基于UG的船用螺旋桨三维数字化建模软件开发与加工轨迹规划研究

摘要

螺旋桨是目前船舶与海洋装备最重要的推进装置。螺旋桨桨叶型面的设计与加工质量将直接影响到螺旋桨的推进效率与使用寿命，进而影响到推进器的使役性能。因此，基于螺旋桨桨叶三维数字化模型，开展相关加工路径规划的研究，对改善螺旋桨桨叶型面质量、提高螺旋桨加工效率、降低加工制造成本具有非常重要的意义。
　　基于螺旋桨桨叶参数化建模理论，建立了螺旋桨桨叶二维/三维型值点计算模型。基于UG软件平台，以VC++和UG/Open为工具进行螺旋桨三维参数化建模功能模块开发，实现螺旋桨三维数字化建模。基于3种不同的曲线拟合算法，建立不同的螺旋桨三维模型。基于计算流体力学基础理论，建立螺旋桨水动力学数值模型。以推力系数、扭矩系数、推进效率等水动力性能指标为依据，对不同曲线拟合算法所建螺旋桨模型的差异性进行了对比分析。
　　基于 UG数控加工模块，设计螺旋桨数控加工模板并进行加工实验，完成模型桨单个桨叶的加工。基于铣削加工的动力学理论，结合振动系统的运动微分方程，建立螺旋桨数控加工的颤振稳定性模型。在此基础上，通过编程实现 UG平台下螺旋桨曲面铣削的轴向切深参数优化功能模块的开发。基于机器人学基础理论，建立6R工业机器人运动学/逆运动学模型，提出机器人磨削路径优化方法。基于UG平台，开发机器人磨削轨迹规划模块，实现螺旋桨磨削加工路径的优化。
　　本文研究工作完成了船用螺旋桨几何造型、数控加工、磨削加工三个方面软件模块的开发，初步实现了针对船用螺旋桨设计、加工、制造集成化平台的建立，对提高螺旋桨曲面加工的效率和质量具有重要的指导意义。

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1 绪论

1.1课题来源

1.2研究背景与意义

1.3国内外研究现状

1.4本文主要研究内容

2 船用螺旋桨三维建模基础理论

2.1引言

2.2螺旋桨基本构造

2.3螺旋桨参数化建模理论

2.4常用曲线/曲面拟合方法分析

2.5本章小结

3 基于UG的螺旋桨三维建模软件开发

3.1引言

3.2螺旋桨建模系统需求分析

3.3螺旋桨建模系统设计

3.4螺旋桨建模系统功能实现

3.5螺旋桨建模与水动力学性能分析

3.6本章小结

4 螺旋桨数控加工轨迹规划

4.1引言

4.2基于UG的螺旋桨数控加工工艺

4.3螺旋桨数控加工轨迹规划

4.4基于动态铣削模型的切深参数优化

4.5本章小结

5. 机器人磨削加工轨迹规划

5.1引言

5.2磨削加工系统坐标系建立

5.3机器人正运动学

5.4机器人逆运动学

5.5工业机器人磨削加工轨迹规划

5.6本章小结

6 总结与展望

6.1全文总结

6.2工作展望

致谢

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间发表论文目录