【摘要】：船用螺旋槳作為船舶動力的關鍵零件,其制造效率和加工精度直接決定了船舶運行的安全和穩(wěn)定。大型船用螺旋槳作為復雜曲面類零件,在傳統(tǒng)的加工方法中,主要采用人工批鏟和手工打磨相結合的方式,加工周期長,操作環(huán)境差,其加工精度完全依賴于工人的手工作業(yè)熟練程度,表面質量難以管控。隨著科學技術的進步,數(shù)控機床的普遍使用慢慢取代了人工加工的落后加工方式。近幾年來,隨著船舶工業(yè)的高速發(fā)展,對于船用螺旋槳的加工效率和加工精度都提出了更高的要求。亟需一種新的數(shù)字化加工裝備和加工方法,取代現(xiàn)有的加工方式,提高大型船用螺旋槳的加工效率和加工精度。因此,本文提出了測量-加工一體化的加工方式,通過在機掃描測量、數(shù)據(jù)模型匹配、提取加工余量等方法,以得到的毛坯余量分布為依據(jù),利用銑磨復合加工機床,實現(xiàn)螺旋槳毛坯一次裝夾得到大型螺旋槳成品的目標。主要研究工作如下:1.分析了大型船用螺旋槳的結構特點和加工要求,擬定螺旋槳加工總體工藝方案。確定大型船用螺旋槳銑磨復合機床,分析了當前主要的數(shù)據(jù)測量設備,并根據(jù)本課題研究內容設計合適的測量方案,建立集測量-加工集一體化的數(shù)控設備。2.介紹了常用的路徑規(guī)劃方法,根據(jù)大型船用螺旋槳的實際情況選擇合適的路徑規(guī)劃方法。分析了刀具在加工過程中因為直線插補所帶來的線性殘留偏差與加工步長和走刀行距之間的幾何關系,并以此為依據(jù)進行了走刀步長和加工行距的計算方法研究,根據(jù)走刀步長和加工行距確定刀觸點數(shù)據(jù)。另外,對大型螺旋槳毛坯的余量提取方法進行了研究,利用掃描獲得的點云數(shù)據(jù)與理論模型進行模型匹配,通過匹配對比得到各刀觸點的余量分布狀況。根據(jù)余量分布情況,重新規(guī)劃刀具軌跡路線,進行螺旋槳葉片型面自適應加工研究,減少加工過程中空刀次數(shù),提高加工效率。3.研究了大型船用螺旋槳的加工算法和控制方法。對銑削加工過程中可能出現(xiàn)的干涉問題,提出了刀具姿態(tài)優(yōu)化方法,在避免干涉問題的同時,優(yōu)化刀具加工曲線,使其更加平滑。依靠浮動壓力磨頭,考慮到拋磨過程中工藝參數(shù)對加工質量的影響,建立拋磨材料去除模型,獲得合理的工藝參數(shù)�；贠pen CASCADE幾何造型軟件平臺,利用面向對象的C++編程語言,開發(fā)一套大型船用螺旋槳銑磨復合加工專用軟件,該軟件可以實現(xiàn)離線刀位計算與刀軌優(yōu)化計算,螺旋槳余量提取計算并能根據(jù)余量分布情況生成數(shù)控加工程序。4.在VERICUT仿真平臺進行加工仿真,以驗證大型船用螺旋槳銑磨復合加工軟件生成的程序的正確性。并利用此程序進行實際的加工實驗,并對實驗結果進行檢驗與分析,以驗證大型船用螺旋槳銑磨復合加工方法和算法的實用性與可靠性。
【學位授予單位】：重慶理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：U671;TG54;TG580.6
【圖文】：

1.1 課題來源本課題來源于校企合作項目 整體螺旋槳銑磨復合機床控制系統(tǒng)及軟件開發(fā) 。課題主要研究螺旋槳加工的運動控制方法，并開發(fā)出可以離線生成銑磨復合加工程序的專用軟件，實現(xiàn)螺旋槳加工的自動化程序控制。在課題研究的過程中，得到了中船重工集團和重慶三磨海達有限公司等單位的大力支持。1.2 課題研究背景與意義船舶工業(yè)對國民經濟的發(fā)展具有重要作用，還對國家和軍隊國防建設具有重大貢獻，能夠為海洋開發(fā)、水上交通運輸、能源動力運輸、國防建設等提供必要的技術裝備，是國家裝備制造業(yè)重要的組成部分，是現(xiàn)代化大工業(yè)的縮影。近幾年，我國造船工業(yè)發(fā)展迅速，對我國船舶工業(yè)的制造水平提出了新的挑戰(zhàn)。船用螺旋槳作為船舶動力的核心部件，其加工質量和制造水平直接影響著船舶運行的安全和穩(wěn)定。

重慶理工大學碩士學位論文所以數(shù)控加工方法不僅是發(fā)展國民經濟的關鍵技術更是發(fā)展軍事工業(yè)的。同時，因為螺旋槳其葉片型面復雜，對于葉數(shù)較多的螺旋槳（5 葉以之前重疊區(qū)域較大，加工時容易造成刀具與槳葉的干涉，因此，螺旋槳行手工編程，往往采用專業(yè)的編程軟件來完成。目前國內專用的螺旋槳還很不完善，雖然某些企業(yè)利用通用的加工系統(tǒng)進行螺旋槳加工，但是存在編程操作繁瑣復雜、自動化程度低、對編程人員要求較高等原因，槳成品相比于專用加工軟件精度不高，質量不穩(wěn)定。因此，為解決船用在的加工效率低、質量不穩(wěn)定等加工問題，必須走自力更生的道路，提法來有效的提高大型船用螺旋槳的加工效率和加工精度。般高速艦船的螺旋槳都比較小，船舶越大，船體受到的阻力越大，需要，則其所需要的螺旋槳也越大。一些排水量較大的船舶，例如數(shù)十萬噸萬噸的貨船，其螺旋槳的直徑可以達到 5 米左右，甚至更大。如圖 1.

圖 1.3 手工批鏟、打磨螺旋槳上所述，船用螺旋槳葉片的制造難度比較大，其大尺寸的復雜曲面形狀工藝、加工方法以及加工設備都提出了新的挑戰(zhàn)[2]。因此，研究大型船加工方法與相應的關鍵技術對大型螺旋槳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義。本文以大型船用螺旋槳的銑磨復合究對象，并研發(fā)相應的軟件，為實現(xiàn)我國大型船用螺旋槳高效高精度加內外研究現(xiàn)狀大型船用螺旋槳加工的研究，世界各國都十分重視。西方國家很早便將融入了螺旋槳加工當中，還開發(fā)了專門的螺旋槳加工 CAM 軟件來輔“巴統(tǒng)協(xié)定”的存在，螺旋槳在軍事工業(yè)中占有重要地位，國外對復雜加工設備、加工方法等都對國內進行技術封鎖，因此，我國的大型船用

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