【正文】 ....... 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)。 本論文主要針對螺旋槳的結(jié)構(gòu)、加工特點，設(shè)計了一種能夠同時加工兩個自由曲面的雙面加工銑床的結(jié)構(gòu)部分，重點包括整體結(jié)構(gòu)設(shè)計和主軸裝夾結(jié)構(gòu)設(shè)計。另外，當(dāng)一個槳葉加工完成后，可通過螺旋槳裝夾機構(gòu)的轉(zhuǎn)動，來加工其他葉片，一次安裝即可加工所有槳葉，加工精度和加工效率都可以提高。 對于螺旋槳的加工而言，先進(jìn)且合適的加工設(shè)備對于獲得理想的精度至關(guān)重要。日本、德國、美國等三國生產(chǎn)的加工系統(tǒng)約占國際市場的三分之二，高端加工設(shè)備方面，更是近乎壟斷，并全力限制其對外出口，以限制新型工業(yè)化國家的發(fā)展和壯大 [2]。 但是，我國的先進(jìn)螺旋槳加工設(shè)備，無論在加工精度、自動化水平，還是在可靠性方面都還沒有達(dá)到發(fā)達(dá)工業(yè)國家的先進(jìn)水平，這也在一定程度上限制了我國在潛艇、螺 旋槳發(fā)動機、先進(jìn)水面艦艇等的發(fā)展。裝備機械手腕、高能束源或 CCD攝像機等末端執(zhí)行器，還可完成精密裝配、特種加工與測量等作業(yè)。 合理設(shè)計銑床的主要結(jié)構(gòu)及尺寸，在實現(xiàn)功能的前提下 ，盡量使銑床結(jié)構(gòu)簡單可靠、精度高，并進(jìn)行可行性分析。 如果采用雙面同時加工的方案，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。 b方案比 a方案多了個平動驅(qū)動軸，機構(gòu)相對 比較復(fù)雜，但是兩個主軸裝夾機構(gòu)可以自由的加工各自的工作面，方便協(xié)調(diào)，可以加工的曲面范圍比較廣泛，而且機床整體占地面積較小。 主軸裝夾機構(gòu)一共有 5個自由度 ， 包括 2個平動自由度和 3個轉(zhuǎn)動自由度 。這樣，該機構(gòu)的構(gòu)件數(shù)一共有 n=8個，其中活動構(gòu)件有 7個；運動副有 g=9個，其中有 3個轉(zhuǎn)動副， 3個移動副， 3個球形副，轉(zhuǎn)動副與移動副的約束數(shù)均為 5，球形副的約束數(shù)為 3。 圖 28 花鍵軸與虎克鉸的連接 如圖 29所示，對于轉(zhuǎn)動副，通過一對圓錐滾子軸承和軸的配合來實現(xiàn)，對整個并聯(lián)桿起定位和支持作用，剛度要求比較高，其轉(zhuǎn)動角度通過 3個并聯(lián)桿的相互約束來確定。 綜上，主軸裝夾機構(gòu)的設(shè)計要求可以通過以上結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)，而且主軸裝夾機構(gòu)無論正放，還是倒掛放置都可以使用，通用性好，成本降低，上下兩個自由曲面的加工質(zhì)量也可以保證基本一致。另外，當(dāng)螺旋槳夾緊，準(zhǔn)備加工時，螺旋槳夾緊機構(gòu)可以看作是機床機架的一個剛性支撐，這樣就大大改善了機床的受力情況，提高了機床的整體剛度，進(jìn)而在一定程度上保 證了加工的精度。而主軸裝夾機構(gòu)是由 2維串聯(lián)工作臺和 3軸并聯(lián)工作臺兩部分組成，其中并聯(lián)工作臺的機構(gòu)比較復(fù)雜，而且并聯(lián)工作臺的動平臺上直接安裝主軸，對螺旋槳槳葉自由曲面的加工，有著最直接的影響，因此有必要設(shè)計主軸裝夾機構(gòu)中的 3軸并聯(lián)工作臺。 如圖 32所示，動平臺直接 連接著主軸和刀具，同時和并聯(lián)桿的虎克鉸（相當(dāng)于球形副）的最后一個轉(zhuǎn)動副相連接。 所以初步確定并聯(lián)軸的長度 約為 mmL 75020xx004501 ???? （ ） 第 3 章 并聯(lián)工作臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計 13 當(dāng)并聯(lián)桿處于完全收縮狀態(tài)時，并聯(lián)桿的尺寸約為 最短尺寸 750mm；為保證并聯(lián)桿的機械性能和可靠性，定平臺與并聯(lián)桿的轉(zhuǎn)動副大概處于并聯(lián)桿三分之一的位置。 并聯(lián)桿機構(gòu)中最中心的零件也是最重要的零件是滾珠絲杠，滾珠絲杠是并聯(lián)桿的驅(qū)動件和主要支撐件，確定了滾珠絲杠的尺寸，才能進(jìn)一步確定并聯(lián)軸的其余部件的徑向尺寸。 第 3 章 并聯(lián)工作臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計 15 因為動平臺在 3維空間里進(jìn)行多自由度轉(zhuǎn)動，不易找到受最大軸向載荷的位置，所以在設(shè)定較大安全系數(shù)的情況下，采用下動平臺在水平位置時的軸向載荷。綜合考慮各種因素，選擇FSV1326B2型滾珠絲杠 [10]。如圖 38所示 ，已知并聯(lián)軸的直徑為 120mm，假設(shè)選取電機的直徑為 130mm， 則齒輪的中心距 為 mma 1252 130120 ??? （ ） 所以，選 130?a mm。徑向沒有外加負(fù)載，主要是絲杠軸自身的重量，自身重量為 20kg，因為絲杠軸一般呈 ?73 左右放置，所以軸承的徑向載荷為 NmgFF 911)7390c o s (21 ??? ?? （ ） 假設(shè)兩個軸承的徑向載荷一致，則 NFF ?? （ ） 重力產(chǎn)生的軸向負(fù)載為 NFF a 1 3 6 6581 3 0 8S ????? （ ） 首先計算軸的軸向力，查表得，軸承 1的內(nèi)部軸向力為 NF 855 . 1 ???? （ ） 于 軸承 2的內(nèi)部軸向力為 NF 855 . 2 ???? （ ） 方向如圖 39所示。 第一級工作臺連接在第二級工作臺上，通過線性移動來帶動整個并聯(lián)工作臺移動；其運動方向垂直于螺旋槳鋪地導(dǎo)軌的徑向，運動尺寸要保證主軸可以加工槳葉的整個寬度尺寸。 HG線性導(dǎo)軌 屬于滾動滑軌，同時是整合最 佳化結(jié)構(gòu)設(shè)計的重載精密線性滑軌，相較于其他的線性提升了負(fù)載與剛性能力，具備 4個方向等負(fù)載 及自動調(diào)心能力，可減小安裝面的裝配誤差，達(dá)到高精度的要 求。 運城學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 24 則 預(yù)壓力大小為 NFP bm ?? （ ） 在預(yù)壓力負(fù)載下滾珠絲杠的軸向負(fù)載為 NPFF bm 1504a ??? （ ） 預(yù)期壽命校核 假設(shè)機床每天工作 12小時，一年工作 350天，額定工作年限為 20年，其中 2級工作臺 的使用時間比為 90%，則預(yù)期壽命為 hL h 7 5 6 0 03 5 ????? （ ） 之前滾珠 絲杠的軸向尺寸已經(jīng)確定大于 1600mm， 對于這個長度的滾珠絲杠導(dǎo)程一般都大于 10mm， 故取導(dǎo)程為 mmL 10, ? 。固定端為兩個背對背的圓錐滾子 軸承，支撐端為為一對深 溝球軸承。 和第一級工作臺的結(jié)構(gòu)一樣，設(shè)計一根滾珠絲杠和兩根導(dǎo)軌，導(dǎo)軌起支撐作用，絲杠為驅(qū)動軸， 可以起到一定的支撐作用。 圖 43 絲杠軸的軸承受力圖 由于兩端的軸承到絲杠重心的距離基本上一樣，所以兩個軸承承受的重力載荷基本一致。 由之前滾珠絲杠的校核結(jié)構(gòu)結(jié)果知： 滾珠絲杠 導(dǎo)程 L=10mm， 得滾珠絲杠的最大轉(zhuǎn)速為 m in300010 31m a x rLVn ??? （ ） 絲杠扭矩的計算： 在此工作臺中，絲杠為順序切削，即轉(zhuǎn)換旋轉(zhuǎn)運動為直線運動，由計算公式得絲杠旋轉(zhuǎn)的最大扭矩為： mmNLFT ??? ???? 6 0 1 103 4 0 02m a xm a x ??? （ ） 式中： ? —— 轉(zhuǎn)動的機械效率，取值為 maxF —— 絲杠的最大軸向負(fù)載， N 查看 《 機械 設(shè)計手冊 》 ，保證電機的輸出的額定轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速大于絲杠所需要的值，保證絲杠的運轉(zhuǎn)。 圖 42 導(dǎo)軌受力圖 如圖 42所示 ，重力與最大加工應(yīng)力之和 P為 ，方向始終為工作臺中心豎直朝下；受第二級水平加速度的影響，水平受力為 KNmaF ?? （ ） 所以最大動負(fù)載為 KNFPP a x ??? （ ） 假設(shè)導(dǎo)軌一直在做 sm50 的高速運動，則導(dǎo)軌的壽命為 kmPf CffL cw th 63 )( ???? （ ） 式中： L—— 額定 壽命 ， km hf —— 硬度系數(shù)，取為 1 tf —— 溫度系數(shù)，取為 wf —— 負(fù)載系數(shù)，取為 cP —— 工作負(fù)載，為 maxP 的一半， 則導(dǎo)軌的額定壽命時間 為 第 4 章 串聯(lián)工作臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計 23 hVLL h 593 1046050 ???????? （ ） 核定導(dǎo)軌 壽命： 設(shè)機床的運動時間為一天 20小時，導(dǎo)軌的時間比為 90%，機床一年工作 350天，工作時間為 20年，則： hL h ??????? （ ） ?? hh LL （ ） 所以，導(dǎo)軌符合設(shè)計要求 。 故工作臺要承受的最大豎直力為 NFmgP 5300??? （ ） 工作臺受到的最大水平力為 NFP 70745s in1 ?? ? （ ）方向為水平范圍內(nèi)任意。工作臺可以正放，也可以倒掛，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)想。 軸承的選擇 因為并聯(lián)桿的受力比較復(fù)雜，各個軸除了要受徑向負(fù)載還要承受軸向負(fù)載，因此在選擇軸承時選擇圓錐滾子軸承。滾珠絲杠的公稱直徑為 32mm，如圖 36所示 。 根據(jù) 《機械 設(shè)計手冊 》 ，預(yù)壓力 P為 NFP bm ?? （ ） 在預(yù)壓力負(fù)載下滾珠絲杠的軸向負(fù)載 為 NPFF bm 1504a ??? （ ） 預(yù)期壽命校核 假設(shè)機床每天工作 12小時，一年工作 350天，額定工作年限為 20年，其中單個并聯(lián)桿的使用時間比為 70%，則預(yù)期壽命 為 hL h 5 8 8 0 03 5 ????? （ ） 之前滾珠絲杠的軸向尺寸已經(jīng)確定大于 450mm， 對于這個長度的滾珠絲杠導(dǎo)程一般都大于 5mm， 故取導(dǎo)程為 5mm。對于下工作臺，工作臺因為重力和