CN113976966B - 一种基于插铣的船用螺旋桨加工机器人及加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开加工大型螺旋桨领域中的一种基于插铣的船用螺旋桨加工机器人及加工方法，从待加工螺旋桨叶的叶根到叶梢，从上下垂直的加工起始段AB为矩形的起始垂直边，规划出连续的矩形为加工路径，直加工终止段GH，形成从AB段到GH段的连续的矩形加工区域；根据变形程度将所述的矩形加工区域划分为高、中、低三个变形区域，切削参数随着加工区域和路径的改变线性变化，初始位置在叶根处，变形量较小，所以用较大切削力使得加工效率最优，终止位置在叶梢处，变形量较大，用较小的切削力保证加工效果；采用三铣刀提高切削效率，切削参数随着加工区域和路径的改变线性变化，保证加工精度和加工效率，采用多点支撑，减少加工过程中螺旋桨的颤振。

Description

一种基于插铣的船用螺旋桨加工机器人及加工方法
技术领域
本发明属于机械加工设备技术领域，涉及是加工大型螺旋桨的机器人，具体是采用插铣方式加工大型船用螺旋桨桨叶的机器人及其加工方法。
背景技术
船用螺旋桨作为船舶动力的核心部件，其加工质量和制造水平直接影响着船舶的动力性能和稳定性能。大型船用螺旋桨属于大型薄壁件，一般使用专用机床进行加工，机床加工的技术相对成熟、刚度强，但是数控机床造价高、加工柔性差、可重构配置性差，所以生产成本高，因此如何提高提高机器人加工过程中的刚度和加工效率是亟需解决的问题。
中国专利申请号为201710770005.6、名称为“卧式螺旋桨五轴联动数控加工机床及加工方法”提供的方案，极大缩小机床的空间布局，在零件一次装夹下完成螺旋桨的正反两面加工，提高加工效率。但是，其加工效率的提高表现在布局和加工设备上，不需二次装夹，但是相比于机器人机床，其存在加工成本高、灵活性以及加工柔性较差的缺点，而且并未从加工方式上来提高加工效率。中国专利申请号为201910966681.X、名称为“一种螺旋桨加工专用机床及其加工叶根与桨毂的方法”公开的方案，是通过螺旋桨竖直布局，在地坑两侧对称安置加工装置，对螺旋桨同时进行加工，提高了生产效率，解决了现有叶根与桨毂加工方式的安全效率等问题，但是，相比于机器人机床，其存在加工成本高，灵活性以及加工柔性较差的缺点，而且并未从加工工艺或方式上来提高加工效率。以上两种方案中的共同点都是用数控机床对螺旋桨进行加工，通过改变结构或者是增加加工装置的方法来提高加工效率，成本过高、难以实现。中国专利申请号为202011399262.1、名称为“一种船用螺旋桨加工机器人及其加工方法”公开的方案是针对大型船用螺旋桨叶片加工铣磨一体化设计了一款螺旋桨加工机器人，提高了生产效率和降低了制造成本，也提高了加工设备的灵活性，但是，该方案和布局只能使用端面铣的方式加工螺旋桨，而且自由度高，刚度不足，加工效率偏低。所以，目前机器人铣削加工船用螺旋桨存在以下问题：
1)机器人刚度低于数控机床，而且螺旋桨属于薄壁件极易发生变形，所以如何提高机器人加工时的刚度是重点研究的问题。
2)由于机器人的弱刚度，用端面铣的方式容易发生颤振，所以切削参数相对较低，加工效率也就相对低下。
3)由于机器人加工悬臂长，底座有一定高度，加工时容易产生一定的扭矩，影响机器人加工的稳定性和精度。
发明内容
本发明的目的在于解决现有机器人铣削螺旋桨的刚度低、加工精度低和加工效率低等问题，提供一种基于插铣的大型螺旋桨加工机器人及其加工方法，采用圆台支撑结构和两对加固导轨，从提高机器人加工时的刚度，减小加工时机器人和螺旋桨的变形，提高加工精度和稳定性；加工时可以较大地提高切削参数，提高铣削过程的加工效率；并且基于插铣的方式，根据大型螺旋桨的结构特点提出了一种区域划分和路径规划的方式，保证加工精度和加工效率。
为了实现上述目的，本发明所述的一种基于插铣的船用螺旋桨加工机器人通过以下的技术方案予以实现：包括能左右水平移动的Y轴移动机构连接于Y轴移动机构上方的能前后水平移动的X轴移动机构以及连接X轴移动机构上方的机器人主体，所述的机器人主体具有回转台支撑座、回转台、机械臂、机身和液压升降装置，回转台支撑座的底面设置有两个前后水平的且连接于X轴移动机构的第一加固导轨，回转台支撑座的上表面中心处固定连接能旋转360度的上下竖直的回转台，回转台上端固定连接机身下端，机身上端以转动副连接机械臂，机械臂在初始状态沿前后水平，机身后端设置液压升降装置，液压升降装置能带动机械臂的前端上下摆动；所述的机械臂的前端设有呈等腰三角形布置的副铣刀、第一主铣刀、第二主铣刀这三把铣刀，等腰三角形的中心为机械臂中心，第一主铣刀在第二主铣刀的正上方，副铣刀与两个主铣刀之间的距离相等。
本发明所述的一种基于插铣的船用螺旋桨加工机器人的加工方法通过以下的技术方案予以实现：包括以下步骤：
步骤1：从待加工螺旋桨叶的叶根到叶梢，从上下垂直的加工起始段AB为矩形的起始垂直边，规划出连续的矩形为加工路径，直加工终止段GH，形成从AB段到GH段的连续的矩形加工区域；
步骤2：根据变形程度将所述的矩形加工区域划分为高、中、低三个变形区域，变形程度在范围的区域为低变形区域，在叶根处，变形程度在/>范围的区域为中变形区域，在桨叶中间处，变形程度在/>范围的区域为高变形区域，在叶梢处；u是理想变形量，a是变形偏移量；
步骤3：确定出机械臂水平位置时，中变形区域的实际变形量在(u-a,u+a)范围内时切削力F1；
步骤4：液压升降装置工作，驱动机械臂水平，第一主铣刀正对着加工的起点A，X轴移动机构驱动机器人主体1向前，以切削力进给，直到切削到待加工深度为止，驱动机器人主体向后，k为经验系数；
步骤5：液压升降装置工作，驱动机械臂向下转动，使三把铣刀向下位移r，r为铣刀半径，到达下一个待加工位置；
步骤6：重复步骤4-5，直至机械臂向下转动到最大摆动角θ后，第一主铣刀以切削力加工B点位置；
步骤7：X轴移动机构工作，带动机器人主体1向后水平移动，Y轴移动机构2带动X轴移动机构3和机器人主体1向叶梢方向水平2r；
步骤8，重复步骤4-6，所不同的是机械臂向上转动到水平位置；
步骤9：重复步骤4-7，当加工矩形的上边时，采用的切削力都为F1，加工矩形的下边时，采用的切削力都为F2’，完成整个低变形区域加工；
步骤10：采用与低变形区域雷同的加工方法完成中变形区域和高变形区域的加工，所不同的是：加工中变形区域时，加工矩形的上边时，采用的切削力为F1，加工矩形的下边时，采用的切削力为F1‘＝0.8F1；加工高变形区域时，加工矩形的上边采用的切削力加工矩形的最下边采用的切削力/>
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明加工机器人采用三铣刀插铣加工大型船用螺旋桨，两把主铣刀和一把副铣刀的加工方法适用于粗加工且曲率小的大型船用螺旋桨，铣刀采用三角形结构布局，相比于圆形或者四边形结构有两个优点：一是采用尽可能少的铣刀来实现尽可能大的切削效率；二是两把主铣刀之间存在空隙，副铣刀正好可以辅助加工两主铣刀之间加工较差的区域。这种结构可以通过增大切削区域、减少插铣次数来大幅提高切削效率。
2、本发明加工方法是基于机器人结构和插铣的加工方式以及螺旋桨的变形量提出的一种区域划分和路径规划的方式，切削参数随着加工区域和路径的改变线性变化，同时保证了加工精度和加工效率。
3、本发明通过X轴移动机构进给来实现插铣加工，刚度最好的方向是沿着机械臂的方向。铣削加工时，主切削力的方向与装置本身刚度最好的方向一致，显著增强了机器人的加工刚度；而且本发明是采用PPRR关节形式的四自由度机器人，在保证加工范围的情况下采用尽可能少的自由度，有效提升了机器人的刚度。所以本发明很大程度提高了加工机器人的刚度，减小其变形，保证加工的稳定性。传统的机器人加工一般是采用端面铣的方式，对工件进行铣削加工，如果切削参数过大，容易引发颤振导致加工精度低，所以加工效率较低。但是本发明采用的插铣的主切削力远大于其他两个方向的切削力，不易发生颤振，所以将插铣与机器人相结合可以增大切削参数，显著提高加工效率。
4、由于机器人的主切削力沿着机械臂方向，机身有一定高度，由此会产生一个比较大的扭矩，会影响机器人加工时的精度和稳定性，严重时会导致机器人发生侧翻，所以本发明针对机器人结构采用一个圆台支撑结构和两对加固导轨和加固导轨槽，使得机器人各部分连接更紧密可靠，大幅提高机器人加工的精度和稳定性。
5、本发明采用多点支撑，减少加工过程中螺旋桨的颤振，进一步改善工件的表面质量，提高了机器人加工系统的柔性化。结构简单，可重构配置性与制造柔性好，成本更低。
附图说明
图1为本发明所述的一种基于插铣的船用螺旋桨加工机器人的轴测图；
图2为图1中机器人本体的放大的轴测图；
图3为图1中X轴移动机构的放大的轴测图；
图4为图1中多点支撑减振装置的放大的轴测图；
图5为图2中圆台支撑结构的放大的轴测图；
图6为图2中三把铣刀的放大的右侧投影视图；
图7为本发明加工方法中的区域划分和路径规划示意图。
图中：1.机器人主体；1.1.副铣刀；1.2.第一主铣刀，1.3.第二主铣刀；1.4.机械臂；1.5.机身；1.6.回转台；1.7.升降液压杆；1.8.连接支架；1.9.升降液压缸；1.10.圆台支撑结构导轨槽；1.11.回转台支撑座；1.12.第一加固导轨；
2.Y轴移动机构；3.X轴移动机构；3.1.支撑座；3.2.机构导轨；3.3.滑块；3.4.丝杠；3.5.螺母座；3.6.螺母；3.7.电机座；3.8.第一驱动电机；3.9.X轴基座；3.10.加固机构导轨槽；3.11.第二加固导轨；
4.地面；5.多点支撑减振装置，5.1.橡胶套，5.2.支撑杆；6.螺旋桨叶；7.第二驱动电机；8.螺旋桨回转轴；9.圆台支撑结构，9.1.顶面导轨，9.2.圆台主体，9.3.圆台底面。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明所述的一种基于插铣的船用螺旋桨加工机器人，其用于对大型船用螺旋桨的桨叶进行插铣加工，包括固定安装在地面4上的Y轴移动机构2、安装在Y轴移动机构2上方的X轴移动机构3、安装在X轴移动机构上的机器人主体1以及固定在地面4上的多点支撑减振装置5。
所述Y轴移动机构2的Y方向为左右水平方向，用于驱动X轴移动机构3，使安装在X轴移动机构3上的机器人主体1沿左右水平方向直线移动。X轴移动机构3的X方向为前后水平，用于驱动机器人主体1沿前后水平方向直线移动。在Y轴移动机构2的前侧地面4上挖有一条立方体形状的地坑，用于上下竖直放置待加工的大型船用螺旋桨，该待加工的螺旋桨包括螺旋桨叶6、第二驱动电机7和螺旋桨回转轴8，螺旋桨回转轴8在X方向前后水平布置，横跨立方体地坑，螺旋桨叶6固定在螺旋桨回转轴8上，机器人主体1在螺旋桨叶6的正面，第二驱动电机7固定在地面4上，在Y轴移动机构2的前侧，也是位于螺旋桨叶6的背面一侧，第二驱动电机7同轴心地固定连接螺旋桨回转轴8，带动螺旋桨回转轴8旋转，从而带动待加工的螺旋桨叶6转动。多点支撑减振装置5固定安装在地坑前侧，在机器人主体1的对面，用于加工时支撑于螺旋桨叶6的背面，来保证加工精度。
如1、图2和图5所示，所述的机器人主体1包括三个铣刀，分别是副铣刀1.1、第一主铣刀1.2和第二主铣刀1.3，还包括机械臂1.4、机身1.5、回转台1.6、升降液压杆1.7、连接机构1.8、升降液压缸1.9、圆台支撑结构导轨槽1.10、回转台支撑座1.11以及第一加固导轨1.12。
回转台支撑座1.11为薄形立方体板，水平布置，回转台支撑座1.11的底面设置两个前后水平的第一加固导轨1.12，通过该第一加固导轨1.12移动式地连接其下方的X轴移动机构3，由X轴移动机构3通过带动第一加固导轨1.12、回转台支撑座1.11从而带动整个机器人主体1沿前后方向水平移动。
回转台支撑座1.11的上表面中心处固定连接回转台1.6，回转台1.6上下竖直，回转台1.6能沿其自身的中心360度地旋转，也即沿Z轴方向旋转360度，以调整加工位姿，防止加工叶根面时可能发生的重叠干涉区域。
回转台1.6的上端固定连接于机身1.5下端，机身1.5的下段是圆柱形，机身1.5下段的外表面设有一圈圆台支撑结构导轨槽1.10，机身1.5下段外部同轴心地套有圆台支撑结构9。参见如图5，圆台支撑结构9为圆台空心结构，主体结构是空心的圆台主体9.2，其顶端的内边缘处设置一圈顶面导轨9.1，顶面导轨9.1和机身1.5上的圆台支撑结构导轨槽1.10可转动地配合连接，使机身1.5以及整个机器人主体1能沿顶面导轨9.1转动。圆台支撑结构9的底部是圆台底面9.3，与机器人主体1处的回转台支撑座1.11通过螺母固定连接。当机身1.5随着回转台1.6转动时，沿着圆台支撑结构9旋转，圆台支撑结构9同时有支撑的作用，用于克服机器人插铣加工过程中产生的扭矩的影响，提高加工时的稳定性。
机身1.5的上端以转动副活动连接机械臂1.4，机械臂1.4主体为空心圆柱状，机械臂1.4在初始状态是前后水平，机械臂1.4能沿机身1.5绕Y轴摆转。机械臂1.4的前端安装三把铣刀，分别是副铣刀1.1、第一主铣刀1.2、第二主铣刀1.3，并且三把铣刀的轴向平行于机械臂1.4的轴向。在机械臂1.4的后端上安装了液压升降装置，用于带动机械臂1.4实现上下摆动，即绕Y轴摆转。液压升降装置包括升降液压杆1.7、连接机构1.8和升降液压缸1.9，升降液压缸1.9的缸体固定在机身1.5上端，其输出端与升降液压杆1.7相连，升降液压杆1.7上下垂直布置，即Z轴方向布置，升降液压杆1.7通过连接机构1.8连接机械臂1.4的后端。当升降液压缸1.9工作，通过升降液压杆1.7和连接机构1.8带动机械臂1.4摆动。
如图3所示，X轴移动机构3包括支撑座3.1、机构导轨3.2、滑块3.3、丝杠3.4、螺母座3.5、螺母3.6、电机座3.7、第一驱动电机3.8、X轴基座3.9、加固机构导轨槽3.10、第二加固导轨3.11。其中，X轴基座3.9前后水平布置，其后端上通过电机座3.7固定安装第一驱动电机3.8，第一驱动电机3.8的输出轴同轴心固定连接丝杠3.4的后端，X轴基座3.9前端固定安装有支撑座3.1，丝杠3.4的前端通过轴承连接于支撑座3.1中。丝杠3.4的中间连接套有螺母3.6，丝杠3.4和螺母3.6相配合。螺母3.6的上表面固定连接水平的螺母座3.5，机器人主体1的底部固定连接螺母座3.5上，即回转台支撑座1.11固定连接在螺母座3.5上。当第一驱动电机3.8工作时，带动丝杠3.4旋转，带动螺母3.6和螺母座3.5沿丝杠3.4前后移动，从而带动机器人主体1前后来回移动。
在丝杠3.4的左右两侧各布置一个机构导轨3.2和一个加固机构导轨槽3.10，两个机构导轨3.2和加固机构导轨槽3.10都固定在X轴基座3.9上，并且分别相对丝杠3.4左右对称，都与丝杠3.4相平行。每个机构导轨3.2上滑动安装有两个用于承载回转台支撑座1.11的X轴滑块3.3，四个滑块3.3与回转台支撑座1.11固定连接，用于加强连接，保证加工时的稳定性。两个加固机构导轨槽3.10和图2中的第一加固导轨1.12相配合，第一加固导轨1.12能沿加固机构导轨槽3.1移动。
在X轴基座3.9的下表面设置一对第二加固导轨3.11，第二加固导轨3.11沿Y方向布置，即左右布置，用于连接其下方的Y轴移动机构2，与Y轴移动机构2中的导轨槽相配合，使X轴移动机构3能在Y轴移动机构2上方左右移动。
Y轴移动机构2的结构和工作机理与X轴移动机构3雷同，不再赘述。
如图4所示，多点支撑减振装置5是前后水平布置的杆状，在机械臂1.4的对面正前方，其主体是支撑杆5.2、支撑杆5.2后端套有橡胶套5.1，支撑杆5.2前端通过螺纹孔与支撑板连接，支撑板固定在地面4上，通过旋转支撑杆5.2实现上端橡胶5.1的移动，使橡胶套5.1接触在螺旋桨叶6背面，与螺旋桨叶6的曲面相契合。
如图6所示，副铣刀1.1、第一主铣刀1.2和第二主铣刀1.3的铣刀直径相同，均为r。三把铣刀的中心在垂直面(即YZ面)上的投影为等腰三角形，等腰三角形的中心O就是机械臂1.4的中心O，第一主铣刀1.2在第二主铣刀1.3的正上方，也就是第一主铣刀1.2和第二主铣刀1.3的铣刀中心的连线上下垂直，沿Z轴方向。三把铣刀布置在等腰三角形的三个顶点处，副铣刀1.1与两个主铣刀之间的距离相等，其距离为等腰三角形的两个腰长。第一主铣刀1.2和第二主铣刀1.3之间的距离为4r，是等腰三角形的底边。等腰三角形的高也为4r，即副铣刀1.1中心与第一主铣刀1.2和第二主铣刀1.3之间中心点的连线为4r。三把铣刀采用三角形结构布局，相比于圆形或者四边形结构有两个优点：一是采用尽可能少的铣刀来实现尽可能大的切削效率，二是两把主铣刀之间存在空隙，副铣刀1.1正好可以辅助加工两主铣刀之间加工较差的区域。
如图1-6所示，本发明所述的一种基于插铣的船用螺旋桨加工机器人工作时，具体按以下步骤实施：
第一步，如图7所示，规划加工路径规划和划分加工区域：区域划分基于机器人加工系统的静动态特性、路径规划基于机器人加工系统的插铣过程。根据加工效率、金属去除率和精度要求等要求划分加工矩形区域，初始位置和终止位置，其中因为螺旋桨叶片为不规则扇形，所以从叶根到叶梢的加工总长度取决于螺旋桨加工区域在桨叶的位置。初始位置在叶根处，变形量较小，所以用较大切削力可以使得加工效率最优。终止位置在叶梢处，变形量较大，所以用较小的切削力可以保证加工效果。因为大型螺旋桨为复杂曲面薄壁件结构零件，用同一切削参数加工时叶根和叶梢的变形差距很大，所以划分加工区域。
对于同一种型号的螺旋桨，以Y轴移动机构2将机器人主体1移动到最右侧并且机械臂1.4水平时的位置为准，即最靠近螺旋桨叶6的叶根部处，第一主铣刀1.2正对着的螺旋桨叶6处的位置为加工起始点A，此时机器人主体1向前移动进给，所能加工到的叶面上的点就是加工起始点A，此时，机器人在同一位置，机械臂1.4向下摆动到最大角θ后，第一主铣刀1.2正对着向前进给，加工到的叶面上的点为B，B点在A点的正下方，即最下方点，AB段为加工起始段。同理，Y轴移动机构2将机器人主体1移动到最左侧并且机械臂1.4水平时，第一主铣刀1.2正对着的位置是螺旋桨叶6的叶梢处的H点，此时，机器人向前进给，加工到的叶面上的点就是H点，H点为加工终止点，机器人主体1在同一位置，机械臂1.4向下摆动最大角θ后，再向前进给加工，第二主铣刀1.3对应的加工到的叶面上的点为G，GH段为加工终止段。如此，规划出的加工路径是：以AB连接线为矩形的起始垂直边，从叶根向叶梢处，依次地沿着连续的矩形加工，即图7中的AB、BI、IJ、JK……直至最后一条垂直边为GH段，形成了从AB段到GH段的连续的矩形加工区域。
根据加工要求确定一个理想切削力F、理想变形量u和变形偏移量a，则u-a和u+a分别为加工时满足金属去除率叶片所能变形的最小值和最大值。如图7，根据变形程度将从AB段到GH段的连续的矩形加工区域划分为低变形区域、中变形区域和高变形区域这三个加工区域：变形程度在范围的区域为低变形区域，从AB段到DC段的区域，在叶根处。变形程度在/>范围的区域为中变形区域，从DC段到EF段的区域，在桨叶中间处，变形程度在/>范围的区域为高变形区域，从EF段到GH段的区域，在叶梢处。
根据这三个加工区域，基于虚拟样机并用动力学和有限元分析的方式，在机械臂1.4水平位置，计算出螺旋桨叶6在切削力F作用下中变形区域的实际变形量，若实际变形量不在(u-a,u+a)范围内，则根据实际变形量线性调整切削力的大小，直到桨叶各部分变形量在此区域内，对应的切削力为F1；若变形量在(u-a,u+a)范围内，则F1＝F。
由于机械臂1.4水平时，插铣时加工刚度最优，所以机械臂1.4向下摆动时，刚度是衰减的木。在不影响变形量的情况下，根据切削效率要求，机械臂1.4水平插铣时，在中变形区域的切削力为F1，当摆到最大摆动角θ时，插铣时对应的切削力F1’应满足F1‘＝0.8F1。因此，在中变形区域中，从C点到E点的区域，即矩形最上边的切削力为F1，从D点到F点的区域，矩形最下边的切削力F1‘＝0.8F1。在低变形区域，从A点到C点区域的切削力，即矩形最上边的切削力F2应满足k为经验系数，那么，其正下方的矩形最下边的切削力，从B点到D点区域的切削力F2’应满足：/>在高变形区域，矩形最上边的切削力，从E点到H点的区域的切削力F3满足：/>最下边从F点到G点的区域的切削力F3’满足：/>
在图7中，机械臂1.4在A、C、E、H点处的加工位姿为机械臂1.4水平加工，机械臂1.4在B、D、F、H、G点处的加工位姿为机械臂1.4向下转动θ角度加工。其中机械臂1.4沿矩形垂直线段向上或向下加工时，切削力是随着切削区域而呈线性变化的。以AB段这一区域为例，机械臂1.4插铣A处的切削力为F2，当插铣B处时，其切削力为F2’，且F2>F2’，随着从A处到B处的加工，切削力在F2和F2’之间以一次函数的形式发生线性变化。
第二步，在规划好加工路径规划、划分好加工区域，以及确定切削力之后，再根据待加工的螺旋桨叶6的规格选择多点支撑减振装置5的数量，通过吊装方式将螺旋桨叶6吊到螺旋桨回转轴8上，控制第二驱动电机7带动螺旋桨叶6转动到加工位置进行定位、夹紧固定，防止加工过程中螺旋桨叶6发生窜动。然后，调整多点支撑减振装置5的位置，使多点支撑减振装置5中的橡胶套5.1与螺旋桨叶6的曲面紧密贴合，从而起到最好的支撑效果。
第三步，升降液压缸1.9工作，使机器人主体1以及机械臂1.4转到初始加工位置，即机械臂1.4水平且机器人主体1位于最靠近螺旋桨叶6的桨叶根部处，图1中在Y轴移动机构最右侧，此时，第一主铣刀1.2正对着加工的起点位置A，如图7所示。
第四步，第一驱动电机3.8工作，驱动机器人主体1向前(如图1中的X方向)，以切削力进给，直到切削到指定的待加工深度停止工作。然后，驱动机器人主体1向后运动，完成轴向抬刀过程，铣刀退出加工范围后停止工作。
第五步，升降液压缸1.9工作，驱动机械臂1.4向下转动，使三把铣刀向下位移r，r为铣刀半径，到达下一个待加工位置，完成第一次移刀，完成机器人的一次插铣加工。
第六步，重复第四步骤和第五步的插铣加工，直至机械臂1.4向下转动到最大摆动角θ后，此时，第一主铣刀1.2以切削力加工B点位置。
第七步，B点位置加工结束之后，X轴移动机构3工作，带动机器人主体1向后水平移动(如图1中的X轴方向，退出加工区域后停止工作。然后，Y轴移动机构2中的驱动电机带动X轴移动机构3以及机器人主体1向左水平移动(如图1中的Y轴方向)，也就是向叶梢方向水平移动，移动距离为2r，即到达I点的位置。
第八步，重复第四步骤到第六步的插铣加工，所不同的是升降液压缸1.9驱动机械臂1.4向上转动，直至第一主铣刀1.2以F2的切削力加工完J点位置。
第九步，重复第四步骤到第七步，完成J点到K点区域的加工，切削力为F2。如此循环，直至从AB段到DC段的整个低变形区域加工完毕。
第十步，从DC段到EF段的中变形区域，以及从EF段到GH段的高变形区域的加工方法与低变形区域的加工雷同，所不同的是采用的切削力的不同：加工中变形区域时，加工矩形的上边时，采用的切削力为F1，加工矩形的下边时，采用的切削力为F1‘＝0.8F1。加工高变形区域时，加工矩形最上边采用的切削力加工矩形的最下边采用的切削力
第十一步，在完成螺旋桨叶6的三个加工区域的加工后，X轴移动机构3、Y轴移动机构2和机械臂1.4复位，回到初始位姿。

Claims (7)

1.一种基于插铣的船用螺旋桨加工方法，采用螺旋桨加工机器人，该螺旋桨加工机器人包括能左右水平移动的Y轴移动机构(2)、连接于Y轴移动机构上方的能前后水平移动的X轴移动机构(3)以及连接X轴移动机构(3)上方的机器人主体(1)，所述的机器人主体(1)具有回转台支撑座(1.11)、回转台(1.6)、机械臂(1.4)、机身(1.5)和液压升降装置，回转台支撑座(1.11)的底面设置有两个前后水平的且连接于X轴移动机构(3)的第一加固导轨(1.12)，回转台支撑座(1.11)的上表面中心处固定连接能旋转360度的上下竖直的回转台(1.6)，回转台(1.6)上端固定连接机身(1.5)下端，机身(1.5)上端以转动副连接机械臂(1.4)，机械臂(1.4)在初始状态沿前后水平，机身(1.5)后端设置液压升降装置，液压升降装置能带动机械臂(1.4)的前端上下摆动；所述的机械臂(1.4)的前端设有呈等腰三角形布置的副铣刀(1.1)、第一主铣刀(1.2)、第二主铣刀(1.3)这三把铣刀，等腰三角形的中心为机械臂(1.4)中心，第一主铣刀(1.2)在第二主铣刀(1.3)的正上方，副铣刀(1.1)与两个主铣刀之间的距离相等，其特征是包括以下步骤：
步骤1：从待加工螺旋桨叶的叶根到叶梢，从上下垂直的加工起始段AB为矩形的起始垂直边，规划出连续的矩形为加工路径，直加工终止段GH，形成从AB段到GH段的连续的矩形加工区域；
步骤2：根据变形程度将所述的矩形加工区域划分为高、中、低三个变形区域，变形程度在范围的区域为低变形区域，在叶根处，变形程度在/>范围的区域为中变形区域，在桨叶中间处，变形程度在/>范围的区域为高变形区域，在叶梢处；u是理想变形量，a是变形偏移量；
步骤3：确定出机械臂(1.4)水平位置时，中变形区域的实际变形量在(u-a,u+a)范围内时切削力F1；
步骤4：液压升降装置工作，驱动机械臂(1.4)水平，第一主铣刀(1.2)正对着加工的起点A，X轴移动机构(3)驱动机器人主体(1)向前，以切削力进给，直到切削到待加工深度为止，驱动机器人主体(1)向后，k为经验系数；
步骤5：液压升降装置工作，驱动机械臂(1.4)向下转动，使三把铣刀向下位移r，r为铣刀半径，到达下一个待加工位置；
步骤6：重复步骤4-5，直至机械臂(1.4)向下转动到最大摆动角θ后，第一主铣刀(1.2)以切削力加工B点位置；
步骤7：X轴移动机构(3)工作，带动机器人主体(1)向后水平移动，Y轴移动机构(2)带动X轴移动机构(3)和机器人主体1向叶梢方向水平2r；
步骤8，重复步骤4-6，所不同的是机械臂(1.4)向上转动到水平位置；
步骤9：重复步骤4-7，当加工矩形的上边时，采用的切削力都为F1，加工矩形的下边时，采用的切削力都为F2’，完成整个低变形区域加工；
步骤10：采用与低变形区域雷同的加工方法完成中变形区域和高变形区域的加工，所不同的是：加工中变形区域时，加工矩形的上边时，采用的切削力为F1，加工矩形的下边时，采用的切削力为F1‘＝0.8F1；加工高变形区域时，加工矩形的上边采用的切削力加工矩形的最下边采用的切削力/>
2.根据权利要求1所述的基于插铣的船用螺旋桨加工方法，其特征是：机械臂(1.4)沿矩形垂直线段向上或向下加工时，切削力的大小随着区域呈线性变化。
3.根据权利要求1所述的基于插铣的船用螺旋桨加工方法，其特征是：步骤3中，采用虚拟样机，在机械臂(1.4)水平位置，计算出螺旋桨叶在切削力F作用下中变形区域的实际变形量，若实际变形量不在(u-a,u+a)范围内，则根据实际变形量线性调整切削力的大小，直到变形量在(u-a,u+a)范围内，得到调整后的切削力F1。
4.根据权利要求1所述的基于插铣的船用螺旋桨加工方法，其特征是：步骤1中，Y轴移动机构(2)将机器人主体(1)移动到最靠近螺旋桨叶的叶根部处且机械臂(1.4)水平时，第一主铣刀(1.2)正对着的螺旋桨叶处的位置为加工起始点A，机械臂(1.4)再向下摆动到最大角θ后，第一主铣刀(1.2)向前进给加工到的叶面上的点为B点，则AB段为加工起始段；Y轴移动机构(2)将机器人主体(1)移动到最靠近叶梢处且机械臂(1.4)水平时，第一主铣刀(1.2)正对着的螺旋桨叶处的位置为H点，机械臂(1.4)再向下摆动最大角θ后，第一主铣刀(1.2)向前进给加工到的叶面上的点为G点，则GH段为加工终止段。
5.根据权利要求1所述的基于插铣的船用螺旋桨加工方法，其特征是：所述的三把铣刀的直径相同，均为r，第一主铣刀(1.2)和第二主铣刀(1.3)之间的距离为4r，是等腰三角形的底边，等腰三角形的高为4r。
6.根据权利要求1所述的基于插铣的船用螺旋桨加工方法，其特征是：机身(1.5)下段的外表面设有一圈圆台支撑结构导轨槽(1.10)，机身(1.5)下段外部同轴心地套有圆台支撑结构(9)，圆台支撑结构(9)的顶端的内边缘处设置一圈顶面导轨(9.1)，顶面导轨(9.1)和所述的圆台支撑结构导轨槽(1.10)相转动配合。
7.根据权利要求1所述的基于插铣的船用螺旋桨加工方法，其特征是：机械臂(1.4)的对面正前方设有多点支撑减振装置(5)，多点支撑减振装置(5)的后端是套有橡胶套(5.1)，接触在待加工螺旋桨叶的背面。
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