[发明专利]一种基于流函数的螺旋桨桨叶的数控加工方法

说明书

本发明公开了一种基于流函数的螺旋桨桨叶的数控加工方法，其针对螺旋桨的工作表面特点和工作要求，通过分析工作表面流体的流动方向和流场分布，以流函数的分析为基础，规划和计算刀具路径，并把机械加工表面完整性的因素引入到数值模拟中，加工出具有更加符合工作情况、表面质量更高的螺旋桨。

技术领域

本发明属于五轴数控加工技术领域，具体涉及一种对螺旋桨桨叶的数控加工方法。

背景技术

螺旋桨是大型轮船潜艇等重型动力机械的核心部件，其性能的好坏直接影响甚至是决定着整机的性能。随着科技的发展，航空、航天、船舶等领域对螺旋桨的性能要求越来越高。

传统的大型螺旋桨加工分为砂型毛坯铸造、砂轮打磨、样板检查，在其加工过程中有部分工序是人工完成，这种加工方法周期长、制造成本高，不能保证螺旋桨的精度，同时耗费的人工劳动量大，工作环境恶劣，检验过程繁琐笨重，存在严重的材料浪费。随着数控机床和计算机技术的发展，螺旋桨的加工目前大多采用数控机床来完成，后抛光以保证工作面精度。由于盘面较大的螺旋桨桨叶之间存在重压，需要通过五轴数控加工来完成。随着螺旋桨加工技术的进步，制造自动化程度提高，产品精度得到了有效提高，生产效率和工人工作条件也得到很大改善。国外将数控技术应用到核潜艇螺旋桨的制造中取得良好的效果，很大程度上降低了核潜艇水下航行时的振动和噪声，改善了水下隐蔽性。

螺旋桨的工作表面是复杂的空间自由曲面，其设计和制造都有很高的技术难度。研究者对机械加工表面的微观几何形貌以及宏观表面完整性对零件的工作性能(耐磨性、耐腐蚀性以及疲劳强度等)的影响在摩擦学领域已经进行了深入探讨，目前却很少有从流体力学设计理论和设计方法上进行研究。同时，国外科技发达的国家一直致力于螺旋桨等复杂曲面零件的五轴数控加工技术研究，并将研究成果应用于大型螺旋桨的生产制造中，有效地减少了产品的加工时间和刀具磨损，改善了叶片的工作表面质量，从而大大降低了潜艇水下航行时的振动和噪声，改善了水下隐蔽性，同时提高了生产效率。

到目前为止，国内外的螺旋桨叶片加工方面的研究主要集中在提高加工精度以提高螺旋桨加工质量，缺乏结合螺旋桨工作情况和流体机械特性的分析，没有将其制造加工过程同设计环节和具体工作环节结合。由于以上所述的技术缺陷和研究的不足，现目前螺旋桨的加工不能最大程度的发挥机床的能力，使螺旋桨不能满足更高的工作性能要求，尤其是军用舰艇对噪声和隐蔽性的要求。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的缺陷和改进需求，提出一种基于流函数的螺旋桨桨叶的数控加工方法，其针对螺旋桨的工作表面特点和工作要求，通过分析工作表面流体的流动方向和流场分布，以流函数的分析为基础，规划和计算刀具路径，并把机械加工表面完整性的因素引入到数值模拟中，从而加工出具有更加符合工作情况、表面质量更高的螺旋桨。

为实现上述目的，本发明所述的基于流函数的螺旋桨桨叶的数控加工方法，具体包括以下多个步骤：

(1)利用建模软件构建螺旋桨桨叶模型；

(2)利用CFD软件对所述的螺旋桨桨叶模型进行数值模拟，生成螺旋桨桨叶表面流线，分析螺旋桨桨叶流场；

(3)对生成的螺旋桨桨叶表面流线进行适应数控加工特性的点位修正，完成沿流体流动方向的刀具路径规划；

(4)根据生成的刀具路径规划，进行面向零件轮廓的仿真试验，判断被加工零件在加工中是否存在干涉或过切，若存在，则转步骤(3)，若不存在，则转步骤(5)；

(5)根据刀具路径规划，生成刀位源文件，进行后置处理，然后将刀位源文件转化为机床支持的程序代码；

(6)对生成的程序代码，进行面向数控加工的仿真试验，判断被加工零件在加工中是否存在碰撞或干涉，若存在，则转步骤(5)，若不存在，则转步骤(7)；

(7)利用生成的程序代码，进行螺旋桨加工。