1 引言

　　目前，五軸聯(lián)動數(shù)控加工技術(shù)的應用面臨著很多困難，五軸聯(lián)動本身編程抽象、煩瑣，操作也比較復雜，要實現(xiàn)通用的多坐標編程難度較大。因此，需要專業(yè)人員進行大量實踐，積累加工工藝經(jīng)驗。本研究應用UGNX8五軸編程系統(tǒng)完成螺旋推進器葉片的CAD建模、CAM編程、五軸聯(lián)動數(shù)控加工工藝設(shè)計、最終實現(xiàn)五軸聯(lián)動加工，并對復雜產(chǎn)品的造型和數(shù)控加工工藝進行探討。

2 螺旋推進器葉片加工工藝分析

　　艦艇用的螺旋推進器葉片，用三軸數(shù)控機床加工，在加工過程中由于其刀具相對于工件的位姿角不能變，加工螺旋推進器葉片時，就會產(chǎn)生干涉。采用五軸聯(lián)動的數(shù)控機床加工，由于螺旋推進器葉片和刀具的位姿角隨時可調(diào)，既可以避免三軸機床加工各種曲面時球頭銑刀以點接觸成形，且可能出現(xiàn)切削點落在球頭刀頂上，線速度趨于零，切削效率低的情況，又可以利用刀具的最佳切削點來進行切削，獲得所需的較好加工質(zhì)量。

　　三軸聯(lián)動曲面加工與五軸聯(lián)動曲面加工刀具形態(tài)示意圖(見圖2)。螺旋推進器葉片的加工過程螺旋推進器葉片的加工任務比較復雜，其復雜性主要體現(xiàn)在加工程序的編制上，因此應當首先明確在利用UG的NX8軟件生成加工程序這項工作中我們需要做什么，然后再一步步地實施。

　　3.1 構(gòu)建螺旋推進器葉片

　　(1)構(gòu)建螺旋推進器葉片截面線是根據(jù)給定的數(shù)據(jù)繪出曲線A和曲線B兩條自由曲線。

　　(2)構(gòu)建螺旋推進器葉片曲面：將曲線A和曲線B構(gòu)建得到葉片曲面，然后用“縫合”命令構(gòu)建2mm厚的葉片；根據(jù)圖紙給定的尺寸，單擊“曲線”工具條的“圓弧或圓”命令，得出流道截面線，通過拉伸得出流道面。用倒圓角命令最后在風葉曲面和流道曲面倒圓角R2，構(gòu)建螺旋推進器葉片曲面。

　　3.2 螺旋葉片的CAM編程

　　3.2.1 螺旋推進器葉片加工工藝流程規(guī)劃

　　根據(jù)螺旋推進器葉片的幾何結(jié)構(gòu)特征和使用要求，其數(shù)控加工工藝流程為：(1)粗加工流道部分；(2)半精加工流道部分；(3)葉片精加工；(4)精加工流道部分；(5)對倒圓角部分進行清根加工。

　　3.2.2 螺旋推進器葉片的加工流程

　　(1)螺旋推進器葉片流道粗加工選擇加工類型“mill—contour”對話框，雙擊“CAVITY．MILL”型。選用直徑為16mm的平底刀加工，切削方式采用“輪廓切削”，步距為1.5mm，側(cè)面與底面留余量0.3mm。

　　(2)螺旋推進器葉片流道曲面半精加工選擇“多軸銑削加工”類型，雙擊“變軸銑”，雙擊“曲面區(qū)域”，刀軸選擇“垂直與驅(qū)動”，選用半徑為R3的球刀加工，增量值為0.2mm，部件留余量為0.1mm。

　　(3)螺旋推進器葉片曲面精加工同樣雙擊“多軸銑削加工”類型，雙擊“變軸銑”加工操作，驅(qū)動方法選擇“曲面驅(qū)動”選擇葉片作為驅(qū)動曲面。打開“相對于驅(qū)動體”，選用半徑為R3的球刀五軸聯(lián)動精加工。

　　(4)螺旋推進器葉片流道精加工雙擊“多軸銑削加工”類型，單個流道曲面為“曲面區(qū)域”，刀具使用R3球刀。采用“殘余波峰高度”步進方式，殘余高度為0.005mm，切削步長為70％。

　　(5)螺旋推進器葉片根部清根加工雙擊“VC—SURF—REG．ZZ．LEAD．LAG”類型，單個倒角為“曲面區(qū)域”，刀軸采用“4軸相對驅(qū)動體形式”，步數(shù)為20，刀具使用R2球刀。

　　(6)螺旋推進器葉片加工仿真為了檢驗螺旋推進器葉片加工程序刀路軌跡的正確性，防止加工中出現(xiàn)過切和干涉現(xiàn)象，用UG的NX8進行校驗仿真。

3.3 螺旋葉片的五軸加工

　　3.3.1 準備工作

　　加工前的準備工作包括幾個方面：機床設(shè)備、刀具工具、工件毛坯和夾具工裝的準備工作。首先是準備機床設(shè)備并檢查機床設(shè)備，保證設(shè)備正常運轉(zhuǎn)。根據(jù)五軸機床幾種常見結(jié)構(gòu)及各自的加工特點，筆者選用雙轉(zhuǎn)臺的DMG50五軸聯(lián)動加工機床。選定機床之后，檢查機床設(shè)備各項功能是否正常工作，包括檢查主軸、主軸冷卻系統(tǒng)、氣壓、油壓以及機床潤滑系統(tǒng)、切削液等是否正常。

　　其次是準備刀具和工具。選用直徑為16mm的平底刀粗加工；在精加工時，選用半徑為3mm的球頭刀加工；再用半徑為2ram球刀，葉片根部倒圓角。然后，將加工過程中需要使用的所有工具都準備好，包括百分表、磁力表座、對刀器、各種尺寸的扳手等。

　　最后根據(jù)毛坯的形狀和尺寸，確定裝夾工件的方法后，依次準備工裝夾具。此例中毛坯為圓柱體，裝夾方法用專用夾具夾緊。

　　3.3.2 對刀過程

　　裝夾好工件后，進行對刀。按照雙轉(zhuǎn)臺機床對刀方法來操作，對刀時使用對刀器，對好各個軸向的加工原點后，把要加工的三把刀具分別裝在主軸上，校正每把刀的刀長，并輸入刀長補正值。

　　3.3.3 加工步驟

　　將粗加工使用的刀具安裝在主軸上，調(diào)用程序進行粗加工；粗加工完成后，調(diào)用程序進行半精加工；完成后，裝上精加工使用的刀具，調(diào)用程序進行精加工。在加工過程中，程序設(shè)定好的主軸轉(zhuǎn)速和進給速度是編程時估計較為理想的速度，但在實際加工時不一定最適合，因此要根據(jù)實際加工效果來修正速度。

4 結(jié)束語

　　五軸聯(lián)動數(shù)控機床是解決葉輪、葉片、船用螺旋槳等加工工藝的重要手段，當人們在設(shè)計、研制復雜曲面遇到其他設(shè)備難以解決的難題時，往往轉(zhuǎn)向于求助五軸數(shù)控系統(tǒng)。五軸聯(lián)動數(shù)控機床操作使用水平，從某種意義上說，反映了一個國家的工業(yè)發(fā)展水平狀況。本文研究以五軸聯(lián)動技術(shù)解決螺旋推進器葉片設(shè)計及加工工藝，為復雜產(chǎn)品的造型和數(shù)控加工提供了參考。