【正文】 的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ............................................................................................... 21 .................................................................................................... 21 .............................................................................................................. 21 .......................................................................................................... 22 ...................................................................................... 23 .......................................................................................................... 25 .............................................................................. 25 IV .............................................................................................. 27 .................................................................................................... 27 .............................................................................................................. 28 .......................................................................................................... 28 ...................................................................................... 29 .......................................................................................................... 31 選用和校核 .............................................................................. 32 本章小結(jié) ....................................................................................................................... 33 結(jié) 論 ........................................................................................................................................... 35 參考文獻(xiàn) ..................................................................................................................................... 36 致 謝 ........................................................................................................................................... 37 第 1 章 緒論 1 第 1章 緒 論 選題目的、價(jià)值和意義 螺旋槳是一類典型的自由曲面零件廣泛應(yīng)用于航天、航海等行業(yè)。由于螺旋槳是由復(fù)雜幾何形狀組成的工件，直徑大、葉片多，空間重疊區(qū)域大，吸力面和壓力面均為空間自由曲面，導(dǎo)邊隨邊均采用空間曲線圓滑過(guò)渡，葉片葉片與槳轂之間過(guò)度圓角半徑由導(dǎo)邊到隨便不斷變化。 所以 螺旋槳 葉片 的 設(shè)計(jì) 加工精度，將直接影響推進(jìn)速度和和噪音的大小，研究其 設(shè)計(jì)與加工對(duì)于軍工和整個(gè)航運(yùn)都有著極其重要的意義 [1]。 對(duì)于螺旋槳的加工而言，先進(jìn)且合適的加工設(shè)備對(duì)于獲得理想的精度至關(guān)重要。 目前，我國(guó)的螺旋槳加工通常采用銑床或者機(jī)械臂單面進(jìn)行粗加工，再通過(guò)大量的人工修磨來(lái)完成，此方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且加工的精度難以滿足設(shè)計(jì)的需要。特別是對(duì)于大尺寸 螺旋槳加工而言，扁薄的葉片受到單面加工應(yīng)力后很容易發(fā)生彎曲變形， 其形狀與尺寸更加難以保證。 因此，設(shè)計(jì)生產(chǎn)一種多自由度，并且能極大減小或消除加工應(yīng)力和多次裝夾對(duì)加工精度的影響的加工設(shè)備，對(duì)于提高螺旋槳的加工精度有著重要意義 。 進(jìn)而也對(duì) 加強(qiáng)我國(guó)國(guó)防建設(shè)，促進(jìn)國(guó)名經(jīng)濟(jì)相關(guān)行業(yè)的發(fā)展都具有十分重要的意義。 所以 ， 設(shè)計(jì)一種大型螺旋槳雙面加工銑床對(duì)我國(guó)的國(guó)防和經(jīng)濟(jì)建設(shè)有極其重要的意義 。 本課題在國(guó)內(nèi)外的研究狀況及發(fā)展趨勢(shì) 螺旋槳雙面加工銑床 的國(guó)外研究狀況 國(guó)外工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家在加工設(shè)備方面起步早、發(fā)展充分，也注重高性能加工設(shè)備的研發(fā)，各國(guó)競(jìng) 相發(fā)展機(jī)電一體化、高精、高效、高自動(dòng)化先進(jìn)機(jī)床，以加強(qiáng)工業(yè)和國(guó)民 經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。目前，國(guó)外工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家在高性能加工設(shè)備方面的研發(fā)、生產(chǎn)和生產(chǎn)方面處于領(lǐng)先地位；其國(guó)內(nèi)全部生產(chǎn)數(shù)控機(jī)床、加工中心、高精度 機(jī)床、高端流水線等先進(jìn)加工設(shè)備，普通加工機(jī)床等設(shè)備已逐步甩給第三世界國(guó)家去經(jīng)營(yíng)。日本、德國(guó)、美國(guó)等三國(guó)生產(chǎn)的加工系統(tǒng)約占國(guó)際市場(chǎng)的三分之二，高端加工設(shè)備方面，更是近乎壟斷，并全力限制其對(duì)外出口，以限制新型工業(yè)化國(guó)家的發(fā)展和壯大 [2]。 在螺旋槳加工設(shè)備中，國(guó)外工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家和制造強(qiáng)國(guó)早已擁有像大型螺旋槳雙面加工銑床這樣的專業(yè)化加工設(shè)備，借助其國(guó)內(nèi)優(yōu)良的裝備制造基礎(chǔ)，其研制出的加工設(shè)備在加工精度、自動(dòng)化程度、可靠性及智能化程度等方面都處于領(lǐng)先地位 。 也正因?yàn)榇耍@些國(guó)家成為向 高性能 潛艇 、 螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)、先進(jìn)船舶等提 供高性能、 高質(zhì)量的螺旋槳產(chǎn)品。 由于螺旋槳在軍事領(lǐng)域和國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域都有著重要作用，國(guó)外先進(jìn)工業(yè)國(guó)家嚴(yán)格限制相關(guān)先進(jìn)加工設(shè)備對(duì)我國(guó)的出口 [3]。 運(yùn)城學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 的國(guó)內(nèi)研究狀況 我國(guó)的裝備制造業(yè)，起步晚、時(shí)間短，發(fā)展不充分、不系統(tǒng)、不完善，但是經(jīng)過(guò)不懈努力我國(guó)的裝備制造無(wú)論從產(chǎn)品種類、技術(shù)水平、質(zhì)量和產(chǎn)量上都取得了很大的發(fā)展，在一些關(guān)鍵技術(shù)方面也取得了重大突破 。 據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前我國(guó)可供市場(chǎng)的制造裝備，單數(shù)控機(jī)床就有 1500種，幾乎覆蓋了整個(gè)工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。這標(biāo)志著國(guó)內(nèi)數(shù)控機(jī)床已進(jìn)入快速發(fā)展的時(shí)期。 但是 在螺旋槳加工領(lǐng)域，我國(guó)已研制出多重加工設(shè)備，由湖北完成的國(guó)家“ 863計(jì)劃”數(shù)控重型螺旋槳七軸五聯(lián)動(dòng)車銑復(fù)合加工機(jī)床研制項(xiàng)目就在主機(jī)、 控制和空間曲面加工等方面均取得了自主創(chuàng)新成果，不僅填補(bǔ)了我國(guó) 復(fù)合加工機(jī)床研制的空白，而且多項(xiàng)技術(shù)為國(guó)內(nèi)首創(chuàng)；同時(shí)，也為我國(guó)飛機(jī)發(fā) 動(dòng)機(jī) 的制造提供了高性能的國(guó)產(chǎn)裝備，對(duì)加強(qiáng)我國(guó)國(guó)防建設(shè)，促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)相關(guān)行業(yè)的發(fā)展都具有十分重要的意義 。 但是，我國(guó)的先進(jìn)螺旋槳加工設(shè)備，無(wú)論在加工精度、自動(dòng)化水平，還是在可靠性方面都還沒(méi)有達(dá)到發(fā)達(dá)工業(yè)國(guó)家的先進(jìn)水平，這也在一定程度上限制了我國(guó)在潛艇、螺 旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)、先進(jìn)水面艦艇等的發(fā)展。 目前，我國(guó) 還沒(méi)有專用于大型螺旋槳的雙面加工銑床。 的發(fā)展趨勢(shì) 隨著制造加工水平和設(shè)計(jì)水平的提高，機(jī)床的加工精度和速度越來(lái)越高，機(jī)床的種類也越來(lái)越多。此次設(shè)計(jì)的雙面加工銑床，就采用了并聯(lián)軸結(jié)構(gòu)，屬于混聯(lián)機(jī)床 [4]?；炻?lián)機(jī)床，作為上世紀(jì) 90年代機(jī)床技術(shù)和機(jī)器人技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)機(jī)床相比具有很多的優(yōu)點(diǎn)： 1）剛度重量比大：因采用并聯(lián)閉環(huán)靜定或非靜定桿系結(jié)構(gòu)，且在準(zhǔn)靜態(tài)情況下，傳動(dòng)構(gòu)件理論上為僅受拉壓載荷的二力桿，故傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的單位重量具有很高 的承載能力 。 2）響應(yīng)速度快：運(yùn)動(dòng)部件慣性的大幅度降低 ， 有效地改善了伺服控制器的動(dòng)態(tài)品質(zhì)，允許動(dòng)平臺(tái)獲得很高的進(jìn)給速度和加速度，因而特別適于各種高速數(shù)控作業(yè)。 3）環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)：便于可重組和模塊化設(shè)計(jì)，且可 構(gòu)成形式多樣的布局和自由度組合。在動(dòng)平臺(tái)上安裝刀具可進(jìn)行多坐標(biāo) 鉆、磨、拋光，以及異型刀具刃磨等加工。裝備機(jī)械手腕、高能束源或 CCD攝像機(jī)等末端執(zhí)行器，還可完成精密裝配、特種加工與測(cè)量等作業(yè)。 4）技術(shù)附加值高：并聯(lián)機(jī)床具有“硬件”簡(jiǎn)單，“軟件”復(fù)雜的特點(diǎn)，是一種技術(shù)附加值很高的機(jī)電一體化產(chǎn)品，因此可望獲得 高額的經(jīng)濟(jì)回報(bào) [5]。 因此，并聯(lián)結(jié)構(gòu)在機(jī)床上的采用可以看作是機(jī)床行業(yè)的一種趨勢(shì)。 目前，國(guó)際學(xué)術(shù)界和工程界對(duì)研究與開發(fā)并聯(lián)機(jī)床非常重視，各種新型的并聯(lián)機(jī)床層出不窮，我國(guó)也已將并聯(lián)機(jī)床的研究與開發(fā)列入國(guó)家“九五”攻關(guān)計(jì)劃和 863高技術(shù)發(fā)展第 1 章 緒論 3 計(jì)劃，相關(guān)基礎(chǔ)理論研究連續(xù)得到國(guó)家自然科學(xué)基金和國(guó)家攀登計(jì)劃的資助。部分高校還將并聯(lián)機(jī)床的研發(fā)納入教育部 211工程重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目，并得到地方政府部門的支持且吸引了機(jī)床骨干企業(yè)的參與。 為提高我國(guó)裝備制造業(yè)技術(shù)水平，改善我國(guó) 螺旋槳加工 的經(jīng)濟(jì)效益，通過(guò)對(duì) 雙面 加工銑床 的 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ，建立 雙面加工銑床的 優(yōu)化模型。圍繞以上目的，把主要研究?jī)?nèi)容分為： 研究并確定雙面銑床的加工方式， 確定銑床的自由度結(jié)構(gòu)類型，螺旋槳裝夾方式等 。 合理設(shè)計(jì)主軸裝夾機(jī)構(gòu)，使其能滿足復(fù)雜自由平面的加工要求。 合理設(shè)計(jì)銑床的主要結(jié)構(gòu)及尺寸，在實(shí)現(xiàn)功能的前提下 ，盡量使銑床結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠、精度高，并進(jìn)行可行性分析。 畫出機(jī)床的 3維和 2維裝配圖，同時(shí)進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真。 運(yùn)城學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 4 第 2章 機(jī)床的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 為了確定機(jī)床的整體方案，首 先要了解和分析大型螺旋槳的結(jié)構(gòu)和加工特點(diǎn)。 大型螺旋槳的槳葉比較薄，而且受力面積很大，葉片遠(yuǎn)端距離輪轂的距離較遠(yuǎn)，因此在單面加工時(shí)可以看作是一個(gè)懸臂梁，在受到加工應(yīng)力時(shí)，很容易發(fā)生形變，引起較大的加工誤差。 但是如果采用雙面加工，因?yàn)樯舷虑嫱瑫r(shí)加工，加工應(yīng)力大部分可以相互抵消，螺旋槳受力情況大大改善，提高了加工精度。螺旋槳槳葉受力分析 示意圖如圖 21所示。 單面加工時(shí)，受應(yīng)力彎曲 加工應(yīng)力加工應(yīng)力雙面加工，加工應(yīng)力可以相互抵消 圖 21 虎螺旋槳槳葉受力分析 螺旋槳的上下面都是自由曲面、形狀復(fù)雜，傳統(tǒng)的單面加工方式，因?yàn)橐疵娣謩e加工，需要兩次安裝和對(duì)刀， 因此，理論設(shè)計(jì)中對(duì)上下曲面所要求的位置公差很難得到保證。這是單面加工所存在的缺陷。 如果采用雙面同時(shí)加工的方案，一次裝夾就可以加工上下面，因而上下面的位置公差可以得到極大的包證 ,加工的精度也可以提高。單面加工和雙面加工加工效果 如圖 22 所示 [1]。 上下表面分兩次加工，易因安裝、對(duì)刀誤差造成形位誤差一次裝夾，同時(shí)加工上下表面，加工質(zhì)量可以提高 圖 22 單面加工和雙面加工效果比較 第 2 章 機(jī)床的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 5 螺旋槳采用單面加工時(shí)，需要兩次走刀、兩次裝夾定位，加工耗時(shí)長(zhǎng)，效率比較低。如果采用雙面加工，加工過(guò)程只有一次裝夾定位和一次走刀，耗時(shí)少，加工效率較高。 綜上決 定，機(jī)床采用雙面加工的方式，故需要兩套主軸裝夾機(jī)構(gòu)和一套螺旋槳裝夾機(jī)構(gòu) 確定機(jī)床各部件自由度 螺旋槳是一種典型的自由曲面零件，加工設(shè)備需要滿足很高的自由度要求，至少達(dá)到5個(gè)自由度才能實(shí)現(xiàn)對(duì)自由曲面的加工。對(duì)于雙面加工銑床有兩種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)： 方案 a：螺旋槳裝夾機(jī)構(gòu)有 2個(gè)平動(dòng)自由度，主軸裝夾機(jī)構(gòu)各有 3個(gè)回轉(zhuǎn)自由度，可以實(shí)現(xiàn)螺旋槳葉片兩個(gè)自由曲面各自的加工需求。 方案 b：螺旋槳裝夾機(jī)構(gòu)沒(méi)有平動(dòng)自由度，兩個(gè)主軸裝夾機(jī)構(gòu)各有 5個(gè)自由度，包括2個(gè)平動(dòng)自由度和 3個(gè)回轉(zhuǎn)自由度，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)自由曲面的加工。 分析： 對(duì) 于 a方案，可以實(shí)現(xiàn)螺旋槳葉片兩個(gè)自由度曲面各自的加工需求，但是具有不方便兩個(gè)自由曲面之間的協(xié)調(diào)、可加工的曲面具有局限性、機(jī)床整體機(jī)構(gòu)龐大、占地面積大等缺點(diǎn)。 b方案比 a方案多了個(gè)平動(dòng)驅(qū)動(dòng)軸，機(jī)構(gòu)相對(duì) 比較復(fù)雜，但是兩個(gè)主軸裝夾機(jī)構(gòu)可以自由的加工