1．目的及意义

随着航天技术的高速发展，国内外对于航天方面的经济和人力投入加大，先进的航空发动机愈发受到青睐。作为航空发动机的核心部件之一，压气机的作用是给燃烧室提供经过压缩的高温、高压气体。压气机分为离心式压气机和轴流式压气机。轴流式压气机主要由静子和转子两部分组成，静子是静子组合件的总称，包括机匣和整流器，转子是一个高速旋转对气流做功的组合件。一排转子叶片和一排静子叶片组成轴流压气机的一个级^[1]。所以叶片是轴流式压气机一个及其重要零件。对发动机的性能起着关键的作用。航空发动机性能很大程度上取决于叶片质量，并且叶片的质量对发动机的安全性和可靠性也有直接影响。制造出几何精度高、表面质量好的叶片，对于提升航空发动机的性能和质量有着重要意义。航空发动机叶片属典型的薄壁复杂自由曲面零件，所使用的材料均为难加工材料，以叶片制造使用率最大的钛合金为例，钛合金具有重量轻、强度高、高低温性能好、耐腐蚀等很多优点，但其化学性质活泼，易与刀具材料发生化学反应，导热系数和弹性模量不高，属于典型的难加工材料。从薄壁形零件的结构特点以及复杂自由曲面的加工特点考虑，影响其加工精度的因素主要有受力变形、受热变形、振动变形等因素^[2]。从以上分析可以看出，叶片的制造难度相当大。

中国的航空发动机技术一直落后于欧美先进国家，其一个主要的原因就在于中航工业公司之前一直无法造出适用于高温、高压、高速旋转且稳定、可靠的单晶合金航空发动机叶片^[3]。目前虽然国家培养了大量高新人才，研究或引进先进设备，但还是离欧美先进国家的制造技术有一点差距。这点差距主要体现在设计、材料、加工工艺、加工设备这四个方面。

良好的叶片零件表面加工质量，合理的叶片刀具纹路是叶片转子类机器获得较高的工作效率与良好的工作稳定性的必要条件。良好的叶片零件表面加工质量需要先进的加工机床与加工手段，现阶段高级的叶片类零件大多采用高速多轴数控切削来加工。

叶片加工工艺方案主要有三种：第一种为传统的叶片加工的工艺方案—翻面制造，国内在没有采用数控机床之前都是采用这种方案加工制造叶片类零件；第二种是侧铣制造工艺，，这种方案只适合于直纹面或者较平坦的叶片曲面；第三种是叶片螺旋铣削制造工艺，多坐标数控加工出现以后，对于那些开敞性很好的自由曲面叶片，可以用专用的夹具将叶片的榫头部分夹持在机床的旋转工作台上，在机床的高速旋转的同时，刀具沿着叶片毛坯型面螺旋走刀加工出理想的叶片曲面。良好的叶片零件表面加工质量，合理的叶片刀具纹路是叶片转子类机器获得较高的工作效率与良好的工作稳定性的必要条件。良好的叶片零件表面加工质量需要先进的加工机床与加工手段，现阶段高级的叶片类零件大多采用高速多轴数控切削来加工^[4]。不同铣削方式下，零件变形趋势差异较大；：侧铣零件边缘区域弯曲变形，一端扭转变形；翻面铣加工区域扭转变形，非加工区域翘曲变形；螺旋铣加工区域弯曲变形，非加工端扭转变形。不同铣削方式下，零件变形程度差异较大：侧面铣削方式零件弯曲扭转变形程度最大，螺旋铣削变形程度最小，且应力分布相对均匀。相同铣削方式下，零件两侧变形程度差异较大^[5]。

在叶片的数控加工中，除了要合理规划刀具轨迹与叶片零件的加工误差控制及碰撞检测之外，还要重点考虑选择何种机床、刀具、控制系统，辅助加工工艺等后处理措施从而将数控加工刀具轨迹转化为高效的数控加工程序代码，以此来完成叶片的真实加工^[6]。后处理中正确的坐标变换是保证叶片零件加工精度与加工质量的前提条件^[7]。在刀具加工轨迹的规划与后处理技术方面，可以采用通用的CAM软件来辅助完成机床加工刀具轨迹的生成。国外在五轴联动叶片类零件的数控加工及后置处理技术方面研究较为成熟，并形成了不少商业软件，为促进数控技术的广泛应用做出了重要贡献^[8]。前几十年国内在叶片类零件的数控加工及后置处理理论与技术方面还处在开发和试用阶段吗，目前处于成长阶段。国际上著名的制造业信息化技术公司都在进行着包含着刀具、夹具、零件及机床的整个加工系统的加工过程仿真研究^[9]。

目前，在航空航天，汽车，电子，和半导体加工领域内，出现了很多关于高精度和高效率的高速铣削加工方法研究^[10]。为了提高精度，降低生产成本和节约加工时间，在1924年，Cam J．Salomon提出了高速加工的方法。相对于传统切削方法来说，高的切削速度可以减少每一步切削时去除的材料体积．因此可以满足高精度加工的要求^[11]。另一方面，通过提高进给率和材料去除率，可以达到更高的加工效率。目前，尺寸精度要求较高的复杂零件(例如叶片，叶盘等)越来越多。然而，使用传统的三坐标铣加工方法不可能生产出非常精密的产品，因此人们趋向于采用多轴加工^[12]。因此，这就增加了多轴加工的重要性。产品的尺寸加工精度 依赖于机床。并且，因为数控加工人员可以按照需要改变五轴机床的刀具倾斜角，所以能够用于侧向切削。因此，五轴铣床加工的产品曲面的表面粗糙度要优于三轴铣床。五坐标铣已经广泛应用于具有复杂表面特征的零件加工中，例如宽大的涡轮叶片，叶轮，轮胎模具和螺旋桨^[13]。

五轴联动叶片加工中心并非加工所有机床零件，而是会选择性地加工航空航天发动机和汽轮机等叶片，此外也会加工一些形状窄长的空间结构复杂的曲面零件机床。这些机床通常都由 X、Y、Z、A 和 B 轴组成，X、Y、Z 轴是三 条直线轴，空间结构和立式加工中心的布置比较相似，不 同的是 X 轴较长，Y、Z 轴较短，如果 X 轴较长的话就可以 直接用于加工长叶片，B 轴是刀具摆动轴，A 轴是叶片回旋轴^[14]。目前我国的各种叶片加工中心的生产厂基本被国外的五轴联动叶片加工中心厂家垄断，因为国内的五轴联动叶片加工中心还处于初级阶段，起步较晚，技术也不太成熟，而国外知名的生产五轴联动叶片加工中心的厂家占据着我国机床加工市场^[15]。国外生产五轴联动叶片加工中心的厂家比较 知名的有瑞士的斯达拉格海科特(Starrag Heck． ert)、利吉特(Liechti)、威力铭一马黛尔(wille— min Macodel)，意大利的法拉利(C．B．Femri)， 德国的Hamuel等^[16]。

刘鸪然等提出在五轴数控机床上采用铣刀外圆加工自由曲面类零件的最优切削条件。赖喜德等提出了叶片数控加工区域划分的方法、后置处理技术、刀具干涉检查计算方法、机床仿真及碰撞检查规则等技术陆^[17]。在后处理技术方面，韩向利等人研究了在数控加工过程中的各坐标系间的转换算法；何耀雄， 周云飞等提出来通用的数控加工后处理算法^[18]。

针对本次毕业论文，我研究的是：“航空压气机叶片刀路轨迹规划研究”，对航空压气机叶片的制造进行分析，要想制造出质量高的航空压气机叶片，合理的工艺规划是重点，铣削时的刀路轨迹规划、后处理以及仿真都是关键。采用UG和VERICUT等软件，对压气机叶片进行刀路轨迹规划及仿真。参考国内外航空压气机叶片的刀路规划，分析它们的优缺点，达到设计出一种能制造出高质量的航空压气机叶片的刀路规划的目的。{title}

2. 研究的基本内容与方案

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2.1基本内容和目标：

1）查阅相关资料进行分析，了解航空压气机构造和其叶片的结构；