大型船用螺旋桨铣磨复合加工方法研究

发布时间：2020-07-22 01:46

【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。
【学位授予单位】：重庆理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U671;TG54;TG580.6
【图文】：

1.1 课题来源本课题来源于校企合作项目 整体螺旋桨铣磨复合机床控制系统及软件开发 。课题主要研究螺旋桨加工的运动控制方法，并开发出可以离线生成铣磨复合加工程序的专用软件，实现螺旋桨加工的自动化程序控制。在课题研究的过程中，得到了中船重工集团和重庆三磨海达有限公司等单位的大力支持。1.2 课题研究背景与意义船舶工业对国民经济的发展具有重要作用，还对国家和军队国防建设具有重大贡献，能够为海洋开发、水上交通运输、能源动力运输、国防建设等提供必要的技术装备，是国家装备制造业重要的组成部分，是现代化大工业的缩影。近几年，我国造船工业发展迅速，对我国船舶工业的制造水平提出了新的挑战。船用螺旋桨作为船舶动力的核心部件，其加工质量和制造水平直接影响着船舶运行的安全和稳定。

重庆理工大学硕士学位论文所以数控加工方法不仅是发展国民经济的关键技术更是发展军事工业的。同时，因为螺旋桨其叶片型面复杂，对于叶数较多的螺旋桨（5 叶以之前重叠区域较大，加工时容易造成刀具与桨叶的干涉，因此，螺旋桨行手工编程，往往采用专业的编程软件来完成。目前国内专用的螺旋桨还很不完善，虽然某些企业利用通用的加工系统进行螺旋桨加工，但是存在编程操作繁琐复杂、自动化程度低、对编程人员要求较高等原因，桨成品相比于专用加工软件精度不高，质量不稳定。因此，为解决船用在的加工效率低、质量不稳定等加工问题，必须走自力更生的道路，提法来有效的提高大型船用螺旋桨的加工效率和加工精度。般高速舰船的螺旋桨都比较小，船舶越大，船体受到的阻力越大，需要，则其所需要的螺旋桨也越大。一些排水量较大的船舶，例如数十万吨万吨的货船，其螺旋桨的直径可以达到 5 米左右，甚至更大。如图 1.

图 1.3 手工批铲、打磨螺旋桨上所述，船用螺旋桨叶片的制造难度比较大，其大尺寸的复杂曲面形状工艺、加工方法以及加工设备都提出了新的挑战[2]。因此，研究大型船加工方法与相应的关键技术对大型螺旋桨工件的高效高精度制造，提高和制造水平都具有十分重要的意义。本文以大型船用螺旋桨的铣磨复合究对象，并研发相应的软件，为实现我国大型船用螺旋桨高效高精度加内外研究现状大型船用螺旋桨加工的研究，世界各国都十分重视。西方国家很早便将融入了螺旋桨加工当中，还开发了专门的螺旋桨加工 CAM 软件来辅“巴统协定”的存在，螺旋桨在军事工业中占有重要地位，国外对复杂加工设备、加工方法等都对国内进行技术封锁，因此，我国的大型船用

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