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這是金屬加工（mw1950pub）發布的第14656篇文章編者按大型船舶的螺旋槳生產技術目前只有少數國家掌握，在相當長的時間里，是阻礙中國大型船舶發展的一個“攔路虎”。大型船用螺旋槳一般包括輪轂、槳葉、葉根、隨邊、葉稍和導邊，超大型螺旋槳的制造涉及到鑄造技術（防止空泡產生）、機械加工技術等多項難點，特別是形狀復雜、精度要求較高的螺旋槳，要用到高端的多軸聯動機床設備。中船瓦錫蘭螺旋槳公司掌握了大型螺旋槳的制造技術并獲得突破。今天介紹螺旋槳關鍵工序數控加工。央視曾經報道過遼寧號航母更換螺旋槳的資料，這表明我國在大型船舶螺旋槳精密焊接、制造、安裝等一體化的系統制造技術，已經完全獲得突破。視頻資料，建議WiFi觀看大型船舶螺旋槳生產制造視頻遼寧號航母的螺旋槳直徑至少在4.5米，總重也在400噸左右。這是一個考驗大國工業巨型構件技術水準的領域，從某種程度上講，我國在大型船舶建造技術領域已經獲得了質的飛躍。中國的大型螺旋槳突破，是從鎮江中船瓦錫蘭螺旋槳公司開始的。這家公司是由中國船舶工業集團公司和芬蘭瓦西蘭集團公司共同投資組建的中外合資企業，而且是中國同行業中規模最大之一。其研發的新型七軸五聯動數控機床為國產航母螺旋槳的制造打下基礎。這家企業花了長達三年多的時間，進行技術攻關。最終，中船瓦錫蘭螺旋槳公司掌握了大型螺旋槳的制造技術。新型七軸五聯動數控機床淮海工業集團有限公司楊興隆、吳永鋼、付海、劉銳2021年在《金屬加工（冷加工）》第6期發表了題為《螺旋槳關鍵工序數控加工》的文章，其中分析了螺旋槳槳葉加工的難點，通過選擇合適的加工方式，得到了精確控制的刀具軌跡，經生產實踐證明，加工工藝正確可行。對螺旋槳進行簡單的流體動力學分析可知，從槳葉表面流過的水流方向非常重要。如果水流方向能夠平行于槳葉剖面，則設計者就可以按照理想的算法計算流體動力，否則就會產生回流，或者因為一些不知情的原因影響螺旋槳的推進性和空泡性能。而槳葉表面的表面粗糙度和刀具紋路對水的流動起著非常重要的作用，因此螺旋槳的槳葉對表面性能要求很高，對機械加工提出了嚴格的要求，需要加工制造人員具備充足的理論功底和編程技巧。1.加工方式的選擇槳葉的加工必須在五軸數控銑床或者五軸加工中心上完成，但一般采用4.5軸加工而不用五軸聯動，原因如下。1）表面容易產生波紋。五軸聯動加重了插補運算的負擔，要求控制器有更高的運算精度，而且旋轉坐標的微小誤差會大幅降低加工質量。而定向加工可以先將旋轉軸的坐標固定，再用線性軸加工，其表面質量要高于五軸聯動加工。實際加工中產生的波紋如圖所示。圖1波紋2）刀具受力不均勻。在五軸聯動加工時，旋轉軸不斷變化，隨著球頭銑刀加工曲面的切削點不停變換，刀具的受力點和受力方向也在不停地變化，造成許多非線性誤差，切削精度亦隨之下降。3）奇異性問題。所謂的奇異性是指曲面在造型過程中若存在不易覺察的小坑小洼，且奇異點正好處于旋轉軸極限位置，則在奇異點附近產生的微小振蕩會導致旋轉軸180°翻轉，這種情況相當危險。考慮到種種不利因素，再結合槳葉的幾何特征，采用4.5軸加工，其刀具路徑可以全范圍覆蓋槳葉的葉面。需要說明的是，在4.5軸加工不能滿足葉片加工需求的時候，必須采用五軸聯動方式，只是聯動加工對機床、控制器及編程員的要求更高而已。2.刀具軌跡的生成考慮到水流方向，刀具軌跡方向需要與槳葉剖面平行，也就是說螺旋槳旋轉時，槳葉的加工軌跡在正俯視的狀態下應該是由一系列同心圓構成，且應與理想槳葉刀具軌跡模型中的曲線方向一致，而沒有產品理念的加工者有可能會做出圖3所示的不合理刀具路徑。圖2理想槳葉刀具軌跡模型圖3　不合理刀具路徑在UG軟件的固定軸加工選項中，已經有一種同心圓刀具路徑的加工方式（見圖4）。為方便起見，直接應用其制作刀具軌跡，確認能否達到預期的效果。將刀具路徑圖樣中心定義為槳葉的輪轂中心，采用φ4mm球頭刀精加工，得到圖5所示的正俯視圖下的同心圓加工方式刀具軌跡。圖4　同心圓加工方式圖5　同心圓加工方式刀具軌跡由圖5可知，雖然采用了同心圓加工方式，但是軟件給出的刀具軌跡仍與理想的同心圓存在一定程度的差別，需要采取更為有效的辦法。要想精確控制螺旋槳葉上的進給方向，必須采用流線驅動的辦法。所謂流線驅動，就是用軟件默認的曲面流線或者人為繪制的曲線來控制進給方向。如果軟件默認的進給路徑滿足設計要求，編程員就沒必要繪制曲線。選取正確的切削區域后，驅動曲線選擇方法采用“自動”生成，如圖6所示，正俯視圖下的軟件默認流線仍然和理想狀態相差甚遠。圖6　軟件默認流線將手工繪制的同心圓沿正俯視方向投影到槳葉表面，將投影的曲線作為“流曲線”、槳葉邊緣的兩條曲線作為“交叉曲線”，流線選區如圖7所示。指定切削方向、生成刀具軌跡即可完成流線加工編程，精確控制的刀具軌跡如圖8所示。圖7　流線選區圖8　精確控制的刀具軌跡由圖8可看出，經過精密控制的刀具軌跡和理想刀具軌跡吻合。在正俯視圖中觀察，刀具軌跡的走動方向與槳葉剖面平行，與水流方向一致，與輪轂同心，符合設計要求。而且刀具運動方向的精度完全由操作者控制，繪制的流曲線越密、精度越高，刀具軌跡的可控程度就越高，越符合設計理念。刀具軌跡得到精確控制后，在實際加工中經試切驗證，滿足零件各項技術要求，證明該方法正確可行。文中所述質量理念、數學計算、產品性能分析以及工藝分析方法，在解決同類零件的加工難題時也可推廣應用。-End-聲明：本文所用視頻、圖片、文字如涉及作品版權問題，請第一時間告知，我們將根據您提供的證明材料確認版權并按國家標準支付稿酬或立即刪除內容！

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