CN113458466A - 整体大侧斜螺旋桨空间360°螺旋环切一次成型加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种整体大侧斜螺旋桨空间360°螺旋环切一次成型加工方法，该方法在立式五轴联动加工设备上，采用全封闭5轴联动模式，采用球头铣刀顺着整体螺旋桨其中一个叶片最顶部叶稍→前缘导边→后缘随边→叶面→叶背→叶根→根部圆角→桨毂桨叶全部型面通过一次装夹一个基准一条刀轨沿着一个方向一个程序一刀一次连续切削无重叠区域无接痕由顶向底空间360°高速螺旋环切加工一次成型，周向旋转依次完成全部桨叶加工。整个桨叶型面精加工过程中一次性无接痕连续光顺切削，基准统一，无任何啃刀、漏切和超差点，尺寸精度、形位公差和表面粗糙度较好，安全性和正确率达100%，加工效率提升60%以上，取得了十分良好的应用效果。

Description

整体大侧斜螺旋桨空间360°螺旋环切一次成型加工方法

技术领域

本发明属于数控五轴联动高速加工技术领域，具体涉及一种整体大侧斜螺旋桨空间360°螺旋环切一次成型加工方法。

背景技术

螺旋桨是船舶发动机及推进器的关键部件，其制造精度及表面质量将直接影响到推进系统的出力、效率、运行稳定性、机组寿命和制造成本，其设计与制造精度和难度较高。

其中整体大侧斜螺旋桨，桨叶纵倾侧斜，相互重叠交错，形状复杂，结构紧凑，变螺距、大螺旋角，加工空间狭窄，加工时易产生干涉。桨叶型值尺寸、轮廓精度和粗糙度要求较高，各型值表面和圆角要求光顺连续，必须对加工型面进行连续切削。叶片薄，刚性差，加工中易发生抖动、颤振和变形，刀具高速旋转和进给使叶片产生切削抗力变形，且是从相反两个方向，控制切削变形和内应力变形是关键。

传统的螺旋桨加工方法是：采用两次装夹，加工好一表面后将其翻转再加工另一面，效率低，误差大，基准不统一，叶片边缘容易豁口翻边。但对叶型复杂的大侧斜螺旋桨就很难实现，叶片间的重叠区域无法加工，刀具、机床和螺旋桨会出现干涉和碰撞问题。

目前，对于叶型复杂整体螺旋桨（如图2至5所示），采用的比较先进的加工方法是：一次性装夹，叶面、叶背分别采用四轴或五轴联动先后单独加工，叶梢、叶片前后边缘、根部圆角和桨毂位置分别从几个方向拼接加工而成。这样分区域偏转不同角度加工，刀具刀轴侧倾矢量角度和基准偏差较大，衔接和重叠部位产生的接刀痕、残留量较多且连接不光顺，难以保证较好的叶片型值、加工精度和叶型结构。而且叶面、叶背、叶梢和叶片边缘分区域先后进行铣削，切削余量集中在一边，特别是叶梢和叶面边缘容易豁边、振颤和变形，导致出现振刀、啃刀和过切现象造成超差或报废。叶面型值和根部圆角的连续性和表面质量不好，影响整桨的结构性和动平衡量包括划水的流线性，残留和不光顺部位常常需要较长时间的钳工打磨和修整，并且靠人工修磨每一件分布都不均匀。同时加工路径较多，加工时间较长，程序太多，准备和辅助时间过长，从而大大制约了加工效率和加工质量的提高。因此如何克服现有技术的不足是目前数控五轴联动高速加工技术领域亟需解决的问题。

发明内容

本发明提供一种整体大侧斜螺旋桨空间360°高速螺旋环切一次成型加工方法，以解决现有整体大纵倾侧斜螺旋桨加工精度低、工序复杂、加工周期和时间长、效率低的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

整体大侧斜螺旋桨空间360°螺旋环切一次成型加工方法，包括如下步骤：

步骤（1），确定加工设备：在立式五轴联动加工设备上，采用全封闭5轴联动模式；

步骤（2），装夹定位：利用螺旋桨回转中心安装孔和工装芯轴小间隙配合，桨毂大端面和工装平面贴合的定位方式，在桨毂端面上加防转销孔，桨毂小端面用锁紧螺母压紧；找正整个工装本体和零件回转中心与机床C轴回转中心重合，找正销孔位置朝向X+方向；

步骤（3），粗铣：选用键槽立铣刀，采用定轴型腔铣方式进行开粗，去除毛坯大量；再采用变轴插铣方式顺着叶型表面进行轮廓光整加工，分层逐次去除毛坯余量；

步骤（4），精铣：选用球头铣刀进行精铣，顺着整体螺旋桨其中一个叶片最顶部叶稍到前缘导边到后缘随边到叶面到叶背到叶根到根部圆角最后到桨毂桨叶，全部加工型面由一条连续光顺的螺旋刀轨由顶向底5轴360°同步螺旋顺铣一次加工成型；加工时，A轴摆动范围：-78°～ -119°，C轴摆动范围：-22°～+65°。

本发明中采用定轴型腔铣方式进行开粗，去除毛坯大量，此处对于大量的范围没有具体限制，例如85%，但不限于此，只要能实现本发明的目的即可。

进一步，优选的是，步骤（3）中，选用直径为12mm～20mm的键槽立铣刀。

进一步，优选的是，步骤（3）中，桨叶和桨毂整个加工型面单边均匀留精加工余量1.5mm～2mm，切深3mm，步距5mm，转速2800～3300rpm，走刀速度1200～1600mm/min；

进一步，优选的是，步骤（4）中，选用直径为8mm～16mm的球头铣刀。

进一步，优选的是，步骤（4）中，切深0.15mm，步距0.3mm，转速10000～15000rpm，走刀速度2800～3800mm/min。

进一步，优选的是，在粗铣前，构建曲率光顺连续的大侧斜螺旋桨三维加工模型；构建模型时，把图样中要求的各截面型值数据通过点位的形式确定位置坐标，通过曲率分析采用二维圆弧曲线按逐段相切的方式把所有点位光顺的连接起来，局部无法相切点按公差和曲率进行调整至曲线曲率均匀连续，然后把各截面二维圆弧曲线通过叶片半径投影曲线扫掠建立三维模型，再对三维模型叶片进行光顺度检查和优化；

然后根据构建的模型采用立式五轴联动加工设备的处理器生成机床NC数控加工程序，并对切削参数优化，之后按照优化后的参数进行粗铣和精铣。

本发明对三维模型叶片进行光顺度检查和优化，以保证叶片平滑光顺。本发明对切削参数优化，从而保证加工的后整个桨叶型面无接痕连续光顺切削，无任何啃刀、漏切和超差点，尺寸精度、形位公差和表面粗糙度好。

本发明的技术特点如下：

1）、确定加工方向、顺序和刀具路径轨迹

在立式五轴联动加工设备上，采用全封闭5轴联动模式，（图2至图5所示）采用球头铣刀顺着整体螺旋桨其中一个叶片最顶部叶稍（1）→到前缘导边（2）→到后缘随边（3）→到叶面（4）→到叶背（5）→到叶根（6）→到根部圆角（7）→最后到桨毂（8）桨叶全部型面通过一次装夹一个基准一条刀轨沿着一个方向一个程序一刀一次连续切削无重叠区域无接痕由顶向底空间360°高速螺旋环切加工一次成型，周向旋转依次完成全部桨叶加工。A轴摆动范围：-78°～至-119°之间，C轴摆动范围：-22°～至+65°之间，A轴和C轴摆动角度根据桨叶螺旋角、叶型长度和桨叶侧斜角度调整。

2)、确定加工工艺路线和加工量

整体螺旋桨桨叶和桨毂外形整个加工过程只需要（a、粗铣→b、精铣）两道工序，其内容如下：

a、粗铣：选用（Φ12mm～Φ20mm）键槽立铣刀，采用定轴型腔铣进行开粗，去除毛坯大量，采用变轴插铣进行光整加工，桨叶和桨毂整个加工型面单边均匀留精加工余量1.5mm～2mm，切深3mm，步距5mm，转速2800～3300rpm，走刀速度1200～1600mm/min，喷冷却液，效率和稳定性兼顾，分层逐次去除毛坯余量。

b、精铣：选用（Φ8mm～Φ16mm）球头铣刀，阶梯式刀柄增加强度，采用空间360°高速螺旋环切一次成型加工方法，桨叶全部加工型面由一条连续光顺的螺旋刀轨由顶向底5轴360°同步螺旋顺铣一次加工成型。切深0.15mm，步距0.3mm，转速10000～15000rpm，走刀速度2800～3800mm/min，喷冷却液，A轴摆动范围：-78°～-119°，C轴摆动范围：-22°～+65°，A轴和C轴摆动角度根据桨叶螺旋角、叶型长度和桨叶侧斜角度调整。整个加工过程三个线性轴X轴、Y轴、Z轴和两个旋转轴同步、连续、恒定朝一个方向一次切削完成。

3）、采用削苹果式空间360°螺旋环切

采用螺旋环切方式（图3和4中所示：叶片上的横线为螺旋环切刀路），可以使刀轨路径连续、光顺、恒定朝一个方向切削。刀具侧刃根据螺旋刀路轨迹和切削角度的控制可以重复交叉修整加工面，使球头铣刀切削刃与加工面的点接触切削变成一段三维弧线切削，同时螺旋刀路升角前部的刀刃和后侧刀刃可以形成重叠切削区域，前侧刀刃切削完后侧进行修磨。这样就大大增加了刀刃和加工面的接触面积，从而可以增大切削步距，缩短整个加工路径距离，还能够提高加工表面的粗糙度。同时螺旋环切只需要一次切入和切出，避免了加工区域间和不同方向间的每次进刀、退刀和抬刀动作，大大减少了刀轨数量和步进次数，进而缩短了加工时间，最大程度的提高了加工效率。

4）、桨叶全部加工型面一刀成型

桨叶全部加工面一刀加工成型，无接刀痕，无重叠区域，保证理论上最小的切削表面积。因为只要分区域从不同角度拼接加工，刀具矢量角度内的包络区域就会存在间隙，需要从不同角度重叠覆盖才能加工完整，所以分多个区域拼接加工所产生的表面积远远大于零件本身表面积。但一刀成型法就不存在这样的问题。（图2至图5所示）刀具顺着整体螺旋桨最顶部叶稍（1）→到前缘导边（2）→到后缘随边（3）→到叶面（4）→到叶背（5）→到叶根（6）→到根部圆角（7）→最后到桨毂（8）一刀加工成型，保证理论上最小的切削表面积。从而能够以最少的刀轨数量和最短的切削路径完成对整个型面的加工，大大提升了产品加工效率。

同时一刀成型无接痕，连续光顺一次加工完成，保证桨叶整个加工型面形状完整，各型值面、变径点、导边随边圆弧和根部圆角过渡光顺连续，桨叶型值尺寸、厚度和弦长能够较好保证，各叶片尺寸统一，精度较高，具有较好的流线型和结构性。

5）、由顶向底，自上而下，360°逐层切削

由桨叶顶部叶梢到最底部桨毂流道（图6所示：毛坯去除顺序及方位示意图），由顶向底、自上而下，从左至右、从前至后，顺着螺旋线采用顺铣精加工（粗铣为逆铣，可反向加工），桨叶余量360°逐层去除。从顶部最薄弱部位切入，周边毛坯余量作为支撑，保证足够的刚性。（图6所示）刀具每向下环切一层，毛坯支撑位置就向下移动一层，刀具旋转和进给所产生的切削力和振动也一层一层逐渐离开顶部和边缘最薄弱位置。层层互为支撑，越向下切削，支撑力和强度越好，刀具在周边毛坯余量的支撑下一层层完成最薄边缘和全部型面的加工。较好的控制了切削振颤和加工变形，桨叶结构和形状完整尺寸较好。

6）、一条连续刀轨永远沿一个方向切削

整个加工过程，只需要一条完整连续的刀路轨迹，永远沿着一个方向切削，只需要一次切入和一次切出。半精加工时毛坯余量大且不规则采用逆铣（图7中所示：逆时针左旋刀路轨迹），可以有效去除余量，切削状态稳定。最终精加工时余量较小采用顺铣（图7中所示：顺时针右旋刀路轨迹），使加工中所产生的切削抗力较多的转化为零件残余压应力方向从而减小切削应力变形和振动，同时，精加工采用顺铣切削时，球头铣刀切削刃不会对已加工表面产生二次复切和刮蹭，可以较好的保证加工面的尺寸精度和表面粗糙度。

7）、360°螺旋环切结合高速加工

螺旋环切方法结合高转速、高进给、小切削量的高速切削技术。根据刀具刀柄直径和强度、工装稳定性、机床性能和刚性、叶片表面的承压、变形和耐冲击力，采用10000以上的主轴转速和超过每分钟3500mm的切削速度，大大提升加工效率。两种方法的结合使零件产生残余压应力而避免产生残余拉应力的最优加工方式。

在粗、半精加工时，360°螺旋环切也可搭配使用低转速、大步距、大切深和直径较大的立铣刀进行开粗去除大余量，效率较高。

8）、一次装夹一个基准一个程序完成

图1所示，整体螺旋桨通过桨毂端面、中心内孔和防转销轴定位，联接于工装本体用螺母压紧至机床工作台面。整个加工过程只需要一次装夹，同一个基准，一条连续的螺旋刀轨，一个加工程序。减少较多准备和不必要的辅助时间，程序简洁明了，易使用和检查。

一次装夹一个基准一次成型，能够较好的保证螺旋桨的整体结构性，各个桨叶形状尺寸均匀、对称、统一，不平衡量小，动平衡精度高，动平衡精度好坏直接影响螺旋桨的推动效率和噪音。

9）、从后向前采用反向3D模拟仿真测算

在VERICUT软件中，根据机床实际尺寸建立模型（图1），以床身到毛坯、床身到刀具运动链建立运动树，以实际的位置关系进行装配和旋转轴的设计。通过不断调试获得与实际情况相同的机床仿真模型。

突破常规创新采用从后向前反向3D仿真设计。先测算薄弱、死点位置、角度较大、较难加工部位摆动角、关键参数值进行仿真校验，待符合要求后再设计程序刀路、侧倾旋摆角度和工装夹具刀具。

10）、整个加工过程采用全封闭5轴联动

全封闭5轴联动，能够有效控制每一个切削点位刀轨、步距、步进方向连续光滑，刀轴双摆角度变化跨度小、连续，不出现跳跃、抖动和交叉。可以统一处理线性轴（X、Y、Z轴）和旋转轴（A、C轴）路径保持一样的加速度和切削速度，并控制加、减速。切削状态平缓、稳定、连续，能够保证较好的切削性、稳定性和精确性。

11）、通过进给率优化设计，保证连续平顺的切削速率

基于UG软件post_builder五轴联动后处理器和VERICUT软件OptiPath模块，解决5轴联动旋转轴和线性轴高速稳定匹配问题（X轴、Y轴、Z轴和A轴、C轴连续高速切削）。根据实际切削条件和材料去除量，为各切削路径和旋摆刀轴指定最佳的进给率，然后输出一个新的数控NC代码程序，该程序除了改进进给率，其余均与原来的相同，并不会改变原有的刀具轨迹和加工方式。在5轴数控加工中，由于旋转、摆动轴的影响，各坐标轴的运动速度及其变化率可能会超出其允许的最大速度和伺服驱动能力，需要根据机床各轴的速度、加速度与平稳性要求对合成进给速度进行校核和调整。

本发明与现有技术相比，其有益效果为：

整个桨叶型面加工过程中一次性无接痕连续光顺切削，工序简单，基准统一，无任何啃刀、漏切和超差点，尺寸精度、形位公差和表面粗糙度较好。解决、突破了叶型复杂整体大侧斜螺旋桨高质高效加工的技术难题和瓶颈。光顺简洁的刀路，合理的加工思路，保证理论上最小切削表面积和最短加工距离，较好的加工强度和结构性，消除了啃刀、抖动、切削振颤和加工变形。安全性和正确率达100%。原有方法通常需要很多个程序，现只需1个，大大节约了程序调用、检查和辅助准备时间。加工精度、表面质量、外观光洁度、流线型、连续性、对称性和结构性较好，省去了不必要的工序内容，减少了钳工打磨和修整时间。加工效率提升60%以上，质量大大提升，取得了十分良好的应用效果。

附图说明

图1为设备（摇篮式双摆立式加工中心）及零件装夹示意图；

图2为整桨刀具切削位置示意图；（a）为主视图，（b）为左视图；

图3为整桨切削走刀路径示意图；（a）为主视图，（b）为左视图；

图4为整桨切削走刀路径示意图；（a）为主视图，（b）为左视图；

图5为简单型叶轮盘路径示意图；（a）为主视图，（b）为左视图；

图6为毛坯去除顺序方位示意图；（a）为左右侧，（b）为前后侧；

图7为左、右旋刀轨截面示意图；（a）左旋刀轨，（b）右旋刀轨；

图3~5中：1、叶片最顶部叶稍；2、前缘导边；3、后缘随边；4、叶面；5、叶背；6、叶根；7、根部圆角；8、桨毂；其中一个叶片上的横线为刀具切削轮廓轨迹线。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述。

本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用材料或设备未注明生产厂商者，均为可以通过购买获得的常规产品。

步骤一：加工工艺分析，确定加工方案

a）、装夹定位：根据刀轨路径和A轴摆动角度确定工装结构尺寸和定位方式（图1所示工装结构）。本实施例中利用螺旋桨回转中心安装孔和工装芯轴小间隙配合，桨毂大端面和工装平面贴合的定位方式，在桨毂端面直径较大部位加防转销孔，桨毂小端面用锁紧螺母压紧。加工时找正整个工装本体和零件回转中心与机床C轴回转中心重合。

b）、加工方法：在立式五轴联动加工设备上，采用全封闭5轴(X轴、Y轴、Z轴、A轴、C轴)联动模式，（图2至5所示）采用球头铣刀顺着整体螺旋桨其中一个叶片最顶部叶稍1→到前缘导边2→到后缘随边3→到叶面4→到叶背5→到叶根6→到根部圆角7→最后到桨毂8，桨叶全部型面通过一次装夹一个基准一条刀轨沿着一个方向一个程序一刀一次连续切削无重叠区域无接痕由顶向底空间360°高速螺旋环切加工一次成型，周向旋转依次完成全部桨叶加工。

c）、刀具选用：粗铣选用（Φ12mm～Φ20mm）键槽立铣刀，采用定位轴型腔铣和变轴插铣结合，去除整体螺旋桨毛坯大量，桨叶及桨毂整个加工型面单边均匀留精加工余量1.5mm～2mm。精铣根据刀轨路径、叶型结构尺寸和A轴摆动角度优选高刚性、高精度、较短的（Φ8mm～Φ16mm）球头铣刀，阶梯式刀柄增加强度，进行参数演算校核刀具切削强度、刚性、工装夹具的稳定性以及空间范围计算。

步骤二：利用UG软件规划加工刀具路径

a）、构建曲率光顺连续的三维加工模型

首先对产品图样、尺寸公差和技术要求进行分析，利用UG CAD软件对螺旋桨进行三维造型，明确加工基准和零件毛坯。首先把图样中要求的各截面型值数据通过点位的形式确定位置坐标，不使用二维样条和高阶曲线，而是全部通过曲率分析采用最简单的二维圆弧曲线按逐段相切的方式把所有点位光顺的连接起来，局部无法相切点按公差和曲率进行调整，保证曲线曲率均匀连续，然后把各截面二维圆弧曲线通过叶片半径投影曲线扫掠建立三维模型，再对三维模型叶片进行光顺度检查和优化，通过光顺度优化有效提高叶片自由曲面质量。与传统的实体建模相比，本实施例方法克服了传统三维实体建模导致的编程数据不连续光顺、出现跳点和抖动的问题，同时解决了不易根据零件设计精度进行数据调整的问题。曲率平顺光滑连续的三维加工模型保证了后续加工编程的准确性，生成光顺连续尺寸精确的刀具路轨以保证加工精度。

b）、采用反向3D模拟仿真测算

在VERICUT软件中，根据机床实际尺寸建立模型（图1），以床身到毛坯、床身到刀具运动链建立运动树，以实际的位置关系进行装配和旋转轴的设计。通过不断调试获得与实际情况相同的机床仿真模型。

突破常规创新采用从后向前反向3D仿真设计。对构建优化好的三维模型，先测算薄弱、死点位置、角度较大、较难加工部位摆动角、关键参数值进行仿真校验，待符合要求后再根据测算的角度、尺寸和参数值设计工装夹具刀具、程序刀路、侧倾旋摆角度。

c）、精铣刀具路径设计

在立式五轴联动加工设备上，采用全封闭5轴联动模式，（图2至5所示）采用球头铣刀顺着整体螺旋桨其中一个叶片最顶部叶稍1→到前缘导边2→到后缘随边3→到叶面4→到叶背5→到叶根6→到根部圆角7→最后到桨毂8桨叶全部型面通过一次装夹一个基准一条刀轨沿着一个方向一个程序一刀一次连续切削无重叠区域无接痕由顶向底空间360°高速螺旋环切加工一次成型，周向旋转依次完成全部桨叶加工。A轴摆动范围：-78°～至-119°之间，C轴摆动范围：-22°～至 +65°之间，A轴和C轴摆动角度根据桨叶螺旋角、叶型长度和桨叶侧斜角度调整。

采用削苹果式空间360°螺旋环切方式，使刀轨路径连续、光顺、恒定朝一个方向切削，由顶向底，自上而下，逐层切削，桨叶全部加工面一刀加工成型，无接刀痕，无重叠区域，保证理论上最小的切削表面积，一条连续刀轨永远沿一个方向切削，桨叶全部加工型面一刀成型，整个加工，只需要一条完整连续的刀路轨迹，永远沿着一个方向切削，只需要一次切入和一次切出。

步骤三：生成机床程序优化切削参数3D仿真模拟

1）、构建立式加工中心5轴联动后处理器

利用UG POST根据机床结构特性、行程、技术参数和加工要求构建后处理器。（如图1所示）：本实施例采用的是立式摇篮双摆5轴联动加工中心，HEIDENHAIN(ITNC530)系统，工作台直径φ800（700×700），Z轴行程：500mm，A轴最大摆动速度32rpm，C轴最大旋转速度65rpm，主轴转速：20rpm～8000rpm； A轴摆动范围：+25°至-110°；C轴旋转范围：N×360°。

2）、生成机床NC数控程序

利用立式五轴联动加工中心后处理器生成机床NC数控加工程序。结合NC程序和工艺路线，编制数控加工工艺规程，对加工过程、顺序和加工内容进行说明，明确装夹方式、位置、对刀和找正基准、刀具直径、长度、程序零点位置加工元素。

3）、进行切削参数优化

基于后置处理器优化刀轨、切削参数和空间坐标点、公差精度。基于后置处理器解决5轴联动旋转轴和线性轴高速稳定匹配问题（X轴、Y轴、Z轴B轴、C轴连续高速切削）。在5轴数控加工中，由于旋转、摆动轴的影响，各坐标轴的运动速度及其变化率可能会超出其允许的最大速度和伺服驱动能力，需要根据机床各轴的速度、加速度与平稳性要求对合成进给速度进行校核和调整。根据实际切削条件和材料去除量，设计最佳进给率，然后输出一个新的数控NC代码程序，该程序除了改进进给率，其余均与原来的相同，并不会改变原有的刀具轨迹和加工方式。

4）：3D仿真模拟校验

按机床NC数控程序和加工要求，运用vericut 3D仿真验证加工程序及整体运行效果（图1所示），并实时调整，检验是否存在干涉、过切以及机床碰撞和临界碰撞等问题，以此有效提高加工效率和安全性，操作和实现方便。真实反映加工过程，为程序的调整及优化提供依据，优化切削参数、改进加工方案、计算加工时间、降低关重零件的试制风险及废品损失、缩短加工周期和技术准备时间，将零件的加工质量控制点提前到工艺设计阶段。

步骤四：加工工艺及加工步骤

整体螺旋桨桨叶和桨毂外形整个加工过程只需要（a、粗铣→b、粗铣）两道工序，其内容如下：

a、粗铣

在立式摇篮双摆加工中心，（图1所示工装结构）利用螺旋桨回转中心安装孔和工装芯轴小间隙配合，桨毂大端面和工装平面贴合的定位方式，在桨毂端面直径较大部位加防转销孔，桨毂小端面用锁紧螺母压紧。加工时找正整个工装本体和零件回转中心与机床C轴回转中心重合，找正销孔位置朝向X+方向。

选用（Φ12mm～Φ20mm）键槽立铣刀，阶梯式刀柄增加强度，根据螺旋角和叶型方向设置加工区域，选择加工空间较大位置和角度，采用定轴型腔铣方式进行开粗，去除毛坯大量。再采用变轴插铣方式顺着叶型表面进行轮廓光整加工，桨叶和桨毂整个加工型面单边均匀留精加工余量1.5mm～2mm，切深3mm，步距5mm，转速2800～3300rpm，走刀速度1200～1600mm/min，效率和稳定性兼顾，分层逐次去除毛坯余量。

b、精铣

在立式摇篮双摆加工中心，装夹定位方式、零点位置与粗铣一致，选用（Φ8mm～Φ16mm）球头铣刀，阶梯式刀柄增加强度，采用空间360°高速螺旋环切一次成型加工方法，桨叶全部加工型面由一条连续光顺的螺旋刀轨由顶向底5轴360°同步螺旋顺铣一次加工成型。切深0.15mm，步距0.3mm，转速10000～15000rpm，走刀速度2800～3800mm/min，A轴摆动范围：-78°～ -119°，C轴摆动范围：-22°～ +65°，A轴和C轴摆动角度根据桨叶螺旋角、叶型长度和桨叶侧斜角度调整。整个加工过程三个线性轴X轴、Y轴、Z轴和两个旋转轴同步、连续、恒定朝一个方向一次切削完成。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.整体大侧斜螺旋桨空间360°螺旋环切一次成型加工方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤（1），确定加工设备：在立式五轴联动加工设备上，采用全封闭5轴联动模式；

步骤（2），装夹定位：利用螺旋桨回转中心安装孔和工装芯轴小间隙配合，桨毂大端面和工装平面贴合的定位方式，在桨毂端面上加防转销孔，桨毂小端面用锁紧螺母压紧；找正整个工装本体和零件回转中心与机床C轴回转中心重合，找正销孔位置朝向X+方向；

步骤（3），粗铣：选用键槽立铣刀，采用定轴型腔铣方式进行开粗，去除毛坯大量；再采用变轴插铣方式顺着叶型表面进行轮廓光整加工，分层逐次去除毛坯余量；

步骤（4），精铣：选用球头铣刀进行精铣，顺着整体螺旋桨其中一个叶片最顶部叶稍到前缘导边到后缘随边到叶面到叶背到叶根到根部圆角最后到桨毂桨叶，全部加工型面由一条连续光顺的螺旋刀轨由顶向底5轴360°同步螺旋顺铣一次加工成型；加工时，A轴摆动范围：-78°～ -119°，C轴摆动范围：-22°～+65°。

2.根据权利要求1所述的整体大侧斜螺旋桨空间360°螺旋环切一次成型加工方法，其特征在于，步骤（3）中，选用直径为12mm～20mm的键槽立铣刀。

3.根据权利要求1所述整体大侧斜螺旋桨空间360°螺旋环切一次成型加工方法，其特征在于，步骤（3）中，桨叶和桨毂整个加工型面单边均匀留精加工余量1.5mm～2mm，切深3mm，步距5mm，转速2800～3300rpm，走刀速度1200～1600mm/min。

4.根据权利要求1所述的整体大侧斜螺旋桨空间360°螺旋环切一次成型加工方法，其特征在于，步骤（4）中，选用直径为8mm～16mm的球头铣刀。

5.根据权利要求1所述的整体大侧斜螺旋桨空间360°螺旋环切一次成型加工方法，其特征在于，步骤（4）中，切深0.15mm，步距0.3mm，转速10000～15000rpm，走刀速度2800～3800mm/min。

6.根据权利要求1所述的整体大侧斜螺旋桨空间360°螺旋环切一次成型加工方法，其特征在于，在粗铣前，构建曲率光顺连续的大侧斜螺旋桨三维加工模型；构建模型时，把图样中要求的各截面型值数据通过点位的形式确定位置坐标，通过曲率分析采用二维圆弧曲线按逐段相切的方式把所有点位光顺的连接起来，局部无法相切点按公差和曲率进行调整至曲线曲率均匀连续，然后把各截面二维圆弧曲线通过叶片半径投影曲线扫掠建立三维模型，再对三维模型叶片进行光顺度检查和优化；

然后根据构建的模型采用立式五轴联动加工设备的处理器生成机床NC数控加工程序，并对切削参数优化，之后按照优化后的参数进行粗铣和精铣。

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