大型定距螺旋桨多轴数控加工刀具轨迹规划

论文摘要

大型舰船用定距桨是舰船推进器的关键部件,其加工精度和表面质量关系船舶行业的命脉。我国大型定距螺旋桨大都采用传统加工工艺,多轴数控加工技术在整个工艺中占很小比例,其制造周期长,质量差。本文针对定距螺旋桨叶片并结合大型数控机床设备研究了定距螺旋桨加工工艺和刀具路径生成等问题,并在此基础上开发了定距螺旋桨数控编程原型系统。针对大型定距螺旋桨加工余量不均匀,桨叶多、重叠区大和安装定位困难等问题,通过分析定距螺旋桨曲面几何特性,结合特定加工机床,建立了基于定距螺旋桨加工特征划分的数控加工工艺方案。该工艺方案已在镇江螺旋桨厂加工验证,大大提高了加工效率和产品质量。针对螺旋桨加工时的干涉碰撞问题,研究了基于分离轴理论的干涉检查算法。通过构造刀具和工件的OBB包容盒,采用八叉树结构对工件进行三维空间剖分,最后采用分离轴理论判断刀具与工件八叉树叶子节点的干涉情况,找出干涉的三角片。该算法不仅可以用于定距螺旋桨区域的划分、机床的仿真,还可以用于无干涉刀具路径的产生。在定距螺旋桨刀具路径生成方面,对环形刀无干涉刀具路径算法进行了研究。在OBB包容盒搜索到的三角片基础上,采用解析的方法计算刀具沿轴向方向的抬刀距离。同时对特例平底刀也给出了抬刀距离的计算方法。最后以ACIS、HOOPS为平台,VC为工具,BCG为界面支持,开发了定距螺旋桨数控加工编程原型系统。实现大型定距螺旋桨的区域划分和刀具路径生成,并在镇江螺旋桨厂加工验证。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题来源、研究内容及意义
• 1.2 研究现状
• 1.3 存在的主要问题
• 1.4 本文主要研究内容及结构
• 2 基于螺旋桨加工特征的数控工艺研究
• 2.1 面向大型螺旋桨的数控加工设备
• 2.2 螺旋桨的装夹与定位
• 2.3 基于螺旋桨加工特征划分技术
• 2.4 本章小结
• 3 基于分离轴理论的干涉检查算法
• 3.1 螺旋桨加工系统OBB 模型
• 3.2 基于八叉树的工件空间剖分
• 3.3 基于分离轴理论的包容盒间的干涉检测
• 3.4 本章小结
• 4 基于螺旋桨曲面特性的刀具路径算法
• 4.1 刀具路径生成算法实现
• 4.2 环形刀具数学模型表达
• 4.3 刀具轨迹误差分析
• 4.4 环形刀刀位点计算
• 4.5 应用实例与分析比较
• 4.6 本章小结
• 5 螺旋桨数控编程原型系统的实现
• 5.1 系统平台的开发环境
• 5.2 系统的总体结构及功能
• 5.3 螺旋桨数控编程原型系统计算应用实例
• 6 全文总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 作者在攻读硕士学位期间发表学术论文情况