1.1   研究背景和意义

自“响尾蛇号”击败“爱里克号”之后，船用螺旋桨开始取代明轮，成为轮船的关键配件。随着海上运输的兴起，及船舶加工工艺的提高，大型船舶已成为当代海上贸易运输的最重要交通工具，与其相配套的大型螺旋桨的需求也日益旺盛。大型船用螺旋桨在环境恶劣的海上高速运行，其产品性能影响着轮船的工作性能（还受船型及发动机影响）。而螺旋桨性能除了和设计有关外，在很大程度上受到叶面加工质量的影响。此外，螺旋桨叶面的加工质量同时决定着军舰和潜艇的静音及振动性能，因而螺旋桨的质量直接影响着一个国家海上国防力量的生存能力。

  明轮与螺旋桨

因我国一直受高科技禁运封锁，无法获得国外先进的高速高精度多坐标数控加工机床，我国大型船用螺旋桨的加工一直停留在低速切削加工及手工打磨阶段，工人劳动强度高，工作环境恶劣（打磨粉尘污染严重、噪音高），资源浪费严重，从而存在螺旋桨生产周期长、加工质量低、生产成本高等一系列问题，严重制约着我国船舶行业的高速发展。

目前国际金属材料与能源价格上涨，国内劳动力成本上升，我国螺旋桨生产企业的劳动力成本的优势随国家经济的转型难以维系。如何提高加工效率，降低生产成本，增强产品优势，缩短交货时间，提高我国螺旋桨加工企业的综合竞争力一直是业内人士关注的焦点。目前国内很多公司致力于通过改进和创新螺旋桨生产机床，提高加工质量和生产效率。在多年研究的基础上已取得了很大的突破，但在与国外生产企业相比，我们的加工企业仍面临着很大的压力，这势必要求我们进一步创新生产设备，减少我们与国外企业的硬件差距。

1.2  螺旋桨铣削机床的应用现状

船用螺旋桨叶片自由曲面形状复杂，不能使用传统的三轴联动机床加工，目前主流是运用五轴及五轴以上数控机床进行刀位轨迹成型加工。当前关于螺旋桨加工的理论主要集中在讨论如何运用现有五轴机床改善加工质量、提高加工效率的刀具路径轨迹优化上。例如哈尔滨工业大学任秉银把螺旋桨叶面分为标准螺旋面和流线螺旋面两部分，运用球头铣刀按最优刀具轨迹加工。

提高螺旋桨加工效率的根本仍在于开发更加先进的数控机床。目前国内已有相关企业研发了相关螺旋桨专用数控加工机床，一些已近投入了使用。例如，华中科技大学和武汉重型机械合作研发了CKX5680七轴五联动车铣复合加工中心，该机床已经过实际测试，并在镇江中船瓦锡兰成功使用，取得了一定的好评。南京中传重机研发了VTM11000七轴六联动加工中心，该机床进过了仿真鉴定，正处于试制阶段。

相比国外的相关机床，我们仍有很大的差距。韩国公司研发了九轴联动数控机床，能够实现两个叶片的同时加工，大大的提高加工效率，缩短加工时间。德国使用高速龙门铣床加工螺旋桨，高速铣削既提高了加工效率又改善了加工质量。

1.3 螺旋桨铣削机床的发展趋势

1.3.1 高速铣削

船用螺旋桨属于薄壁零件，加工时切削力引起的振动和变形都很大，为解决这个问题，在传统机床中需要安装很多的辅助支撑结构。除此之外，例如德国加工螺旋桨的高速机床，还可以通过提高切削速度，减小切削力间接的减小工件变形。

1931年德国科学家所罗门首先提出的：“当以适当高的切削速度（常规的5-10倍）加工时，切削刃上的温度会降低，因此有可能通过高速切削提高加工生产率。”之后实验证明，高速铣削加工时，取用适当的进给量，减小切削深度，除了可以提高生产率之外，还有很多优点[2]。