1 引言

　　目前，五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工技術(shù)的應(yīng)用面臨著很多困難，五軸聯(lián)動(dòng)本身編程抽象、煩瑣，操作也比較復(fù)雜，要實(shí)現(xiàn)通用的多坐標(biāo)編程難度較大。因此，需要專(zhuān)業(yè)人員進(jìn)行大量實(shí)踐，積累加工工藝經(jīng)驗(yàn)。本研究應(yīng)用UGNX8五軸編程系統(tǒng)完成螺旋推進(jìn)器葉片的CAD建模、CAM編程、五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)、最終實(shí)現(xiàn)五軸聯(lián)動(dòng)加工，并對(duì)復(fù)雜產(chǎn)品的造型和數(shù)控加工工藝進(jìn)行探討。

2 螺旋推進(jìn)器葉片加工工藝分析

　　艦艇用的螺旋推進(jìn)器葉片，用三軸數(shù)控機(jī)床加工，在加工過(guò)程中由于其刀具相對(duì)于工件的位姿角不能變，加工螺旋推進(jìn)器葉片時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生干涉。采用五軸聯(lián)動(dòng)的數(shù)控機(jī)床加工，由于螺旋推進(jìn)器葉片和刀具的位姿角隨時(shí)可調(diào)，既可以避免三軸機(jī)床加工各種曲面時(shí)球頭銑刀以點(diǎn)接觸成形，且可能出現(xiàn)切削點(diǎn)落在球頭刀頂上，線(xiàn)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(diǎn)來(lái)進(jìn)行切削，獲得所需的較好加工質(zhì)量。

　　三軸聯(lián)動(dòng)曲面加工與五軸聯(lián)動(dòng)曲面加工刀具形態(tài)示意圖(見(jiàn)圖2)。螺旋推進(jìn)器葉片的加工過(guò)程螺旋推進(jìn)器葉片的加工任務(wù)比較復(fù)雜，其復(fù)雜性主要體現(xiàn)在加工程序的編制上，因此應(yīng)當(dāng)首先明確在利用UG的NX8軟件生成加工程序這項(xiàng)工作中我們需要做什么，然后再一步步地實(shí)施。

　　3.1 構(gòu)建螺旋推進(jìn)器葉片

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

　　(2)構(gòu)建螺旋推進(jìn)器葉片曲面：將曲線(xiàn)A和曲線(xiàn)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(xiàn)”工具條的“圓弧或圓”命令，得出流道截面線(xiàn)，通過(guò)拉伸得出流道面。用倒圓角命令最后在風(fēng)葉曲面和流道曲面倒圓角R2，構(gòu)建螺旋推進(jìn)器葉片曲面。

　　3.2 螺旋葉片的CAM編程

　　3.2.1 螺旋推進(jìn)器葉片加工工藝流程規(guī)劃

　　根據(jù)螺旋推進(jìn)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(duì)倒圓角部分進(jìn)行清根加工。

　　3.2.2 螺旋推進(jìn)器葉片的加工流程

　　(1)螺旋推進(jìn)器葉片流道粗加工選擇加工類(lèi)型“mill—contour”對(duì)話(huà)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(jìn)器葉片流道曲面半精加工選擇“多軸銑削加工”類(lèi)型，雙擊“變軸銑”，雙擊“曲面區(qū)域”，刀軸選擇“垂直與驅(qū)動(dòng)”，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(jìn)器葉片曲面精加工同樣雙擊“多軸銑削加工”類(lèi)型，雙擊“變軸銑”加工操作，驅(qū)動(dòng)方法選擇“曲面驅(qū)動(dòng)”選擇葉片作為驅(qū)動(dòng)曲面。打開(kāi)“相對(duì)于驅(qū)動(dòng)體”，選用半徑為R3的球刀五軸聯(lián)動(dòng)精加工。

　　(4)螺旋推進(jìn)器葉片流道精加工雙擊“多軸銑削加工”類(lèi)型，單個(gè)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(jìn)方式，殘余高度為0.005mm，切削步長(zhǎng)為70％。

　　(5)螺旋推進(jìn)器葉片根部清根加工雙擊“VC—SURF—REG．ZZ．LEAD．LAG”類(lèi)型，單個(gè)倒角為“曲面區(qū)域”，刀軸采用“4軸相對(duì)驅(qū)動(dòng)體形式”，步數(shù)為20，刀具使用R2球刀。

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

3.3 螺旋葉片的五軸加工

　　3.3.1 準(zhǔn)備工作

　　加工前的準(zhǔn)備工作包括幾個(gè)方面：機(jī)床設(shè)備、刀具工具、工件毛坯和夾具工裝的準(zhǔn)備工作。首先是準(zhǔn)備機(jī)床設(shè)備并檢查機(jī)床設(shè)備，保證設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)。根據(jù)五軸機(jī)床幾種常見(jiàn)結(jié)構(gòu)及各自的加工特點(diǎn)，筆者選用雙轉(zhuǎn)臺(tái)的DMG50五軸聯(lián)動(dòng)加工機(jī)床。選定機(jī)床之后，檢查機(jī)床設(shè)備各項(xiàng)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(jī)床潤(rùn)滑系統(tǒng)、切削液等是否正常。

　　其次是準(zhǔn)備刀具和工具。選用直徑為16mm的平底刀粗加工；在精加工時(shí)，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(guò)程中需要使用的所有工具都準(zhǔn)備好，包括百分表、磁力表座、對(duì)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(zhǔn)備工裝夾具。此例中毛坯為圓柱體，裝夾方法用專(zhuān)用夾具夾緊。

　　3.3.2 對(duì)刀過(guò)程

　　裝夾好工件后，進(jìn)行對(duì)刀。按照雙轉(zhuǎn)臺(tái)機(jī)床對(duì)刀方法來(lái)操作，對(duì)刀時(shí)使用對(duì)刀器，對(duì)好各個(gè)軸向的加工原點(diǎn)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(zhǎng)，并輸入刀長(zhǎng)補(bǔ)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(jìn)行粗加工；粗加工完成后，調(diào)用程序進(jìn)行半精加工；完成后，裝上精加工使用的刀具，調(diào)用程序進(jìn)行精加工。在加工過(guò)程中，程序設(shè)定好的主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度是編程時(shí)估計(jì)較為理想的速度，但在實(shí)際加工時(shí)不一定最適合，因此要根據(jù)實(shí)際加工效果來(lái)修正速度。

4 結(jié)束語(yǔ)

　　五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床是解決葉輪、葉片、船用螺旋槳等加工工藝的重要手段，當(dāng)人們?cè)谠O(shè)計(jì)、研制復(fù)雜曲面遇到其他設(shè)備難以解決的難題時(shí)，往往轉(zhuǎn)向于求助五軸數(shù)控系統(tǒng)。五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床操作使用水平，從某種意義上說(shuō)，反映了一個(gè)國(guó)家的工業(yè)發(fā)展水平狀況。本文研究以五軸聯(lián)動(dòng)技術(shù)解決螺旋推進(jìn)器葉片設(shè)計(jì)及加工工藝，為復(fù)雜產(chǎn)品的造型和數(shù)控加工提供了參考。