大型船用螺旋桨铣磨复合加工方法研究

摘要

船用螺旋桨作为船舶动力的关键零件，其制造效率和加工精度直接决定了船舶运行的安全和稳定。大型船用螺旋桨作为复杂曲面类零件，在传统的加工方法中，主要采用人工批铲和手工打磨相结合的方式，加工周期长，操作环境差，其加工精度完全依赖于工人的手工作业熟练程度，表面质量难以管控。随着科学技术的进步，数控机床的普遍使用慢慢取代了人工加工的落后加工方式。近几年来，随着船舶工业的高速发展，对于船用螺旋桨的加工效率和加工精度都提出了更高的要求。亟需一种新的数字化加工装备和加工方法，取代现有的加工方式，提高大型船用螺旋桨的加工效率和加工精度。因此，本文提出了测量-加工一体化的加工方式，通过在机扫描测量、数据模型匹配、提取加工余量等方法，以得到的毛坯余量分布为依据，利用铣磨复合加工机床，实现螺旋桨毛坯一次装夹得到大型螺旋桨成品的目标。主要研究工作如下：　　1.分析了大型船用螺旋桨的结构特点和加工要求，拟定螺旋桨加工总体工艺方案。确定大型船用螺旋桨铣磨复合机床，分析了当前主要的数据测量设备，并根据本课题研究内容设计合适的测量方案，建立集测量-加工集一体化的数控设备。　　2.介绍了常用的路径规划方法，根据大型船用螺旋桨的实际情况选择合适的路径规划方法。分析了刀具在加工过程中因为直线插补所带来的线性残留偏差与加工步长和走刀行距之间的几何关系，并以此为依据进行了走刀步长和加工行距的计算方法研究，根据走刀步长和加工行距确定刀触点数据。另外，对大型螺旋桨毛坯的余量提取方法进行了研究，利用扫描获得的点云数据与理论模型进行模型匹配，通过匹配对比得到各刀触点的余量分布状况。根据余量分布情况，重新规划刀具轨迹路线，进行螺旋桨叶片型面自适应加工研究，减少加工过程中空刀次数，提高加工效率。　　3.研究了大型船用螺旋桨的加工算法和控制方法。对铣削加工过程中可能出现的干涉问题，提出了刀具姿态优化方法，在避免干涉问题的同时，优化刀具加工曲线，使其更加平滑。依靠浮动压力磨头，考虑到抛磨过程中工艺参数对加工质量的影响，建立抛磨材料去除模型，获得合理的工艺参数。基于Open CASCADE几何造型软件平台，利用面向对象的C++编程语言，开发一套大型船用螺旋桨铣磨复合加工专用软件，该软件可以实现离线刀位计算与刀轨优化计算，螺旋桨余量提取计算并能根据余量分布情况生成数控加工程序。　　4.在VERICUT仿真平台进行加工仿真，以验证大型船用螺旋桨铣磨复合加工软件生成的程序的正确性。并利用此程序进行实际的加工实验，并对实验结果进行检验与分析，以验证大型船用螺旋桨铣磨复合加工方法和算法的实用性与可靠性。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 课题来源

1.2 课题研究背景与意义

1.3国内外研究现状

1.3.1 国外研究现状

1.3.2 国内研究现状

1.4 研究内容

5）进行船用螺旋桨五轴铣磨复合加工实验

1.5 研究方法与技术路线

1.5.1 研究方法

1.5.2 技术路线

第二章 螺旋桨加工总体方案构建

2.1 引言

2.2 船用螺旋桨加工工艺分析

2.3 加工整体方案设计

2.3.1 螺旋桨加工工艺路线

2.3.2 设计测量方案

2.4 螺旋桨铣磨复合加工系统构建

2.4.1 加工系统所需达到的规定指标

2.4.2 构建测量-加工一体化设备

2.5 本章小结

第三章 船用螺旋桨自适应加工方法

3.1 引言

3.2 刀具轨迹规划方法

3.2.1 常见刀具轨迹规划方法

3.2.2 路径规划

3.3 余量计算方法

3.3.1 测量数据的获取

3.3.2 模型匹配

3.4 基于余量的自适应加工方法

3.5 本章小结

第四章 机床运动控制算法及软件开发

4.1 引言

4.2 机床运动求解

4.3 刀具姿态优化

4.3.1 铣削刀具姿态优化

4.3.2 磨削控制

4.4 软件开发

4.5 本章小结

第五章 运动仿真实验及加工验证

5.1 引言

5.2 船用螺旋桨铣磨复合加工系统仿真

5.2.1仿真软件介绍

5.2.2 船用螺旋桨铣磨复合加工系统的建立

5.2.3 加工仿真验证

5.3 螺旋桨加工实验

5.4 实验结果检验

5.5 本章小结

第六章 全文总结与展望

6.1 全文总结

6.2 展望

致谢

参考文献

个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果