1 引言
目前，五轴联动数控加工技术的应用面临着很多困难，五轴联动本身编程抽象、烦琐，操作也比较复杂，要实现通用的多坐标编程难度较大。因此，需要专业人员进行大量实践，积累加工工艺经验。本研究应用UGNX8五轴编程系统完成螺旋推进器叶片的CAD建模、CAM编程、五轴联动数控加工工艺设计、最终实现五轴联动加工，并对复杂产品的造型和数控加工工艺进行探讨。
2 螺旋推进器叶片加工工艺分析
舰艇用的螺旋推进器叶片，用三轴数控机床加工，在加工过程中由于其刀具相对于工件的位姿角不能变，加工螺旋推进器叶片时，就会产生干涉。采用五轴联动的数控机床加工，由于螺旋推进器叶片和刀具的位姿角随时可调，既可以避免三轴机床加工各种曲面时球头铣刀以点接触成形，且可能出现切削点落在球头刀顶上，线速度趋于零，切削效率低的情况，又可以利用刀具的最佳切削点来进行切削，获得所需的较好加工质量。
三轴联动曲面加工与五轴联动曲面加工刀具形态示意图(见图2)。螺旋推进器叶片的加工过程螺旋推进器叶片的加工任务比较复杂，其复杂性主要体现在加工程序的编制上，因此应当首先明确在利用UG的NX8软件生成加工程序这项工作中我们需要做什么，然后再一步步地实施。
3.1 构建螺旋推进器叶片
(1)构建螺旋推进器叶片截面线是根据给定的数据绘出曲线A和曲线B两条自由曲线。
(2)构建螺旋推进器叶片曲面：将曲线A和曲线B构建得到叶片曲面，然后用“缝合”命令构建2mm厚的叶片；根据图纸给定的尺寸，单击“曲线”工具条的“圆弧或圆”命令，得出流道截面线，通过拉伸得出流道面。用倒圆角命令最后在风叶曲面和流道曲面倒圆角R2，构建螺旋推进器叶片曲面。
3.2 螺旋叶片的CAM编程
3.2.1 螺旋推进器叶片加工工艺流程规划
根据螺旋推进器叶片的几何结构特征和使用要求，其数控加工工艺流程为：(1)粗加工流道部分；(2)半精加工流道部分；(3)叶片精加工；(4)精加工流道部分；(5)对倒圆角部分进行清根加工。
3.2.2 螺旋推进器叶片的加工流程
(1)螺旋推进器叶片流道粗加工选择加工类型“mill—contour”对话框，双击“CAVITY．MILL”型。选用直径为16mm的平底刀加工，切削方式采用“轮廓切削”，步距为1.5mm，侧面与底面留余量0.3mm。
(2)螺旋推进器叶片流道曲面半精加工选择“多轴铣削加工”类型，双击“变轴铣”，双击“曲面区域”，刀轴选择“垂直与驱动”，选用半径为R3的球刀加工，增量值为0.2mm，部件留余量为0.1mm。
(3)螺旋推进器叶片曲面精加工同样双击“多轴铣削加工”类型，双击“变轴铣”加工操作，驱动方法选择“曲面驱动”选择叶片作为驱动曲面。打开“相对于驱动体”，选用半径为R3的球刀五轴联动精加工。
(4)螺旋推进器叶片流道精加工双击“多轴铣削加工”类型，单个流道曲面为“曲面区域”，刀具使用R3球刀。采用“残余波峰高度”步进方式，残余高度为0.005mm，切削步长为70％。
(5)螺旋推进器叶片根部清根加工双击“VC—SURF—REG．ZZ．LEAD．LAG”类型，单个倒角为“曲面区域”，刀轴采用“4轴相对驱动体形式”，步数为20，刀具使用R2球刀。
(6)螺旋推进器叶片加工仿真为了检验螺旋推进器叶片加工程序刀路轨迹的正确性，防止加工中出现过切和干涉现象，用UG的NX8进行校验仿真。
3.3 螺旋叶片的五轴加工
3.3.1 准备工作
加工前的准备工作包括几个方面：机床设备、刀具工具、工件毛坯和夹具工装的准备工作。首先是准备机床设备并检查机床设备，保证设备正常运转。根据五轴机床几种常见结构及各自的加工特点，笔者选用双转台的DMG50五轴联动加工机床。选定机床之后，检查机床设备各项功能是否正常工作，包括检查主轴、主轴冷却系统、气压、油压以及机床润滑系统、切削液等是否正常。
其次是准备刀具和工具。选用直径为16mm的平底刀粗加工；在精加工时，选用半径为3mm的球头刀加工；再用半径为2ram球刀，叶片根部倒圆角。然后，将加工过程中需要使用的所有工具都准备好，包括百分表、磁力表座、对刀器、各种尺寸的扳手等。
最后根据毛坯的形状和尺寸，确定装夹工件的方法后，依次准备工装夹具。此例中毛坯为圆柱体，装夹方法用专用夹具夹紧。
3.3.2 对刀过程
装夹好工件后，进行对刀。按照双转台机床对刀方法来操作，对刀时使用对刀器，对好各个轴向的加工原点后，把要加工的三把刀具分别装在主轴上，校正每把刀的刀长，并输入刀长补正值。
3.3.3 加工步骤
将粗加工使用的刀具安装在主轴上，调用程序进行粗加工；粗加工完成后，调用程序进行半精加工；完成后，装上精加工使用的刀具，调用程序进行精加工。在加工过程中，程序设定好的主轴转速和进给速度是编程时估计较为理想的速度，但在实际加工时不一定最适合，因此要根据实际加工效果来修正速度。
4 结束语
五轴联动数控机床是解决叶轮、叶片、船用螺旋桨等加工工艺的重要手段，当人们在设计、研制复杂曲面遇到其他设备难以解决的难题时，往往转向于求助五轴数控系统。五轴联动数控机床操作使用水平，从某种意义上说，反映了一个国家的工业发展水平状况。本文研究以五轴联动技术解决螺旋推进器叶片设计及加工工艺，为复杂产品的造型和数控加工提供了参考。
(审核编辑: 智汇张瑜)
