螺旋槳的五軸NC加工刀位軌跡規(guī)劃

1、 目 錄1 前言1 1.1選題的依據(jù)及意義1 1.2國內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢1 1.3研究內(nèi)容及實(shí)驗(yàn)方案3 1.4論文主要工作32 自由曲面零件五坐標(biāo)數(shù)控加工基礎(chǔ)4 2.1基本概念4 2.2自由曲面五坐標(biāo)數(shù)控加工的刀軸控制方式52.3五坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工的成型方式63 螺旋槳數(shù)控加工工藝分析7 3.1.選擇材料和確定毛坯7 3.2選擇定位基準(zhǔn)7 3.3 擬定加工路線7 3.4 確定工序具體內(nèi)容8 3.5確定加工坐標(biāo)系93.6刀具類型及參數(shù)103.7 切削參數(shù)144 螺旋槳加工刀具軌跡規(guī)劃和刀路模擬164.1螺旋槳粗加工刀位計(jì)算方法與刀具路徑規(guī)劃164.2螺旋槳精加工研究及刀路軌跡規(guī)劃204.2.

2、1螺旋槳槳葉精加工刀位規(guī)劃214.2.2輪轂加工的刀位規(guī)劃244.3 螺旋槳加工刀路的模擬254.4螺旋槳葉片加工的數(shù)控程序295 總結(jié)與展望33參考文獻(xiàn)341前言1.1選題的依據(jù)及意義螺旋槳是一類典型的自由曲面零件，螺旋槳是推進(jìn)器中效率比較高，應(yīng)用最廣的一種，其主要功用是使機(jī)器前進(jìn)和后退，有時(shí)也協(xié)助機(jī)器回轉(zhuǎn)。它的曲面形狀和制造精度直接決定了推進(jìn)效率和噪音的大小，而加工方法的研究將有助于提高該類零件的加工精度和效率。傳統(tǒng)的螺旋槳加工方法是通過普通銑床粗加工，加上大量的人工修磨來完成的，此方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且精度難以保證。隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，目前的螺旋槳大多數(shù)采用數(shù)控加工中心來制造，所用的刀具通常為

3、球頭刀和平頭刀，但加工精度和效率仍然不夠理想。如何充分發(fā)揮五坐標(biāo)加工中心的潛能，采用非球頭形式的刀具側(cè)銑加工該類自由曲面，以提高螺旋槳的加工精度和效率，是目前數(shù)控加工的一個(gè)研究重點(diǎn)。螺旋槳的數(shù)控加工提高了生產(chǎn)力，促進(jìn)了國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。1.2國內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢螺旋槳是一種典型的自由曲面零件，螺旋槳的加工實(shí)際上就是對自由曲面的加工，而自由曲面加工一直是機(jī)械加工領(lǐng)域的難點(diǎn)，自由曲面是不能由初等解析曲面組成，而是以復(fù)雜方式自由變化的曲面，用數(shù)控機(jī)床加工曲面類零件，一般是在三軸數(shù)控銑床上進(jìn)行，但對于形狀非常復(fù)雜的曲面零件，僅用三軸數(shù)控銑床是無法加工的，鑒于此，很自然地想到采用多坐標(biāo)形式機(jī)床，一般采

4、用四坐標(biāo)或五坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)加工中心。采用五坐標(biāo)機(jī)床，由于機(jī)床自由度的增加，可根據(jù)工件表面狀況確定出最合理的刀具空間姿態(tài)。因此，除了球頭到外，還可用其它形式的刀具來改善加工精度和效率，這便是線接觸加工問題。過去螺旋槳的粗加工大多是采用普通銑床進(jìn)行，而精加工通常采用手工砂輪打磨和模板測量，反復(fù)交替進(jìn)行，最后再用手工布輪拋光，加工精度和生產(chǎn)效率都低，工人的勞動(dòng)環(huán)境和條件較差，而且這樣的加工手段需要工人具有熟練的技術(shù)和豐富的經(jīng)驗(yàn)。隨著數(shù)控機(jī)床和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，目前螺旋槳的加工大多數(shù)采用數(shù)控機(jī)床來完成，然后拋光至滿意的精度1。由于無法得到大量的分析數(shù)據(jù)，刀具尺寸、加工步長、行距等參數(shù)通常參照以前的加工經(jīng)驗(yàn)2

5、。針對螺旋槳的曲面造型和數(shù)控加工，國內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了大量的研究。GeoffreyW Vickers3早在70年代就研究了用數(shù)控機(jī)床采用球頭刀加工中等尺寸的螺旋槳。他首次提出用計(jì)算機(jī)輔助計(jì)算螺旋槳的表面，螺旋槳各部分曲面和各截面的圖形可在圖形終端上顯示出，而且可以交互修改。螺旋槳加工主要采用數(shù)控銑床進(jìn)行銑削加工，最后再采用少量的手工修整。Xiuzi Ye4提出了結(jié)合物理約束主要包括曲面法矢來設(shè)計(jì)螺旋槳曲面，最終曲面是一個(gè)完整的非均勻B樣條曲面，該曲面是用最小二乘法擬合給定的數(shù)據(jù)點(diǎn)及這些點(diǎn)上面的法矢得到的。這種設(shè)計(jì)螺旋槳槳葉曲面的方法是結(jié)合對螺旋槳流體動(dòng)力學(xué)的分析進(jìn)行的。他這種方法主要是考慮到工程中

6、對幾何實(shí)體的評(píng)價(jià)主要是其物理功能的實(shí)現(xiàn)，而不是其幾何外形的美觀。Hsing-Chia5結(jié)合螺旋槳曲面建模的結(jié)果，利用微分幾何的相關(guān)原理，分析了該曲面的曲率、主方向等幾何性質(zhì)，并在此基礎(chǔ)上，把槳葉區(qū)域分為橢圓點(diǎn)區(qū)域和雙曲點(diǎn)區(qū)域。在不同區(qū)域上，給出了球頭刀和端銑刀的刀位計(jì)算方法。而且給出了控制直線插補(bǔ)誤差和刀軌間殘留誤差的方法。韓國人JAE-WOONGYOUN6在五坐標(biāo)機(jī)床上采用球頭刀加工螺旋槳。他把螺旋槳加工分成三步完成:粗加工、半精加工和精加工。為生成精確的精加工刀軌，首先計(jì)算檢查向量，來決定刀軌上每個(gè)刀位處的兩個(gè)極限角度，它們是由刀具尺寸和加工帶寬決定的。最終的刀具方向矢量是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)按照一定

7、的比例得到的。哈爾濱工業(yè)大學(xué)的任秉銀7,8采用球頭刀加工螺旋槳。他把螺旋槳槳葉工作面分為標(biāo)準(zhǔn)螺旋面和流線型曲面兩部分，提出對螺旋面部分建立解析方程，導(dǎo)出刀具參數(shù)和加工參數(shù)的計(jì)算表達(dá)式。利用微分幾何中關(guān)于法曲率和主曲率的理論，通過計(jì)算曲面上任意點(diǎn)處的主曲率，找出最大主曲率，求出葉片壓力面數(shù)控加工用的最大允許球刀半徑。螺旋漿葉面的加工路徑一般取漿葉上等半徑上的螺旋線。球頭刀的中心位于螺旋面的法向等距面上，刀心軌跡線是在等距面上與刀觸點(diǎn)軌跡線法向等距的曲線。求出刀具沿軌跡線運(yùn)動(dòng)時(shí)形成的包絡(luò)面，相鄰兩包絡(luò)面的交線便是實(shí)得曲面的特征線，這條曲線與設(shè)計(jì)曲面的距離便是幾何殘留誤差。天津農(nóng)學(xué)院的李艷聰9充分利

8、用了UG軟件的建模與加工模塊，先建立螺旋槳幾何模型，然后生成數(shù)控加工程序。文獻(xiàn) 7,8雖然提出把螺旋槳槳葉分成兩個(gè)部分，但是如何嚴(yán)格地劃分槳葉工作面的兩個(gè)部分，以及兩部分曲面如何拼接等問題沒有解決.文獻(xiàn)9充分利用了現(xiàn)有軟件，但是，對于形狀較復(fù)雜的螺旋槳，通常所給的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)很少，難以用UG軟件建出精確的模型，因此需要對僅有的數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行加密才能得到足夠多的數(shù)據(jù)點(diǎn)。然后對這些數(shù)據(jù)點(diǎn)擬合，得到所需的槳葉曲面。而且，UG軟件針對三軸的加工模塊功能非常強(qiáng)大，而針對五軸的加工模塊功能還不是很完善。但對于槳葉較多的螺旋槳，僅三軸機(jī)床很難加工，甚至不能加工。所以對于槳葉較多，一般五葉以上的螺旋槳，僅依靠UG的加

9、工模塊，還是有很大的局限性。以上所述的文獻(xiàn)中，所提及的加工螺旋槳的方法都是采用的球頭刀，加工方式為點(diǎn)接觸，即刀具曲面與被加工曲面之間為點(diǎn)接觸。為了保證槳葉的加工精度，加工行距不可能太大，因而效率較低。并且這種方法具有很大的局限性，它只適用于加工盤面比較小的螺旋槳，當(dāng)盤面比較大時(shí)，相鄰的槳葉相互重疊，重疊部分很難加工.而五坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床由于增加了兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸，可以采用不同形狀的刀具和不同的接觸方式進(jìn)行加工，從而能有效地解決上述問題。1.3研究內(nèi)容及實(shí)驗(yàn)方案本論文在深入分析螺旋槳曲面成型原理的基礎(chǔ)上，將設(shè)計(jì)時(shí)給定的槳葉曲面的切面數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為笛卡爾坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，利用B樣條方法對截面數(shù)據(jù)點(diǎn)插值并加密，得到

10、足夠的數(shù)據(jù)點(diǎn)，進(jìn)而利用最小乘法擬合出槳葉曲面，通過調(diào)整偏離權(quán)和光順權(quán)得到了理想的二階連續(xù)的槳葉曲面。針對圓柱棒料毛坯，提出了了采用類似型腔加工的加工方法，前一種方法能精確地控制加工區(qū)域，同樣可應(yīng)用于精加工；方法計(jì)算簡單、易于編程。利用微分幾何學(xué)知識(shí)，分析了螺旋槳槳葉曲面的局部特征，在研究圓柱刀二階密切法規(guī)劃刀位的基礎(chǔ)上，探討了圓錐刀圓環(huán)刀的二階密切刀位計(jì)算方法，采用二階密切法規(guī)刀位可以顯著地提高加工精度。提出了基于二階密切法的加工路徑規(guī)劃方法，采用該方法可以在保證精度的前提下使加工帶寬明顯增大，提高加工效率。充分利用UG等軟件的建模和仿真功能，對螺旋槳的曲面造型和數(shù)控加工方法的正確性進(jìn)行了驗(yàn)證

11、。自由曲面零件數(shù)控加工技術(shù)的關(guān)鍵是研究如何構(gòu)造被加工曲面、刀具路徑的規(guī)劃及數(shù)控加工過程的動(dòng)態(tài)仿真。本文對螺旋槳的數(shù)控加工也是主要從這幾方面來進(jìn)行，主要研究了船用螺旋槳的曲面粗加工刀軌的生成方法，精加工刀位的計(jì)算方法及刀具路徑的規(guī)劃。1.4論文主要內(nèi)容1.對螺旋槳數(shù)控加工進(jìn)行工藝分析2.研究螺旋槳數(shù)控加工刀具軌跡進(jìn)行規(guī)劃3.在UG的VARIABLE-CONTOUR中，生成螺旋槳的刀具軌跡4.在UG中進(jìn)行螺旋槳模擬加工2自由曲面零件五坐標(biāo)數(shù)控加工基礎(chǔ)與三坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床加工曲面相比，五坐標(biāo)機(jī)床由于具有五個(gè)運(yùn)動(dòng)軸，因而它有足夠的自由度逼近任意工件曲面，使得在五坐標(biāo)機(jī)床上能夠采用球頭銑刀、端面銑刀、棒形銑

12、刀等各種刀具進(jìn)行加工。因此五坐標(biāo)數(shù)控加工在質(zhì)量和效率方面具有顯著的優(yōu)勢.本章從五坐標(biāo)數(shù)控加工的基礎(chǔ)知識(shí)、多坐標(biāo)數(shù)控加工刀具路徑規(guī)劃方法、自由曲面的粗精加工方法等方面入手，詳細(xì)地介紹、分析了五坐標(biāo)數(shù)控加工的研究現(xiàn)狀。2.1基本概念1)切觸點(diǎn)(cutting contact point)指刀具在加工過程中與被加工零件曲面的理論接觸點(diǎn)。對于曲面加工，不論采用什么刀具，從幾何學(xué)的角度來看，刀具與被加工曲面的接觸關(guān)系均為點(diǎn)接觸。圖2-1給出了幾種不同刀具在不同加工方式下的接觸點(diǎn)。2)切觸點(diǎn)曲線(cutting contact curve)指刀具在加工過程中由切觸點(diǎn)構(gòu)成的曲線。切觸點(diǎn)曲線是生成刀具軌跡的基

13、本要素，既可以顯式地定義在加工曲面上，如曲面的等參數(shù)線、兩曲面的交線等，也可以隱式定義，使其滿足一些約束條件，如約束刀具沿導(dǎo)動(dòng)線運(yùn)動(dòng)，而導(dǎo)動(dòng)線的投影可以定義刀具在加工曲面上的切觸點(diǎn)，還可以定義刀具中心軌跡，切觸點(diǎn)曲線由刀具中心軌跡隱式定義。這就是說，切觸點(diǎn)曲線可以是曲面上實(shí)在的曲線，也可以是對切觸點(diǎn)的約束條件所隱含的“虛擬”曲線。3)刀位點(diǎn)數(shù)據(jù)(cutter location data，簡稱為CLData)指準(zhǔn)確確定刀具在加工過程中每一位置所需的數(shù)據(jù)。一般來說，刀具在工件坐標(biāo)系中的準(zhǔn)確位置可以用刀具中心點(diǎn)和刀軸矢量來進(jìn)行描述，其中刀具中心點(diǎn)可以是刀心點(diǎn)，也可以是刀尖點(diǎn)，視具體情況而定，如圖2-

14、1所示.4)刀具軌跡曲線指在加工過程中由刀位點(diǎn)構(gòu)成的曲線，即曲線上的每卜一個(gè)點(diǎn)包含一個(gè)刀軸矢量。刀具軌跡曲線一般是由切觸點(diǎn)曲線定義刀具偏置計(jì)算得到，計(jì)算結(jié)束存放于刀位文件(CLData file)之中。5)導(dǎo)動(dòng)規(guī)則指曲面上切觸點(diǎn)曲線的生成方法(如參數(shù)線法、截平面法)及一些有關(guān)加工精度的參數(shù)，如步長、行距、兩切削行間的殘留高度、曲面加工的欠切誤差(outer tolerance)和過切誤差(inner tolerance)等。6)刀具偏置(tool offset)指由切觸點(diǎn)生成刀位點(diǎn)的計(jì)算過程。圖2-1切觸點(diǎn)2.2自由曲面五坐標(biāo)數(shù)控加工的刀軸控制方式五坐標(biāo)機(jī)床在三個(gè)平動(dòng)軸基礎(chǔ)上增加了兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸，

15、不僅可使刀具擺放在工件的任意位置，而且可使刀具軸線在一定范圍內(nèi)相對于工件任意可調(diào)。五坐標(biāo)加工與三坐標(biāo)加工的本質(zhì)區(qū)別在于:在三坐標(biāo)加工中，刀具軸線始終平行于Z軸;而在五軸加工中，刀具軸線在工件坐標(biāo)系中的方向一般是不斷變化的。那么走刀過程中刀具軸線方向如何控制就是一個(gè)要解決的問題，即刀軸控制方式問題。常用的刀軸控制方式有以下幾種1)垂直于表面方式垂直于表面方式是使刀具軸線始終平行于各切削點(diǎn)處的表面法矢。由于刀具底面緊貼加工表面，從而對切削行之間的殘余高度作最大限度地抑制，這樣就減少走刀次數(shù)而獲得較高的生產(chǎn)效率。這種方式一般用于大型平坦的無干涉凸曲面的端銑加工。2)平行于表面方式平行于表面方式是指刀

16、具軸線或母線始終處于各切削點(diǎn)的切平面內(nèi)，所對應(yīng)的加工方式一般為側(cè)銑。這種方式的主要應(yīng)用于直紋面的加工，用圓柱或圓錐形刀具側(cè)刃與直紋面母線接觸，可以一刀加工成型，效率高而且表面質(zhì)量好。3)傾斜于表面方式該方式由刀軸矢量i在局部坐標(biāo)系中與坐標(biāo)軸和坐標(biāo)平面所成的兩個(gè)角度a和定義，如圖2.2所示。圖中，n為曲面上切削點(diǎn)處單位法矢，t為曲面上切削點(diǎn)處沿進(jìn)給方向單位切矢，v=t x n , (t,n,v)為曲面在切削點(diǎn)處的局部坐標(biāo)系，a為前傾角，即刀軸矢量與垂直于進(jìn)給方向的平面所成的角度，可在端銑加工凹面時(shí)防止千涉; 為傾斜船用螺旋槳曲面造型及五軸數(shù)控加工刀位規(guī)劃角，是指刀軸與曲面法矢的夾角，不屬某個(gè)截面

17、，位于以法矢為軸線，丫為頂角的圓錐上，但可由a角及指定沿走刀方向的左右側(cè)來確定刀軸的空間方向。傾斜方式是五坐標(biāo)加工的一般控制方式，垂直于表面方式和平行于面方式均可看作它的特殊情況。例如，垂直于表面方式即等價(jià)于a=0圖2.2相對于曲面的刀軸控制2.3五坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工的成型方式在五坐標(biāo)數(shù)控加工編程中，刀位數(shù)據(jù)的生成、干涉或碰撞問題的解決都與所用刀具的形狀有關(guān)。根據(jù)曲面加工過程中的成型方式，五軸加工分為:點(diǎn)接觸式、面接觸式、線接觸式三種方式。點(diǎn)接觸式加工是指在加工過程中以點(diǎn)接觸成型的加工方式，如球頭銑刀加工、球形砂輪磨削等。這種加工方式的主要特點(diǎn)是:球形表面法矢指向全空間，加工時(shí)對曲面法矢有自適應(yīng)

18、能力;其編程簡單、計(jì)算量較小;并且只要使刀具半徑小于曲面最小曲率半徑就可避免干涉，因而它適合任意曲面的加工。但是切削條件差，加工精度和效率低。面接觸式加工是指以面接觸成型的加工方式，如端面銑削(磨削)加工。這種加工方式的主要特點(diǎn)是:由于切削點(diǎn)有較高的切削速度，周期進(jìn)給量大，因而它具有較高的加工效率和精度。但由于受成型方式和刀具形狀的影響，它主要適于中凸曲率變化較平坦的曲面的加工。線接觸式加工是指加工過程中以線接觸成型的加工方式，例如圓柱周銑、圓錐周銑、棒形磨削及砂帶磨削等。這種加工方式的特點(diǎn)是:由于切削點(diǎn)處切削速度高，因而可獲得較高的加工精度，同時(shí)，由于是線接觸成型，因而具有較高的加工效率。這

19、是五坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工當(dāng)前和今后研究的重點(diǎn)。目前己經(jīng)發(fā)展到對任意曲面線接觸加工的研究。3螺旋槳數(shù)控加工工藝分析3.1選擇材料和確定毛坯傳統(tǒng)的螺旋槳材料主要有耐海水腐蝕性能比較高的錳黃銅系和耐海水腐蝕性能較高、抗空泡腐蝕性能優(yōu)良的鋁青銅11,12。隨后又出現(xiàn)了用NAl青銅材料、鈦合金、MCRS不銹鋼、高強(qiáng)度馬氏體不銹鋼、碳纖維環(huán)氧材料和一些復(fù)合材料制成的螺旋槳13。螺旋槳毛坯通常有鑄件和圓柱棒料兩種類型。對于鑄造的毛坯，可采用偏置法生成粗加工刀軌。根據(jù)零件表面的曲面方程，求出曲面在切觸點(diǎn)的法矢量，然后沿法矢量偏置一個(gè)刀具半徑，就得到刀具的刀心位置。如果采用圓柱棒料作為毛坯，就要采用層切法進(jìn)行粗加工

20、。粗加工的目的就是去除相鄰槳葉間的多余材料，得到螺旋槳的大致形狀。本文采用后者，圓柱棒料類型毛坯。如圖3-1所示。圖3-1螺旋槳圓柱棒料毛坯3.2選擇定位基準(zhǔn)考慮到螺旋槳為中心對稱零件，螺旋槳加工時(shí)要準(zhǔn)確定位。選擇定位基準(zhǔn)為：孔+面，用槳背面的那一側(cè)的槳轂端面作為軸向定位基準(zhǔn)，用槳轂端面水平分布的直徑為5mm的銷孔作為周向定位基準(zhǔn)。螺旋槳加工時(shí)，把螺旋槳毛坯安裝在夾具的心軸上，然后在上端壓緊。3.3擬定加工路線隨著數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展，在不同設(shè)備和技術(shù)條件下，同一個(gè)零件的加工工藝路線會(huì)有較大的差別。但關(guān)鍵的都是從現(xiàn)有加工條件出發(fā)，根據(jù)工件形狀結(jié)構(gòu)特點(diǎn)合理選擇加工方法、劃分加工工序、確定加工路線和

21、工件各個(gè)表面的加工順序，協(xié)調(diào)數(shù)控銑削工序和其他工序之間的關(guān)系以及考慮整個(gè)工藝方案的經(jīng)濟(jì)性等。加工方法的選擇（1） 平面加工方法的選擇在數(shù)控銑床上加工平面主要采取端銑刀和立銑刀加工。當(dāng)零件表面粗糙度要求較高時(shí)，應(yīng)采用順銑方式。（2） 平面輪廓加工方法的選擇通常采用三坐標(biāo)數(shù)控銑床進(jìn)行兩軸半坐標(biāo)加工。（3） 固定斜角平面加工方法的選擇當(dāng)零件尺寸不大時(shí)，可用斜墊板墊平后加工。當(dāng)零件尺寸很大，斜面斜度又較小時(shí)，常用行切法加工，但加工后，會(huì)在加工面留下殘留面積，需要用鉗修方法加以清除，用三坐標(biāo)數(shù)控立銑加工飛機(jī)整體壁板零件時(shí)常用此法。（4）曲面輪廓加工方法的選擇立體曲面的加工應(yīng)根據(jù)曲面形狀、刀具形狀以及精度

22、要求采用不同的銑削加工方法，如兩軸半、三軸、四軸及五軸等聯(lián)動(dòng)加工。螺旋槳葉面精銑螺旋槳葉背粗銑螺旋槳葉面粗銑螺旋槳葉背精銑螺旋槳輪轂精銑毛坯開粗二次裝夾（以螺旋槳葉面一側(cè)的輪轂端面孔為基準(zhǔn)）螺旋槳輪轂粗銑圖3-2擬定加工路線通常為防止加工時(shí)葉片變形，改進(jìn)切削工藝，高速銑切削能夠有效的降低葉片彈塑性變形，提高切削速度，降低切削區(qū)域溫度，改變了切屑成形原理和去除機(jī)理，降低切削力，減少了變形；改進(jìn)工藝方案，采用輔助機(jī)械增加剛度，在葉片彈性變形較大區(qū)域填充松香、石膏、蠟，或增加支撐桿，能夠?qū)椥宰冃慰刂圃谝欢ǚ秶鷥?nèi)；改進(jìn)工藝路線，先加工剛性薄弱的葉尖部位，后加工葉根部位；改進(jìn)工藝參數(shù)，降低精加工切削量

23、，使用鋒利的刀具，多軸加工中增大后跟角等。擬定的加工路線如圖3-2所示。3.4確定工序具體內(nèi)容根據(jù)零件的加工工藝要求，進(jìn)行工序的劃分，內(nèi)容包括確定走刀次數(shù)和加工余量，不同的加工工序，其加工余量、精度和表面粗糙度是不一樣的。UG/CAM默認(rèn)劃分三個(gè)工序：粗加工、半精加工和精加工。將本文中的螺旋槳零件加工劃分為粗加工、半精加工和精加工三個(gè)工序。粗加工選擇型腔銑加工，就是沿軸向（z向）不同深度的XY平面內(nèi)生成粗加工刀軌。首先給定一個(gè)z值，確定出該z值處的xy平面，求出該平面與相鄰槳葉等距面（偏置距離粗加工余量）的交線；求出相鄰槳葉的2D邊界線；然后由邊界線，相交線，螺旋槳槳轂及毛坯確定出每層的加工區(qū)

24、域。最后，用zig-zag模式把預(yù)定義的刀位連接起來，形成粗加工刀軌。輪轂的半精加工和槳葉的精加工選擇UG多軸銑削模板，螺旋槳的葉面基本上是一個(gè)螺旋面，而背面是一個(gè)自由曲面。槳葉曲面是以u(píng)，v為參數(shù)擬合出來的B樣條曲面，可以對槳葉進(jìn)行變軸銑削加工。各工序內(nèi)容如表3.1所示。表3.1各工序內(nèi)容序號(hào)方法加工內(nèi)容操作方式刀具主軸轉(zhuǎn)速S進(jìn)給F跨距切深余量1粗加工毛坯開粗型腔銑端銑刀R122500120070%612半精加工葉面及葉背外形固定軸輪廓銑球頭刀R5300090040%0.80.253半精加工輪轂可變軸曲面輪廓銑球頭刀R530009000.80.254精加工葉面及葉背外形可變軸曲面輪廓銑球頭刀

25、R550004000.305精加工輪轂可變軸曲面輪廓銑球頭刀R550004000.303.5確定加工坐標(biāo)系生成刀具軌跡前，必須要確定刀具軌跡所在的坐標(biāo)系，這個(gè)坐標(biāo)系就是加工坐標(biāo)系（MCS），加工坐標(biāo)系與機(jī)床坐標(biāo)系有著密切的關(guān)系。因?yàn)橛糜诹慵庸ぱb夾的夾具的中心線與主軸中心線、轉(zhuǎn)臺(tái)的回轉(zhuǎn)中心線相重合，所以設(shè)定MCS的三個(gè)軸和機(jī)床坐標(biāo)系的三個(gè)軸相對應(yīng)，坐標(biāo)原點(diǎn)就是對刀點(diǎn)。本文中設(shè)定螺旋槳輪轂面中心為加工坐標(biāo)系原點(diǎn)。如圖3-4所示。圖3-4加工坐標(biāo)系3.6刀具類型及參數(shù)要實(shí)現(xiàn)數(shù)控加工的高速、高精與高效，一個(gè)重要因素就是如何根據(jù)加工對象選用合適的刀具。（1）銑刀的材料及結(jié)構(gòu)刀具工作時(shí)，要承受很大的壓力

26、。同時(shí)，由于切削時(shí)產(chǎn)生的金屬塑性變形以及在刀具、切屑、工件相互接觸表面間產(chǎn)生的強(qiáng)烈摩擦，使刀具切屑上產(chǎn)生很高的溫度和受到很大的應(yīng)力，在這種情況下，刀具會(huì)迅速磨損或破損。因此刀具材料必須具備高的硬度和耐磨性，足夠的強(qiáng)度和韌性，紅硬性和良好的工藝性。銑削時(shí)對刀具的剛性刀有嚴(yán)格的要求，刀體伸出刀柄愈長，刀具的剛性愈差，銑削時(shí)愈容易產(chǎn)生振動(dòng)，影響零件的表面質(zhì)量，還容易斷刀。刀具材料主要涉及到刀具材料的硬度，一般常用的刀具材料有高速鋼和硬質(zhì)合金鋼兩種，其它非金屬材料的有陶瓷、金剛石、立方氮化硼等。高速鋼具有較高的強(qiáng)度和韌性，具有一定的硬度和耐磨性，適用于制造各種復(fù)雜刀具。高速鋼刀具制造工藝簡單，成本較低

27、；硬質(zhì)合金的硬度、耐磨度、耐熱度很高，因此，硬質(zhì)合金的切削性能比高速鋼高得多，當(dāng)?shù)毒吣湍ザ认嗤瑫r(shí)，切削速度可提高410倍，所以在高速銑削中常用硬質(zhì)合金。但是硬質(zhì)合金制造工藝復(fù)雜、價(jià)格較高14。本文選用了高速鋼刀具。銑刀的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)包括直徑和齒數(shù)的選擇15。銑刀直徑的選擇應(yīng)首先考慮零件加工部位的幾何尺寸與形狀，在保證銑刀有足夠的強(qiáng)度和剛度、減少走刀次數(shù)、提高生產(chǎn)效率的前提下，應(yīng)盡可能選擇直徑較大的銑刀。銑刀切削刃長度只要能保證將零件銑出即可，當(dāng)D/L0.4時(shí)銑刀剛性差；當(dāng)D/L0.5時(shí)，剛性較好。銑刀端刃圓角半徑r的大小應(yīng)與零件尺寸要求一致，但粗加工中銑刀尚末切削到零件的最終輪廓，r可選得小一

28、些。銑刀刀齒數(shù)的選擇應(yīng)考慮到刀具材料的剛度、耐磨性、精度的要求，一般刀齒數(shù)愈多，心部實(shí)體直徑增大，剛性提高，但排屑性能差，所以刀齒數(shù)多、螺旋角大的立銑刀適宜精加工、半精加工，反之則用在粗加工。直刃立銑刀加工時(shí)，切削刃全部同時(shí)切入工件，同時(shí)離開工件，這樣反復(fù)作用加工容易引起振動(dòng)缺損，加工表面質(zhì)量不佳，作用在刀刃上的切削力作用在同一方向上，使刀具彎曲，故曲面加工精度較差。螺旋刃立銑刀加工切入工件時(shí)，刀刃上某點(diǎn)其受力位置隨刀具回轉(zhuǎn)而變化。結(jié)構(gòu)上難以引起振動(dòng)，作用在刀刃上的切削力垂直于螺旋角方向，并分解為垂直分力與進(jìn)給分力，使刀具彎曲的進(jìn)給分力減小了，故曲面加工精度較好。螺旋角的選擇與切削振動(dòng)、磨損、

29、加工精度有關(guān)，一般選擇大的螺旋角，其理由是螺旋角越大參與切削長度越長、切削力在長切刃上被分散，如圖2-5所示。但是螺旋角也不是越大越好，螺旋角越大，垂直于刀具分力就越大，就不適合加工剛性差的工件。還有切屑排出性也變差了。圖3-5螺旋角大小與受力力情況碳素鋼、合金鋼、鑄鐵、鋁合金、純銅和塑料等加工可以選用45螺旋角和30螺旋角。鈦合金、鎳合金、不銹鋼等難切削材料和高硬度鋼等加工選用60螺旋角。（2）刀具的類型數(shù)控加工中常用的刀具主要有平底銑刀、端銑刀、球頭刀、環(huán)形刀、鼓形刀和錐形刀。下面依次分析其各自的銑削特點(diǎn)和應(yīng)用場合。1）平底立銑刀平底立銑刀主要以周邊切削刃進(jìn)行切削，切削性能好，是銑削加工的

30、主要刀具。它主要用于平面銑削（如凸臺(tái)、凹槽以及平底開腔等）、二維零件的周邊輪廓銑削、立體輪廓粗加工和多坐標(biāo)精加工，而且也可應(yīng)用于立體輪廓的三坐標(biāo)精加工。在多坐標(biāo)加工情況下，平底立銑刀的應(yīng)用有側(cè)銑和端銑兩種方式。側(cè)銑方式主要是應(yīng)用于直紋面的加工，由立銑刀周邊切削刃一次成形，加工效率高，并可有效保證型面質(zhì)量。端銑方式主要應(yīng)用于不適合側(cè)銑加工的其他情況，它采用一行一行的行切方式加工。這種方式在保證刀具不與被加工曲面干涉的前提下，盡可能使平底立銑刀底部貼近被加工表面，這樣切削條件好，并有效抑制切削行間的殘余高度，從而減少走刀次數(shù)。2）端銑刀端銑刀在圓周面及端面均有切削刃，主要用于面積較大的平面銑削和較

31、平坦的立體輪廓（如大型葉片、螺旋槳、模具等）的多坐標(biāo)銑削，以減少走刀次數(shù)，提高加工效率與表面質(zhì)量。3）球頭刀球頭刀主要用于三維立體輪廓的三坐標(biāo)加工，在五坐標(biāo)加工中也能用到。球頭刀對于加工對象的適應(yīng)能力很強(qiáng)，且編程與使用也較方便，但球頭刀加工過程中，越接近球頭的底部其切削條件越差（切削速度低、容屑空間小等）。因此，在需要刀具底部切削（如型面平坦部位的加工等）的情況下，加工效率難以提高且刀具容易磨損。另外，球頭刀加工時(shí)的走刀行距一般也比相同直徑的其他刀具加工時(shí)小，因此效率較低。4）環(huán)形刀環(huán)形刀是在周邊切削刃與底面切削刃之間以一段小圓弧過渡，主要用于凹槽、平底型腔等平面銑削和立體輪廓的加工，其工藝特

32、點(diǎn)與平底立銑刀類似，切削性能好。而且與平底立銑刀相比，由于環(huán)形刀的切削部位是圓環(huán)面，切削刃強(qiáng)度較好且不易磨損。5）鼓形刀鼓形刀多應(yīng)用于一般表面的多坐標(biāo)側(cè)銑加工。由于它在包含軸線的截面內(nèi)的形狀是曲線，所以它比圓柱面或圓錐面?zhèn)茹姷倪m應(yīng)能力強(qiáng)。但是，鼓形刀的缺點(diǎn)是刃磨較困難，切削條件較差，而且不適于加工內(nèi)緣表面。6）錐形刀錐形刀刃磨容易，切削條件好，能夠獲得高的加工效率，特別是對于底部狹窄的通道零件的加工，如葉輪的側(cè)銑加工。采用錐形刀可以介入通道底部，在滿足結(jié)構(gòu)空間限制的情況下增加刀具的剛度，避免了刀具的振動(dòng)，從而提高加工效率與精度。在編程之前，首先確定要使用的刀具。在UG/CAM中，通過專門刀具創(chuàng)

33、建操作來確定刀具。在UG中確定刀具的方式有兩種：用戶自定義刀具和從刀具庫獲取刀具。本文在對螺旋槳零件進(jìn)行粗加工時(shí)選用了12mm的端銑刀，刃齒數(shù)為2，刀具長度40mm，刃長22mm，刀柄直徑為50mm，長度為20mm。由于螺旋槳零件的槳葉面積較大而且具有較為平坦的立體輪廓，粗加工過程中采用層切法進(jìn)行銑削，所以選取端銑刀可以減少走刀次數(shù)，提高加工效率與表面質(zhì)量。半精加工和精加工時(shí)選用了5mm的球頭刀，刃齒數(shù)為2，刀具長度40mm，刃長6mm，刀柄直徑為30mm，長度為20mm。由于在多坐標(biāo)加工中，球頭刀對于加工對象的適應(yīng)能力很強(qiáng)，而且編程與使用也較方便，所以本文選取了球頭銑刀。參數(shù)設(shè)置如圖3-6和

34、圖3-7所示。 圖3-612mm平銑刀參數(shù) 圖3-75mm球銑刀參數(shù)3.7切削參數(shù)切削參數(shù)主要包括主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度、背吃刀量和切削寬度等。（1）主軸轉(zhuǎn)速主軸轉(zhuǎn)速的選取應(yīng)根據(jù)所采用的機(jī)床功率、刀具材料和尺寸、被加工零件的切削性能和加工余量來綜合確定。（m/min）（3.1）式中銑刀的直徑（mm）主軸轉(zhuǎn)速（r/min）（2）進(jìn)給速度進(jìn)給速度是切削用量的主要參數(shù)，要根據(jù)零件加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、機(jī)床的性能和工件材料選取。所謂進(jìn)給速度是指加工過程中，切削刃選定點(diǎn)相對于工件的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度。對于銑削而言，銑刀的每個(gè)齒就相當(dāng)于一個(gè)切削刃。在復(fù)雜形狀零件的加工中特別是多坐標(biāo)加工，如果進(jìn)給速

35、度是恒定的，材料切除率常常波動(dòng)并且可能超過刀具強(qiáng)度的極限，而導(dǎo)致刀具折斷，機(jī)床各運(yùn)動(dòng)軸的速度和加速度也可能超出允許的范圍。進(jìn)給速度和每齒進(jìn)給量有關(guān)，粗加工時(shí)，每齒進(jìn)給量的選取主要決定于工件材料的力學(xué)性能、刀具材料和銑刀類型。工件材料強(qiáng)度和硬度越高，選取的越小，反之則越大；同一類型的銑刀，采用硬質(zhì)合金材料的每齒進(jìn)給量應(yīng)大于高速鋼銑刀；而對于面銑刀、圓柱銑刀、立銑刀，由于它們刀齒強(qiáng)度不同，其每齒進(jìn)給量值的選取按面銑刀圓柱銑刀立銑刀的排列順序依次遞減。在精加工時(shí)，每齒進(jìn)給量的選取要結(jié)合工件表面粗糙度的要求來考慮，表面粗糙度值越小，每齒進(jìn)給量就越小。一般情況下，每齒進(jìn)給量和切削速度，可從有關(guān)金屬切削工

36、藝冊中查出。在確定了進(jìn)給速度后，就可以以此為標(biāo)準(zhǔn)確定一些非切削運(yùn)動(dòng)的速度，包括快速進(jìn)刀/退刀、趨近速度、橫越速度以及第一刀進(jìn)給速度。前面的速度可以根據(jù)機(jī)床的性能取到最大，而第一刀進(jìn)給速度，應(yīng)該比正常的進(jìn)給速度小很多，對于鑄鐵和鋼件而言，一般為正常進(jìn)給速度的30%。（3）背吃刀量背吃刀量，是指工件上已加工表面和待加工表面間的垂直距離。在機(jī)床動(dòng)力足夠和工藝系統(tǒng)剛度許可的條件下，應(yīng)選取盡可能大的背吃刀量。一般情況下，在留出精銑和半精銑的余量0.52mm后，其余的余量可以作為粗銑的背吃刀量，盡量一次切除。半精銑背吃刀量可選為0.51.5mm，精銑背吃刀量可選為0.20.5mm。（4）切削寬度在復(fù)雜曲面

37、的銑削加工中，切削寬度的確定就是走刀行距的確定。相鄰兩條估計(jì)軌跡線上對應(yīng)刀位點(diǎn)之間的距離稱為走刀行距，其大小是影響曲面加工精度和效率的重要因素。由于球頭刀加工會(huì)在走刀方向上形成走刀步長殘留，同時(shí)在相鄰走刀行之間形成行距間殘留16,17,18，行距過大得到的殘留高度就大，相應(yīng)的表面粗糙度就會(huì)增大，后續(xù)處理加工量加大；行距過小將使加工時(shí)間成倍增加，同時(shí)還導(dǎo)致編程效率的下降以及零件加工程序行的成倍增加。因此，為了既滿足加工精度和表面粗糙度的要求，又要有較高的生產(chǎn)效率，必須合理確定行距。在一些比較成熟的CAD/CAM編程模塊中都提供了較有效的刀具軌跡規(guī)劃算法和相關(guān)的步距確定方法。一般情況下，在粗加工中

38、，為了能夠大量且有效的去除毛坯材料，對表面粗糙度的要求不是很高，所以可以選擇比較大的切削寬度，在曲面型腔銑或型芯銑的粗加工中，就可采用直徑比較大的平底銑刀，所選取的切削寬度為刀具直徑的2/3，同時(shí)也要考慮刀具的強(qiáng)度和耐用度，適當(dāng)修正前面的切削深度。在精加工中，由于加工的精度和表面粗糙度都要求很高，所以在加工過程中采用小直徑的球頭銑刀，所選擇的步距就應(yīng)該比較小，一般可選擇0.10.3mm左右。在確定切削用量參數(shù)時(shí)要根據(jù)機(jī)床說明書的要求和刀具的耐用度去選擇和計(jì)算，當(dāng)然也可以結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，采用類比法去確定。確定切削條件的目標(biāo)是要生成具有最大材料切除率NC程序，同時(shí)保持穩(wěn)定的切削狀態(tài)與要求的加工精度。

39、在影響銑削過程切除率的參數(shù)中，軸向與徑向切削深度必須在刀具軌跡生成時(shí)確定，而進(jìn)給速度與切削速度則可以以其后進(jìn)行調(diào)節(jié)。因此，首先就確定軸向與徑向切削深度以獲得最大的材料切除率，然后再考慮切削力的限制與刀具承受力對進(jìn)給速度進(jìn)行選擇。4 螺旋槳數(shù)控加工刀具軌跡規(guī)劃及模擬加工此處省略NNNNNNNNNNNN字。如需要完整說明書和設(shè)計(jì)圖紙等.請聯(lián)系扣扣：九七一九二零八零零 另提供全套機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)下載！該論文已經(jīng)通過答辯設(shè)置進(jìn)刀/退刀參數(shù)，在“傳送方式”下拉列表框中選擇“安全平面”，其余選項(xiàng)按默認(rèn)值設(shè)置，圖4-5所示 圖4-5設(shè)置切削參數(shù)，“切削順序”選擇|“深度優(yōu)先”，“切削方向”選擇“順銑切削”其余選

40、項(xiàng)按默認(rèn)設(shè)置，圖4-6所示 圖4-6設(shè)置進(jìn)給率，主軸轉(zhuǎn)速2500，進(jìn)給1200，完成所有的參數(shù)設(shè)置后，單擊生成刀軌按鈕生成刀具軌跡，如圖4-7和4-8所示 圖4-7 葉背粗銑刀軌 圖4-8 葉片粗銑刀軌4.2螺旋槳精加工研究 經(jīng)過粗加工，得到了螺旋槳的大致輪廓，然后再進(jìn)行半精加工和精加工。我們把螺旋槳的精加工分成三個(gè)部分:葉片加工，葉背加工和輪轂加工。4.2.1螺旋槳槳葉精加工刀位規(guī)劃 本文把加工螺旋槳槳葉0. 2R以外的部分稱為槳葉加工。翻門采用二階密切法計(jì)算刀位，首先分析了槳葉的幾何特性，判斷采用該方法的可行性。1.槳葉的幾何性質(zhì)我們知道螺旋槳槳葉的葉面基本上是一個(gè)螺旋面，而背面是一個(gè)自由

41、曲面。首先判斷槳葉曲面上點(diǎn)的類型。槳葉曲面是以u(píng), v為參數(shù)擬合出的B樣條曲面，設(shè)方程為r = r(u, v)，則根據(jù)公式(4.3), (4.5)計(jì)算出曲面在某點(diǎn)處的第一、第二基本量然后根據(jù)公式(4.7)計(jì)算出該點(diǎn)處曲面的主曲率k1, k2，進(jìn)而求出該點(diǎn)處曲面的高斯曲率。如果K0，則該點(diǎn)為橢圓點(diǎn);如果K0，則該點(diǎn)為雙曲點(diǎn);若K=0，則該點(diǎn)為拋物點(diǎn)。把雙曲點(diǎn)用淺色顯示，把橢圓點(diǎn)用深色顯示，結(jié)果表明，槳葉上大分區(qū)域是雙曲點(diǎn)，只有邊緣一小部分區(qū)域是橢圓點(diǎn)。這樣用二階密切法對槳葉進(jìn)行側(cè)銑，完可行的。2刀具軌跡的形成 經(jīng)過上面對槳葉幾何性質(zhì)的分析，我們把螺旋槳槳葉分成了雙曲點(diǎn)區(qū)域和橢圓點(diǎn)區(qū)域。在雙曲點(diǎn)區(qū)

42、域，滿足二階密切法的條件，于是按照二階密切法的計(jì)算公式計(jì)算刀位。當(dāng)采用圓柱刀或圓錐刀時(shí)，根據(jù)公式(4.2)，(4.3)計(jì)算出刀軸方向在密切平面的投影和密切方向。圓柱刀的刀軸矢量與其在密切平面內(nèi)投影是一致的。而圓錐刀的刀軸矢量，可根據(jù)公式(4.4)計(jì)算出，然后再根據(jù)公式(4.5)計(jì)算出刀心的位置。如果采用的刀具是圓環(huán)刀，則要根據(jù)公式(4.3)，(4.5)計(jì)算出刀軸方向在密切平面的投影和密切方向，然后根據(jù)公式(4.4)計(jì)算出刀軸矢量，最后根據(jù)公式(4.5)計(jì)算出刀心的位置。 在橢圓點(diǎn)區(qū)域，如果采用圓柱刀或圓錐刀，只能實(shí)現(xiàn)近似密切，做法就是將刀具軸線擺放在該點(diǎn)處主曲率絕對值較小的主方向上，也就是沿曲

43、面的平坦方向:如果采用圓環(huán)刀，那么就能夠?qū)崿F(xiàn)密切，于是也按照二階密切方法計(jì)算刀位。在理論上可以實(shí)現(xiàn)密切的曲面點(diǎn)上，也有可能因?yàn)榈毒甙霃竭x擇的不合適，而達(dá)不到密切。這就需要根據(jù)不同情況來調(diào)整刀具半徑。由于螺旋槳槳葉曲面是網(wǎng)格比較規(guī)整的參數(shù)曲面，我們采用參數(shù)線法生成刀具軌跡，切削行沿u線分布，因此刀觸點(diǎn)軌跡就是曲面的u線。走刀的步長采用等參數(shù)步長法，即在條參數(shù)線上按等參數(shù)步長計(jì)算點(diǎn)位。參數(shù)步長和加工誤差沒有確定的關(guān)系。先給定一個(gè)數(shù)步長，按照這個(gè)步長精度，計(jì)算刀位點(diǎn)。然后對編制的程序仿真檢查，如果加工精度不能滿足要求，則把相應(yīng)減小，再重復(fù)剛才過程，直到得到理想的步長。半精加工過程分別選擇固定軸曲面輪

44、廓銑和可變軸曲面輪廓銑對槳葉和輪轂側(cè)銑削。在對槳葉進(jìn)行固定軸輪廓銑參數(shù)設(shè)置時(shí)，選擇區(qū)域銑削（Area Milling）方式，切削角度選擇沿最長線進(jìn)行切削。單擊創(chuàng)建工具欄上的創(chuàng)建操作圖標(biāo)，系統(tǒng)彈出“創(chuàng)建操作”對話框，在“創(chuàng)建操作”對話框中各參數(shù)設(shè)置如下：“類型”選擇 mill_mulit_axis“子類型”選擇第一行第一個(gè)圖形，設(shè)定為可變軸曲面輪廓銑（mill_mulit-axis）“程序”為NC_PROGRAM“使用幾何體”為MCS_1“使用刀具”為 BALL_MILL_5“使用方法”為METHOD“名稱”輸入對話框中輸入操作名稱 VARIABLE_CONTOUR如圖4-9所示圖4-9確認(rèn)后，

45、單擊“確定”按鈕，進(jìn)入可變軸曲面輪廓銑加工的操作對話框，開始可變軸曲面輪廓銑加工操作的參數(shù)設(shè)置，如圖4-10所示，設(shè)置用戶參數(shù)，“驅(qū)動(dòng)方式”選擇曲面區(qū)域，編輯參數(shù)如圖4-11示，“刀軸”選擇指定點(diǎn)，編輯參數(shù)如圖4-12示， 圖4-10 圖4-11 圖4-12設(shè)置主軸轉(zhuǎn)速3000，進(jìn)給率900，完成參數(shù)設(shè)置，單擊生成刀軌按鈕，生成葉背半精加工葉背刀軌如圖4-13所示和葉片半精加工刀具軌跡如圖4-14 圖4-13 圖4-144.2.2輪轂加工的刀位規(guī)劃 輪轂通常為1/10l/15錐度的圓錐體或鼓形回轉(zhuǎn)體。輪轂的直徑由毅徑比袂定，一般毅徑比為0. 160. 20。本文以圓錐面作為輪轂表面，為了加工輪

46、轂表面，取圓錐面上的螺旋線作為刀具路徑。輪轂錐面的方程可表示為:(4.1) 其中為螺旋常數(shù)，H為螺距; = 為輪轂半徑; 為圓錐面的半錐角;a為槳葉的后傾角; 為螺旋線參數(shù)，其取值范圍由式(4.1)中的k向分量決定，將輪轂的軸向長度，代入式(4.1)即可求得角的兩個(gè)極限值; 為輪轂上的螺旋線繞Z軸回轉(zhuǎn)形成錐面的回轉(zhuǎn)參數(shù)。上式中的和是形成輪轂錐面的兩個(gè)參數(shù)，當(dāng)固定角變化時(shí)，即可加工輪轂錐面上的一條螺旋線。改變角，則可加工另一條螺旋線。經(jīng)計(jì)算得到輪轂加工的刀具路徑，加工輪轂時(shí)，由于槳葉通常都有一個(gè)后傾角，為了使刀具與槳葉不發(fā)生干涉，將刀軸矢量取在刀觸點(diǎn)處的輪轂錐面直母線和輪轂法線所決定的平面內(nèi)，并

47、與直母線保持固定夾角。將式(4.1)對求導(dǎo)， (4.2) 又知圓錐面上刀觸點(diǎn)處直母線的單位矢量為: (4.3) 則輪轂曲面上刀觸點(diǎn)處的單位法矢可表示為: (4.4)刀軸的矢量方程可寫為: (4.5)同上設(shè)置參數(shù)，完成對輪轂的刀具軌跡規(guī)劃，生成輪轂半精加工刀具軌跡圖4-15所示 圖 4-15半精銑輪轂 4.3螺旋槳加工刀路的模擬本文中螺旋槳零件加工由于刀具長度有限，為避免刀柄與零件干涉，需要裝夾兩次才能完成，所以需設(shè)定切削層。零件粗加工一般采用層切法加工。在確定了切削區(qū)域后，接下來就是確定切削層，UG/CAM中切削層包含兩個(gè)內(nèi)容，切削深度范圍和每刀切削深度。切削層選取從頂面下降到38mm深度的范

48、圍，每層切削6mm。進(jìn)入U(xiǎn)G的Cavity Mill模板設(shè)定粗加工切削參數(shù)，包括加工余量、安全間隙、公差等加工精度參數(shù)，還包括進(jìn)給率、切削模式、切削類型、行距等。本文中的設(shè)置參數(shù)為：進(jìn)給率1200mm/min，切削模式選擇Follow Periphery，行距選擇刀具直徑的70%。在Cutting參數(shù)設(shè)置里選擇切削方向?yàn)镮nward由毛坯外緣向內(nèi)銑削。生成刀軌后，單擊“確認(rèn)刀軌”按鈕，選擇2D動(dòng)態(tài),單擊播放,進(jìn)行刀路模擬,如下列所示第1步，粗銑葉背（圖4-16） 圖4-16第2步，半精銑葉背（圖4-17） 圖4-17第3步，精加工葉背（圖4-18） 圖4-18第4步，半精銑輪轂（圖4-19）

49、圖4-19第5步，粗加工葉片（圖4-20）圖4-20第6步，半精加工葉片（圖4-21） 圖4-21 第7步,精加工葉片（圖4-22） 圖4-224.4螺旋槳葉片加工的數(shù)控程序如下所示：0 BEGIN PGM YEPIAN_DM_FINISH9 MM1 BLK FORM 0.1 Z X0.0 Y0.0 Z-20.2 BLK FORM 0.2 X100. Y100. Z0.03 M1274 M1295 M1266 M128 F5000.7 CYCL DEF 32.0 TOLERANCE8 CYCL DEF 32.1 T0.059 CYCL DEF 32.2 TA0.810 TOOL CALL 5

50、S560011 L B-70.886 C293.121 F MAX12 L X-43.163 Y102.837 Z26.825 M8 F1000.13 L X-20.901 Y50.698 Z7.177 F500.14 L X-21.153 Y50.528 Z7.397 B-70.474 C293.83815 L X-21.41 Y50.272 Z7.821 B-69.485 C294.83216 L X-21.5 Y50.038 Z8.342 B-68.175 C295.47717 L X-21.414 Y49.878 Z8.847 B-66.875 C295.6518 L X-21.203

51、 Y49.794 Z9.285 B-65.725 C295.44919 L X-20.879 Y49.776 Z9.665 B-64.681 C294.89220 L X-20.429 Y49.838 Z9.97 B-63.771 C293.87821 L X-19.856 Y50.003 Z10.13 B-63.198 C292.3222 L X-19.293 Y50.25 Z10.074 B-63.227 C290.62923 L X-18.965 Y50.434 Z9.922 B-63.513 C289.70224 L X-18.747 Y49.898 Z9.682 F600.25 L

52、X-19.077 Y49.714 Z9.835 B-63.227 C290.629 F1200.26 L X-19.641 Y49.468 Z9.893 B-63.198 C292.3227 L X-20.216 Y49.301 Z9.734 B-63.771 C293.87828 L X-20.669 Y49.239 Z9.43 B-64.681 C294.89229 L X-20.995 Y49.255 Z9.049 B-65.725 C295.44930 L X-21.209 Y49.337 Z8.61 B-66.875 C295.6531 L X-21.295 Y49.496 Z8.1

53、03 B-68.175 C295.47732 L X-21.207 Y49.73 Z7.58 B-69.485 C294.83233 L X-20.951 Y49.988 Z7.155 B-70.474 C293.83834 L X-20.699 Y50.159 Z6.934 B-70.886 C293.12135 L X-20.498 Y49.621 Z6.691 F600.36 L X-20.749 Y49.448 Z6.913 B-70.474 C293.838 F1200.37 L X-21.004 Y49.189 Z7.34 B-69.485 C294.83238 L X-21.092 Y48.956 Z7.865 B-68.175 C295.47739 L X-21.003 Y48.798 Z8.373 B-66.875 C295.6540 L X-20.788 Y48.717 Z8.814 B-65.725 C295.44941 L X-20.46 Y48.703 Z9.195 B-64.681 C294.89242 L X-20.004 Y48.766 Z