目前，國內(nèi)薄壁葉片制造精加工工藝是數(shù)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(bào)廢，必須留下足夠的余量補(bǔ)償數(shù)控加工引起的變形，最后依靠人工拋光，用“邊打磨、邊檢驗(yàn)”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(dòng)強(qiáng)度大，表面精度低，波紋度大，易燒傷，質(zhì)量不穩(wěn)定，無法滿足薄壁葉片對(duì)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(shù)控加工，制造周期短，加工一致性好，精度高。葉片無余量數(shù)控加工遇到的最大難題就是加工變形，而加工變形是影響薄壁零件數(shù)控加工效率、精度和表面質(zhì)量的關(guān)鍵因素。
薄壁葉片加工變形控制技術(shù)
薄壁葉片的變形形式主要有彎曲變形和扭轉(zhuǎn)變形。薄壁葉片加工變形主要由工件、刀具、夾具和機(jī)床組成的工藝系統(tǒng)產(chǎn)生, 主要原因是內(nèi)應(yīng)力的釋放和切削殘余應(yīng)力產(chǎn)生，因此，減少加工變形的主要措施就是減少應(yīng)力產(chǎn)生。目前，減少或消除加工應(yīng)力最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(yīng)力，加工過程分為粗加工、半精加工和精加工3個(gè)階段。粗加工主要問題是如何獲得高的生產(chǎn)率，切除的余量大，切削熱、切削力以及內(nèi)應(yīng)力重新分布等因素引起的葉片變形較大；半精加工時(shí)余量較小，葉片的變形也較小；精加工時(shí)葉片的變形更小。
2 熱處理
減少加工變形最有效的措施是熱處理，由于粗加工余量大，加工應(yīng)力相應(yīng)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(yīng)力。具體采用什么樣的熱處理方法要根據(jù)零件的材料和性能，按熱處理規(guī)范進(jìn)行選擇。
3 高速銑削技術(shù)
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(guī)相比切削力至少降低30%。這對(duì)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(xì)加工成為可能。薄壁葉片在加工時(shí)容易產(chǎn)生振動(dòng)，振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致葉片變形。因此, 對(duì)于薄壁結(jié)構(gòu)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(yuǎn)離工藝系統(tǒng)的固有頻率；此外, 對(duì)不同壁厚的零件作模態(tài)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(fā)生工件的切削振動(dòng)。
4 誤差補(bǔ)償技術(shù)
誤差補(bǔ)償技術(shù)自20世紀(jì)70年代提出以來廣泛用于提高數(shù)控機(jī)床的加工精度。利用誤差補(bǔ)償技術(shù)，即使中等精度的機(jī)床也可加工出高精度的零件。根據(jù)實(shí)現(xiàn)方法的不同，加工誤差補(bǔ)償系統(tǒng)可以分為2類：實(shí)時(shí)誤差補(bǔ)償和離線誤差補(bǔ)償。實(shí)時(shí)誤差補(bǔ)償系統(tǒng)對(duì)切削過程進(jìn)行在線監(jiān)測，并根據(jù)綜合誤差模型的分析結(jié)果，通過反饋信息及時(shí)調(diào)整切削參數(shù)和補(bǔ)償?shù)毒呗窂健４朔N實(shí)現(xiàn)方案對(duì)各種實(shí)時(shí)監(jiān)測設(shè)備的精度和靈敏度要求較高，相對(duì)比較難以實(shí)施。離線誤差補(bǔ)償?shù)乃枷胧沁\(yùn)用材料力學(xué)理論分析法或有限元模擬技術(shù)分析預(yù)測工件刀觸點(diǎn)處變形量的大小，或者通過實(shí)際測量加工樣件的方法。離線誤差補(bǔ)償技術(shù)相對(duì)容易實(shí)施，特別適合于批量生產(chǎn)的情形。
加工變形誤差補(bǔ)償方法
通過材料力學(xué)理論分析法[4]、有限元分析法或測量數(shù)據(jù)分析法獲取零件表面加工變形誤差的詳細(xì)分布信息，并據(jù)此預(yù)修正原始數(shù)控編程刀位，補(bǔ)償?shù)毒摺⒘慵冃萎a(chǎn)生的讓刀誤差，從而達(dá)到一次走刀高速精加工目的。
1 材料力學(xué)理論分析法
以工程力學(xué)和彈性力學(xué)理論為基礎(chǔ)采用簡化模型技術(shù)，建立葉片在典型夾具結(jié)構(gòu)中的受力模型，并進(jìn)行彈性變形分析，計(jì)算葉片工藝剛度。以圖形方式直觀、清晰地對(duì)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最大區(qū)域，在編程前選用和優(yōu)化夾具結(jié)構(gòu)，提出補(bǔ)償措施，在一定程度上彌補(bǔ)讓刀變形精度損失。
2 有限元分析法
根據(jù)有限元分析計(jì)算結(jié)果，建立工件加工表面的變形誤差分布模型，修正原始數(shù)控編程刀位，有效補(bǔ)償加工變形誤差。
工件加工表層殘余應(yīng)力的存在嚴(yán)重影響其疲勞強(qiáng)度和使用性能,殘余應(yīng)力引起的扭曲變形也會(huì)顯著降低工件加工精度, 特別是對(duì)于航空工業(yè)中普遍使用的薄壁結(jié)構(gòu)影響更大。如何準(zhǔn)確預(yù)測、控制工件表層殘余應(yīng)力和扭曲變形, 改善加工表面完整性以及提高數(shù)控加工精度,一直是精密、超精密切削領(lǐng)域重要的研究課題。運(yùn)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(yīng)力的分布規(guī)律,發(fā)現(xiàn)沿工件表層深度方向殘余壓應(yīng)力先增大到一定值后開始減小, 出現(xiàn)最大殘余壓應(yīng)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(qiáng)度以及切削速度、進(jìn)給率對(duì)工件車削表層殘余應(yīng)力分布規(guī)律的影響, 認(rèn)為工件表層殘余應(yīng)力沿深度方向符合多項(xiàng)式函數(shù)分布。利用測定殘余應(yīng)力的鉆盲孔法,Sridhar等 分析了銑削加工鈦合金IMI-834時(shí)工件表層殘余應(yīng)力的分布狀況。研究結(jié)果表明, 對(duì)于所選用的切削參數(shù)范圍而言, 工件表層殘余應(yīng)力基本上處于壓應(yīng)力狀態(tài),文中同時(shí)確定了在不影響材料微觀組織結(jié)構(gòu)和機(jī)械性能前提下的消除殘余應(yīng)力的最佳熱處理工藝溫度。
3 測量數(shù)據(jù)分析法
材料力學(xué)理論分析法和有限元分析法是對(duì)葉片變形誤差進(jìn)行預(yù)測，預(yù)測準(zhǔn)確與否與切削力模型和加工工藝模型有很大關(guān)系。測量數(shù)據(jù)分析法是對(duì)加工完成的葉片試件進(jìn)行三坐標(biāo)測量機(jī)測量，通過檢測結(jié)果的分析對(duì)葉片的加工誤差進(jìn)行補(bǔ)償。數(shù)據(jù)分析法是事后分析，而材料力學(xué)理論分析法和有限元分析法是事前預(yù)測，相比較而言測量數(shù)據(jù)分析法成本較高。測量數(shù)據(jù)分析法是對(duì)葉片試件進(jìn)行測量分析，因此試件的數(shù)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(wěn)定性，如果工藝不穩(wěn)定，加工的試件變形情況就沒有規(guī)律，從測量數(shù)據(jù)中就不能準(zhǔn)確分析葉片變形情況。測量數(shù)據(jù)分析法是采用三坐標(biāo)測量機(jī)對(duì)加工完成的葉片進(jìn)行測量，通過分析測量數(shù)據(jù)得出葉片的變形誤差規(guī)律，再根據(jù)葉片的變形情況對(duì)CAD模型進(jìn)行修改，即對(duì)葉片CAD模型進(jìn)行反變形造型。然后通過修改的CAD模型重新編寫NC代碼，對(duì)葉片進(jìn)行加工。
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