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大型舰船用螺旋桨是舰船的核心部件,其加工质量直接影响以至决定着整机产品的性能。五轴数控加工是实现复杂曲面零件高质高效加工的重要手段,适用于提高大型舰船用螺旋桨加工质量和生产效率。结合863项目“大型舰艇螺旋桨用重型七轴五联动车铣复合加工机床”,在分析大型舰船用螺旋桨数控加工工艺的基础上,对其进给速度优化进行了研究和探讨。 合理的数控加工工艺对优质高效加工具有重要作用。在分析大型舰船用螺旋桨的几何特性和加工要求的基础上,将叶片分为重叠区和非重叠区,分别使用七轴五联动车铣复合加工机床的特殊铣头和标准铣头配置进行加工,再依据七轴五联动车铣复合加工机床的加工特点制定了螺旋桨数控加工工艺过程和叶片加工工序。 七轴五联动车铣复合加工机床与标准五轴数控机床相比,结构更复杂,因而运动学分析也更为复杂。在定义机床关节空间和刀具笛卡尔空间的基础上,分别对标准铣头和特殊铣头配置的机床运动链进行分析,利用坐标变换原理进行了两种配置的机床结构运动学建模与求解,并提出用位移增量法、微分思想分别对机床关节空间速度与加速度、笛卡尔空间刀具相对工件表面的速度与加速度进行限制与优化。 大型舰船用螺旋桨数控加工中,由于旋转/摆动轴的影响,各坐标轴的运动速度、加速度可能超出其允许的最大速度与伺服驱动能力,刀具实际运动中相对工件表面的速度、加速度也可能会存在突变进而影响加工质量。综合考虑大型舰艇螺旋桨用重型七轴五联动车铣复合加工机床使用手册、实际加工经验与机床使用原则、加工阶段与加工时间等因素,在后置处理过程中合理设置了进给速度的优化参数。 本课题组正开发一套叶片类零件多轴CAD/CAM系统,并将大型舰船用螺旋桨数控加工的进给速度优化模块嵌入后置处理中。通过在配备华中科技大学自主研发的“七轴五联动车铣复合加工数控系统”的复合加工机床上进行了大型舰船用螺旋桨叶片加工,位移增量法和微分思想优化进给速度效果明显,加工过程中进给平稳,曲面表面质量良好。