一种激光直接加工涡轮叶片气膜异型孔的方法

摘要

本发明是一种激光直接加工涡轮叶片气膜异型孔的方法，该方法的核心内容是利用二维数控旋转激光加工头的特点，并应用配置二维旋转加工头的多轴数控激光加工机床的RTCP功能，即围绕刀具中心点旋转功能，实现倾斜于材料表面的异型孔(含漏斗状的入口以及圆柱状的出口)，一次装夹、定位激光直接自动加工完成。弥补了原有二次加工方式的不足。该方法已经进行了试验验证，加工异型孔的效率、精度均得到明显提高，具备实用条件。该方法不仅应用于航空发动机制造，而且可以推广应用于燃气轮机等民用产品。

主权项

一种激光直接加工涡轮叶片气膜异型孔的方法，其特征在于：该方法加工的异型孔为斜孔，异型孔的入口(1)在叶片表面的形状为等边梯形的两腰(4)与圆柱形通孔(2)相切，异型孔的三维形状表现为漏斗状的梯形体(上大下小)与圆柱形通孔(2)在孔内部圆滑过渡相接，孔出口仍为圆孔。该方法的步骤是：(1)采用一台配置二维数控旋转激光加工头(5)的八轴五联动数控激光加工机床，该机床具备RTCP功能，加工异型孔前，将该机床的二维数控旋转激光加工头(5)的激光加工头中心点(6)设定在叶片异型孔的出口(8)的中心位置，将二维数控旋转激光加工头(5)的S轴偏摆到梯形两腰(4)夹角值的1/2，调整安装叶片的机床转台B轴的倾角为异型孔梯形体倾斜角θ，梯形体倾斜角θ是指异型孔的梯形长边(3)所在的梯形体侧面与叶片表面夹角，平移二维数控旋转激光加工头(5)使激光束的焦点至异型孔的入口(1)的梯形长边(3)的一个端点并作为切割起点(10)；(2)启动机床的RTCP功能，编程时设定S轴的偏摆角度为两腰(4)的夹角的负值，从梯形长边(3)的一个端点切割至梯形长边(3)的另一个端点；(3)取消机床的RTCP功能，保持此时二维数控旋转激光加工头(5)的S轴的偏摆角度和机床转台B轴的倾角不变，通过机床X、Y、Z轴直线插补切割梯形腰(4)至梯形短边(9)的一个端点；(4)旋转二维数控旋转激光加工头(5)的S轴，使其偏摆到梯形两腰(4)夹角值的1/2，然后平移二维数控旋转激光加工头(5)，使激光束的焦点至梯形长边(3)的切割起点(10)，保持机床转台B轴倾角不变，通过机床X、Y、Z轴直线插补切割梯形另一腰(4)至梯形短边(9)的另一端点；(5)旋转二维数控旋转激光加工头(5)的S轴，使其轴偏摆为0°，调整机床转台B轴的倾角为到圆柱形通孔倾斜角α，α角是指圆柱形通孔(2)的中心轴(7)与叶片表面的夹角，将二维数控旋转激光加工头(5)的焦点位置平移回到刚才加工结束的端点，通过机床X、Y、Z轴直线插补完成梯形短边(9)的切割；(6)保持二维数控旋转激光加工头(5)的S轴的偏摆角度仍为0°和机床转台B轴倾角不变，以梯形短边(10)中心点为圆心，梯形短边(10)的长度的1/2为半径，通过X、Y、Z轴圆弧插补切割圆柱形通孔(2)。