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船用螺旋桨曲面造型及五轴数控加工刀位规划

杨延峰  
【摘要】:船用螺旋桨是一类典型的自由曲面零件,它的曲面形状和制造精度直接决定了船舶的推进效率和噪音的大小,而加工方法的研究将有助于提高该类零件的加工精度和效率。传统的螺旋桨加工方法是通过普通铣床粗加工加上大量的人工修磨来完成的,此方法费时费力,且精度难以保证。随着数控技术的发展,目前的螺旋桨大多采用数控加工中心来制造,所用的刀具通常为球头刀或平头刀,但加工精度和效率仍然不够理想。如何充分发挥五坐标加工中心的潜能,采用非球头形式的刀具侧铣加工该类自由曲面,以提高螺旋桨的加工精度和效率,是当前数控加工的一个研究重点。 本论文在深入分析螺旋桨曲面成型原理的基础上,将设计时给定的桨叶曲面的切面数据转化为笛卡尔坐标系中的坐标,利用B样条方法对截面数据点插值并加密,得到足够的数据点,进而利用最小二乘法拟合出桨叶曲面,通过调整偏离权和光顺权得到了理想的二阶连续的桨叶曲面。针对圆柱体棒料毛坯,提出了采用类似型腔加工和逐点搜索的两种粗加工方法,前一种方法能精确地控制加工区域,同样可应用于精加工;后一种方法计算简单、易于编程。利用微分几何学知识,分析了螺旋桨桨叶曲面的局部特征,在研究圆柱刀二阶密切法规划刀位的基础上,探讨了圆锥刀和圆环刀的二阶密切刀位计算方法,采用二阶密切法规划刀位可以显著地提高加工精度。提出了基于二阶密切法的加工路径规划方法,采用该方法可以在保证精度的前提下使加工带宽明显增大,提高加工效率。充分利用UG、Vericut等软件的建模和仿真功能,对螺旋桨的曲面造型和数控加工方法的正确性进行了验证。


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