1.2 船用螺旋桨加工国内外研究现状

关于螺旋桨的加工研究主要集中在曲面造型和数控加工仿真，国内外学者进行了大量的研究。Geoffrey[1]早在70年代就研究了用数控机床采用球头刀加工中等尺寸的螺旋桨。他首次提出用计算机辅助计算螺旋桨的表面，螺旋桨各部分曲面和各截面的图形可在图形终端上显示出，而且可以交互修改。Xiuzi Ye[2]提出了结合物理约束主要包括曲面法矢来设计螺旋桨曲面，最终曲面是一个完整的非均匀B样条曲面，该曲面是用最小二乘法拟合给定的数据点及这些点上面的法矢得到的。这种设计螺旋桨桨叶曲面的方法是结合对螺旋桨流体动力学的分析进行的。他这种方法主要是考虑到工程中对几何实体的评价主要是其物理功能的实现，而不是其几何外形。Hsing—Chia[3]结合螺旋桨曲面建模的结果，利用微分几何的相关原理，分析了该曲面的曲率、主方向等几何性质，并在此基础上，把桨叶区域分为椭圆点区域和双曲点区域。在不同区域上，给出了球头刀和端铣刀的刀位计算方法。

哈尔滨工业大学的任秉银[4,5]采用球头刀加工螺旋桨。他把螺旋桨桨叶工作面分为标准螺旋面和流线型曲面两部分，提出对螺旋面部分建立解析方程，导出刀具参数和加工参数的计算表达式。利用微分几何中关于法曲率和主曲率的理论，通过计算曲面上任意点处的主曲率，找出最大主曲率，求出了叶片压力面数控加工用的最大允许球刀半径。

1.3 几何仿真国内外研究现状

几何仿真最早应用在CAD领域中。它通过对实际加工系统中的机床、工件、刀具等因素进行几何建模，根据仿真相似性原理，同时结合铣、车、刨、磨等不同切削加工方式各自的具体特点，通过图形或图像来实现整个加工过程的计算机仿真。几何仿真着重研究分析工件的几何约束和刀具的轨迹规划，没有考虑切削过程中的切削力、温度和振动等物理因素的影响；它的主要功能是通过几何模型来计算刀具的几何运动，从而验证NC程序和加工轨迹的正确性，预防干涉的发生。此外，几何建模的另一个目的是为物理建模提供必要的几何约束条件。随着对生产加工过程的高效率、高精度和高智能化的要求`751~文^论|文*网www.751com.cn，这种单一的几何仿真已经远远不能满足现代生产需要。虚拟制造技术的研究重点正在逐步转向以映射加工过程各种物理量变化的动力学仿真上。

刀具扫掠体建模的关键是求解其包络面。目前常用的方法是数值法,包括Jacobian秩亏损方法、扫掠微分方程方法、隐式建模方法及Minkowski方法,这些方法需要数值求解高阶常微分方程或超越方程,计算量很大。朱利民等[6,7]提出了两种回转刀具切削刃扫描面的解析表达方法：(1)将锥刀、鼓刀和环刀的切削刃回转面表示为单参数可变半径球族的包络面,利用双参数球族包络理论推导出了这3种刀具在一般空间运动下的扫掠体包络面及其单位外法矢的解析表达式；(2)应用包络条件和刚体运动的速度表示方法推导出任意回转刀具在一般空间运动下扫掠包络面特征线的解析表达式,在方法上具有无须引入附加瞬时标架论文网、公式简洁明了的优点。

1.4 铣削力仿真国内外研究现状

1.5 本章小结

本章是绪论部分，首先介绍了该课题研究背景和意义，其次对目前船用螺旋桨加工技术的发展和应用作了简单的介绍，还分析了多轴铣削加工几何仿真国内外的研究现状，最后概况性分析了铣削力仿真国内外的研究现状。

第二章  系统总体设计

2.1 仿真系统的总体分析