图 1-1 大型定距船用螺旋桨

1.2  课题研究的目的与意义

机械装备制造业在国民工业中扮演着举足轻重的角色，而其中的机床工业又是机械装备制造业的核心部分[2]。工业机器人可以很逼真地模仿人类手部关节和臂部关节的一些动作，通过读取事先设定的代码或程序来完成指定的动作，比如物体的抓取、搬运或工具操作等。机器人可以很好地替代人类完成繁重的劳动并大大提高了生产的自动化及机械化程度，所以被广泛地应用在加工制造、冶金、电工电子、轻工业等领域 。

与常规的龙门铣床或加工中心相比，机械手的尺寸相对较小，可以节省很大的空间，而且相对于常规的龙门铣床或加工中心，机械手的造价与维护成本也相对较低。

本文将对工业机器人加装用于装刀的电主轴，来替代多轴数控机床实现对船用螺旋桨的生产加工，从而减少设备的投入成本，减少企业的负担。目前船用螺旋桨的生产加工大部分是使用多轴数控机床来加工，而将工业机器人用于多轴加工的研究很少，用于船用螺旋桨的加工更是少之又少。因此，本文将使用库卡KR 500 L340-3 型工业机器人来对船用螺旋桨的加工，并通过软件仿真验证其加工的可行性和合理性。

1.3  国内外船用螺旋桨加工现状

最近几十年来，随着自动控制、计算机等技术不断发展进步，数控技术被广泛地用于曲面加工中大大改善了传统的落后的生产状况。

由于我国在多坐标数控机床方面的研究起步较晚，以美国为首的资本主义国家在高档数控机床与加工技术方面一直领先我国很大一段距离，且长期以来一直对我国进行技术封锁。在国内，大部分船用螺旋桨生产厂家仍然采用三坐标机床或直接使用手工打磨的方式加工螺旋桨，可以想象其加工效率和加工精度都不尽如人意。近年来，随着我国高新科技产业的快速发展，我国机床制造业也水涨船高，得到了很大发展。目前我国已经基本掌握了多坐标数控加工技术，其中也有许多先进的技术，如针对航空发动机叶片加工的七轴联动数控机床。但国内大多是针对铣削加工的多坐标数控机床，只有少数几家公司和机构在进行砂带磨削的多坐标磨床的的研究工作。

  与国内相比，国外在船用螺旋桨加工技术方面的研究相对较早，因此在这方面的技术比较先进成熟，比较早的如Kuo[3]和Youn[4]等人在利用五轴机床作为船用螺旋桨加工设备方面的研究。相比三轴机床加工螺旋桨，利用五轴机床加工的效率要高10-20倍[5-6]。

1.4 本论文研究的内容

本文以KUKA工业机器人作为原型，利用UG强大的CAM功能完成船用螺旋桨加工的刀轨并且对其进行定制的后处理，以使其能为KUKA机器人所识别，导出数控程序。再将数控程序加载至VERICUT 中进行对船用螺旋桨的仿真加工。其主要过程如图1-2所示。

图1-2   工作流程

本文研究的内容主要有以下几点：

（1） 对KUKA工业机器人的选型

针对加工对象为直径4到5米的大型定距船用螺旋桨，在网上查询资料，计算最大的铣削力，选择合适的KUKA工业机器人，并给机器人选择电主轴以加装刀具。

（2）使用UG完成加工刀轨的生成并对其进行后处理

首先使用UG9.0 软件对船用螺旋桨的毛坯进行建模，接着在 UG CAM中生成船用螺旋桨的加工刀具轨迹，然后在UG后处理构造器中构建KUKA机器人专用的后处理器，最后通过构建的后处理器来生成能让机器人识别的 NC程序。

（3）使用 VERICUT 仿真机器人多轴加工船用螺旋桨