电加工机床上的加工整体叶盘长电极(1)上下运动，对整体叶盘坯料(10)进行加工，

步骤六、在加工整体叶盘长电极(1)在整体叶盘坯料(10)上加工完成一个整体叶盘流道(12)后，解除第一固定螺母(14)，将定位销(18)从定位孔(25)和摇盘限位孔中拔出，将定位盘(13)以摇盘中轴为轴旋转预定角度，使下一个定位孔(25)与摇盘限位孔重合，同时补偿装置对加工整体叶盘长电极(1)的电机端头进行磨平；

步骤七、重复步骤二至六，直至所有整体叶盘流道(12)加工完毕，获得整体叶盘(11)。

9.电极补偿方法，其特征在于，应用如权利要求6所述的整体叶盘套料放电加工装置，包括以下步骤：

步骤a、将加工整体叶盘长电极(1)夹装在电加工机床上，对整体叶盘坯料(10)进行套料加工，

步骤b、加工完成一个整体叶盘流道(12)后，加工整体叶盘长电极(1)存在损耗，加工整体叶盘长电极(1)下端呈现凹凸不平的状态，

步骤c、操作电加工机床，使加工整体叶盘长电极(1)运动到补偿装置处，启动电机使圆盘状铜电极(5)高速旋转，将加工整体叶盘长电极(1)下端向圆盘状铜电极(5)表面进给，圆盘状铜电极(5)对加工整体叶盘长电极(1)下表面进行去除加工，将加工整体叶盘长电极(1)下表面磨平补偿，

步骤d、操作电加工机床，使用到补偿后的加工整体叶盘长电极(1)对整体叶盘坯料(10)进行下一次套料加工。