CN104014983B - 一种导管螺旋桨加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明为一种导管螺旋桨加工方法，具体的为：在桨叶叶梢留有延长段与叶冠，加工中同时夹持叶冠与轮毂，使桨叶处于多点固定的状态，提高了桨叶的刚性，减小了加工力引起的变形量；该方法中的夹具为专用夹具，采用多爪卡盘夹持坯料的外圆柱面，卡爪与坯料之间用圆柱销配合来实现圆心定位和周向定位，用夹板夹持叶冠来进行固定；加工时首先加工轮毂表面、桨叶表面与延伸段表面，完成后切削掉延伸段与叶冠。

Description

一种导管螺旋桨加工方法
技术领域
本发明涉及螺旋桨加工领域，具体的讲是适用于船及潜器的导管螺旋桨加工的一种方法。
背景技术
螺旋桨是船与潜艇推进系统中的重要部件。螺旋桨加工精度的高低对其效率、噪声及寿命有很大的影响。
螺旋桨的外形复杂，加工十分困难，主要体现在如下两点：其一，夹持困难。螺旋桨由桨叶和轮毂组成，桨叶薄，且为曲面，因而现有的加工方法多采用轮毂夹持。轮毂夹持使桨叶处于悬臂梁的状态，并且桨叶薄，刚性差，在加工力的作用下非常容易发生变形。其二，重复定位困难。螺旋桨桨叶两侧都为曲面，因而现有的加工方法多为加工完一面后，翻转，再加工另一面。在翻转过程中很容易出现角度偏移，导致桨叶的两侧曲面不缝合。
导管螺旋桨的桨叶与传统的螺旋桨桨叶类似，但仍有差别。二者桨叶都薄，且两侧为曲面，因而传统螺旋桨加工中的困难在导管螺旋桨加工中仍然存在。二者在几何上的不同之处在于：导管螺旋桨桨叶叶梢的翼型弦长不为零，而传统桨叶叶梢翼型弦长为零。导管螺旋桨桨叶的这个特点使其加工中可采用特殊的夹持方法来进行加工。
发明内容
本发明为一种导管螺旋桨加工方法，其特征在于：在桨叶叶梢留有余量，余量包括了桨叶延长段与叶冠；采用专用夹具同时夹持每片桨叶的叶冠与轮毂，使导管螺旋桨桨叶在加工过程中处于多点固定的状态，如图1所示，提高了桨叶的刚性，减小了加工力引起的变形量；在轮毂、桨叶及其延长段表面加工完成后再切削掉桨叶延长段与叶冠。该方法的优点还在于当桨叶翻转加工时能够实现中心重复定位、周向重复定位与Z轴重复定位。Z轴为螺旋桨轴线方向。
该方法采用专用夹具，夹具的具体特征为：夹具主体为多爪卡盘，根据不同的桨叶数目选用对应的卡爪数目，即桨叶数目＝卡爪数目；卡爪8安装在平台6内，平台表面为定位面，用于Z向定位；卡爪上安装圆柱定位销2，定位销与坯料配合，实现中心定位与周向定位；卡爪上设夹板7，对坯料实现Z向固定，夹板夹持叶冠，且范围不超过叶冠；为了使夹具能够适应不同螺旋桨轮毂长度的改变，平台中央位置设升降台1，实现轮毂端面的Z向定位；升降台上攻螺纹孔，用螺栓9进行轮毂10的Z向固定。
为了配合夹具使用，该方法对坯料的要求为：坯料21沿桨叶半径方向需预留余量，余量长度包括了桨叶延长段25及叶冠23；坯料的轮毂端面20、外圆柱面24、叶冠上表面22、叶冠下表面27为定位面，需加工至螺旋桨要求的精度；外圆柱面24上根据桨叶数目等分加工半圆柱定位槽26，与卡爪的圆柱定位销配合。
为配合夹具使用，对加工流程的要求为：首先加工螺旋桨的轮毂面32、桨叶表面31及桨叶长伸段曲面33，加工中如需翻转，则翻转轴需通过螺旋桨轴线及任意一个圆柱定位销的轴线，加工完成后，逐步切削加工叶梢面30以去掉桨叶延长段25及叶冠23，具体的切削方法为：提取模型叶梢翼型的叶背曲线，定义为l1，将l1向螺旋桨半径方向偏移一个刀具半径，构成三维空间曲线l2，以l2为初始加工刀路，每次刀路在上次刀路的基础上下降一个切削深度，切削深度为0.1～0.2倍叶梢翼型厚度，最后预留1～2mm加工量采用手工锯掉，并将叶梢面30打磨至要求精度。
该方法中余量Δ的确定方法为：Δ＝2d+2mm，其中叶冠宽度为d+1mm，延长段宽度为d+1mm，d为所用铣刀的刀具直径；刀具直径d视所需叶冠高度h来定，要求满足d≧h/5，根据铣刀刀具系列选取满足要求的最小刀具直径；已知余量后，则可以得到毛坯直径D0＝D1+2Δ，D1为螺旋桨直径。Δ、h、D0、D1的标注见图2。
附图说明
图1是夹持导管螺旋桨模型时的外观图。
图2是坯料的说明图。
图3是加工流场的说明图。
具体实施方式
以加工导管螺旋桨直径200mm为例，桨叶数目5，整体精度要求误差小于10μm。
首先确定坯料的大小。为了配合夹具使用，坯料沿桨叶3半径方向需预留余量，余量长度包括了桨叶延长段25及叶冠23；坯料余量Δ的确定方法为：Δ＝2d+2mm，其中叶冠宽度为d+1mm，延长段宽度为d+1mm，d为所用铣刀的刀具直径；刀具直径d视所需叶冠高度h来定，要求满足d≧h/5。根据模型的实际尺寸，确定所需叶冠高度为40mm，则可选铣刀直径为8mm，可得余量为18mm，其中延长度9mm，叶冠宽度9mm；已知余量后，可得到所需的毛坯直径为D0＝200+18*2＝236mm。
其次是坯料加工。坯料的轮毂端面、外圆柱面、叶冠上表面、叶冠下表面需加工至尺寸误差小于10μm；外圆柱面上根据桨叶数目等分加工5个半圆柱定位槽，选定位槽直径设计为8mm，则圆柱定位销的直径也为8mm，与卡爪配合。
夹具的设计方法为：以多爪卡盘为基础，根据桨叶数目选用五爪卡盘；卡爪安装在平台内，平台表面为定位面，其平面度要求小于1.6μm，表面粗糙度等级选为Ra1.6，用于Z向定位；卡爪上安装圆柱定位销，定位销直径8mm，定位销与坯料配合，实现中心定位与周向定位；卡爪上设夹板，对坯料实现Z向固定，夹板对坯料的夹持宽度不超过叶冠宽度，即夹持区域不超过9mm宽；为了使夹具能够适应不同螺旋桨轮毂长度的改变，平台中央位置设升降台，升降台可采用液压方式，也可采用丝杆滑块结构，实现轮毂端面的Z向定位；升降台上攻螺纹孔，用螺栓进行轮毂的Z向固定。
加工流程为：首先加工螺旋桨的轮毂面、桨叶表面及桨叶延长段曲面，加工中如需翻转，则翻转轴需通过螺旋桨轴线及任意一个圆柱定位销的轴线，加工完成后，提取模型叶梢翼型的叶背曲线，定义为l1，将l1向螺旋桨半径方向偏移一个刀具半径，即4mm，构成三维空间曲线l2，以l2为初始加工刀路，每次刀路在上次刀路的基础上下降一个切削深度，切削深度为0.1～0.2倍叶梢翼型厚度，已知该桨模叶梢翼型厚度为5mm，每次切削深度选0.8mm，最后预留1～2mm加工量采用手工锯掉，并将叶梢面打磨至要求精度。

Claims (1)

1.一种导管螺旋桨加工方法，其特征为：在桨叶叶梢留有余量，余量包括桨叶延长段与叶冠，采用专用夹具同时夹持每片桨叶的叶冠及轮毂，在轮毂、桨叶及其延长段表面加工完成后再切削掉桨叶延长段与叶冠；所采用的专用夹具特征为：夹具主体为多爪卡盘，根据不同的桨叶数目选用对应的卡爪数目，即桨叶数目＝卡爪数目；卡爪安装在平台内，平台表面为定位面；卡爪上安装圆柱定位销，实现中心定位与周向定位；卡爪上设夹板，夹持叶冠；平台中央位置设升降台，以适应不同螺旋桨轮毂长度，实现轮毂端面的定位；升降台上攻螺纹孔，用螺栓进行轮毂的固定；该方法对坯料的要求为：坯料沿桨叶半径方向预留余量；坯料的轮毂端面、外圆柱面、叶冠上表面、叶冠下表面为定位面，需加工至螺旋桨要求的精度；外圆柱面上根据桨叶数目等分加工半圆柱定位槽，与卡爪的圆柱定位销配合；切掉桨叶延长段与叶冠的方法为：提取模型叶梢翼型的叶背曲线，定义为l1，将l1向螺旋桨半径方向偏移一个刀具半径，构成三维空间曲线l2，以l2为初始加工刀路，每次刀路在上次刀路的基础上下降一个切削深度，切削深度为0.1～0.2倍叶梢翼型厚度，最后预留1～2mm加工量采用手工锯掉，并将叶梢面打磨至要求；该方法中余量Δ的确定方法为：Δ＝2d+2mm，d为刀具直径；刀具直径d视所需叶冠高度h来定，要求d≧h/5，根据刀具系列选取满足要求的最小刀具直径；已知余量后，则可以得到毛坯直径D0＝D1+2Δ，D1为螺旋桨直径。
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