【正文】 度。 螺旋槳葉片磨削的運動分析本課題中所設(shè)計的砂帶磨床是以螺旋槳扭曲葉片曲面型面作為加工對象的,通過砂帶的近似包絡(luò)掃描運動完成葉片的型面加工。綜合考慮到以上各種機床結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)點及其缺點，只有龍門式機床結(jié)構(gòu)形式最能滿足船用螺旋槳葉片特有的加工需求。由于船用螺旋槳廣泛應(yīng)用于小到漁船、大到輪渡等不同規(guī)格大小的輪船之上，這也就決定了螺旋槳葉片的大小形狀不一，尺寸變化范圍大的特點，采用一般的機床結(jié)構(gòu)形式已不能單獨滿足這種對不同大小類型螺旋槳的加工要求。(5)長懸臂式：與懸臂式機床基本結(jié)構(gòu)相似，但與可運行懸臂式相比，由于懸臂長度過大和加工刀架質(zhì)量的影響，其動力學(xué)性能差，占地面積也很大。此種結(jié)構(gòu)形式的機床優(yōu)點是動力學(xué)性能良好，產(chǎn)生的慣性力較小，機床空間體積小。適合加工各種尺寸類型的零件。 數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)類別(3)龍門式：機床的支承部件由機架、龍門橫梁和雙立柱組成的封閉框型結(jié)構(gòu)，龍門橫梁組件通過滑塊在機架兩邊的導(dǎo)軌上實現(xiàn)縱向移動。(2)懸臂式：通?？煞譃閮煞N形式：固定懸臂式和可運行式懸臂式。：(l)門架式：機床的支承部件由機床底座、雙立柱和橫梁組成，底座與地基通過螺栓固定連接，門架在其中做縱向運動，通過兩側(cè)立柱的支撐，在機床橫梁撓度變形很小的情況下實現(xiàn)較大的跨度。(7)機床占地面積小，空間體積小，質(zhì)量輕，加工成本低，外型美觀。(5)滿足機床的使用要求，操作簡明，調(diào)整、維修和清理方便，符合人機工程學(xué)。(3)應(yīng)確保機床的剛度、抗振性、熱變形以及熱穩(wěn)定性等力學(xué)性能與所要求加工工件的表面加工精度的相一致。綜合各方面的因素，數(shù)控加工設(shè)備的總體布局應(yīng)滿足以下幾個基本要求[12]:(l)機床的布局設(shè)計首先要能確保機床能夠按預(yù)定要求加工所需工件，并且符合數(shù)控加工的工藝流程。砂帶磨床主要參數(shù)選擇如下：砂帶速度：Vs=20m/s工件進給速度：Vw=10r/min砂帶：850mm37mm（長度寬度）砂帶磨頭驅(qū)動輪電機額定功率：11Kw （Y160M4）電源：380V 50HZ 轉(zhuǎn)速：1460r/min進給系統(tǒng)伺服電機額定功率： 電源：380V 50HZ 轉(zhuǎn)速：3000r/min磨削方式：閉式磨削3 螺旋槳數(shù)控砂帶磨床龍門主機結(jié)構(gòu)設(shè)計 螺旋槳數(shù)控砂帶磨床總體布局 機床總體布局的基本要求機床的總體布局與被加工零件的材質(zhì)、表面形狀、尺寸，加工表面精度，主運動和進給運動的分配，機床的結(jié)構(gòu)性能，機床的使用要求等諸多因素有關(guān)。由于船用螺旋槳葉片通常采用高強度的錳鐵黃銅合金和耐熱不銹鋼等材料，組織細密，具有高強度、耐磨性、耐腐蝕性強的特點，根據(jù)《現(xiàn)代砂帶磨削技術(shù)及工程應(yīng)用》可知加工此類型的工件，一般砂帶速度選擇為2030m/s，本設(shè)計中將選用20m/s，即Vs=20m/s。為此，將砂帶寬度限制在10～40mm范圍內(nèi)。砂帶寬度直接影響磨削的效率，在機床功率允許條件下，寬度愈大，磨削效率愈高。在本課題中砂帶磨削的要求為精磨，故砂帶粒度取為由于螺旋槳葉片大多采用高強度的錳鐵黃銅合金和耐熱不銹鋼等材料，所以其磨削砂帶基體通常選用布基、并采用樹脂粘結(jié)劑粘結(jié)砂帶，砂帶磨料選用剛玉，其粒度視磨削工藝而定。 砂帶及其磨料的選用與砂輪磨料選擇一樣，砂帶也有不同規(guī)格的磨料、粒度等級等，砂帶有聚氨酯膠帶、布基、紙基等不同基體；同時也有樹脂、皮膠等不同類型的粘結(jié)劑。雖然開式砂帶磨削精度高，磨削一致性好，在磨削精度方面閉式砂帶磨削不及開式砂帶磨削，但就磨削效率而言，閉式砂帶磨削要比開式砂帶磨削高的多[11]。開式磨削是將砂帶的兩端分別纏繞在兩個不同規(guī)格的驅(qū)動輪上，通過兩驅(qū)動輪的交替驅(qū)動實現(xiàn)砂帶雙向往復(fù)磨削，以完成對零部件表面的特殊加工；而閉式磨削是由三相異步電動機帶動驅(qū)動輪做高速旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動環(huán)形砂帶作單向高速磨削運動，最終實現(xiàn)工件的加工要求。 螺旋槳砂帶磨削工藝分析 砂帶磨削方式選擇圖 砂帶磨削磨削方式圖本課題中，研究對具有復(fù)雜表面的螺旋槳加工的解決方案，上一章節(jié)中對螺旋槳加工現(xiàn)狀做了簡要介紹，可以看出，在現(xiàn)有的螺旋槳葉片加工方法中，砂帶磨削應(yīng)該是一種既經(jīng)濟實惠又能確保高精度要求的方法。此時磨粒在工件上的滑擦，實際產(chǎn)生了塑性和彈性變形的效果，能夠切除掉一部分的材料；③耕犁——隨著機床主方向進給量、切削厚度的增加，干涉量也逐步增大，磨粒已經(jīng)能夠在工件表面上耕出刻線，稱為耕犁。 圖 1砂帶 2張緊輪 3接觸輪 4工件 磨削參數(shù)由上可以看出，砂帶磨削的基本構(gòu)成要素有：砂帶，驅(qū)動輪，張緊輪和張緊機構(gòu)，接觸方式即磨削方式，磨削參數(shù)，磨削對象即工件本身。3主要技術(shù)參數(shù)選擇：砂帶速度、砂帶長度、寬度、砂帶電動機功率，工件進給速度，主軸旋轉(zhuǎn)速度。砂帶磨床設(shè)計一般包括下面三部分內(nèi)容：1傳動設(shè)計：一般來說，機床傳動設(shè)計相對較簡單，主要由三方面組成：1）砂帶的主運動2）砂帶的進給運動3）工件的進給運動。最常用的是砂帶跟隨接觸輪同步轉(zhuǎn)動法。還可完成零件磨邊、斷面、平面及其要求更高的精磨加工工作。這些化合物包括:氯硫酸化聚乙烯合成橡膠、乙烯樹脂、硅酮橡膠、氯丁橡膠等。橡膠輪的密度根據(jù)不同的需要單獨制造，接觸輪的表面也可以依據(jù)需要制成平滑式或交錯開槽式。④接觸輪。砂帶正常工作時，惰輪或張緊輪應(yīng)當(dāng)可以自行調(diào)整，使砂帶始終處于中間位置，由于砂帶的寬度不一，導(dǎo)向裝置可以根據(jù)實際需要進行手動或自動調(diào)節(jié)。同時，為了獲得高的生產(chǎn)率，必須將砂帶更換的時間減至最少，通常砂帶更換的時間控制在1min之內(nèi)。經(jīng)試驗證明，如果將砂帶的張力控制在6～8N/mm的范圍內(nèi)，在逆磨削時就能切削出最大的金屬量。在砂帶進行磨削及導(dǎo)向時，適當(dāng)?shù)纳皫埩υ谏皫ハ鬟^程中起著至關(guān)重要的作用，它影響到砂帶的切削性能和加工零件的表面粗糙度。每10mm寬的砂帶上，～?？刹扇嗡倩蜢`活性較大的不等速傳動，也可以通過伺服電動機來改變砂帶的切削方向。國外曾有專家評述砂帶磨床為“未來的巨人”。砂帶磨床主要用來進行粗磨、精磨、細磨、無心磨以及去毛刺、大余量磨削、拋光等操作[9]。 砂帶磨床的設(shè)計介紹隨著汽車行業(yè)、建筑材料和裝飾行業(yè)、模具工業(yè)及其它輕工業(yè)的進步和快速發(fā)展，對金屬和非金屬材料特別是諸如塑料、皮革、橡膠、不銹鋼、陶瓷等難加工材料的機械加工表面質(zhì)量、加工效率及生產(chǎn)加工環(huán)境的要求越來越高，采用傳統(tǒng)的切削加工工藝已難以滿足這些高難度的加工需求。隨著工業(yè)的發(fā)展，單一功能的機床已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代各種各樣的生產(chǎn)加工。將砂帶磨床與數(shù)控技術(shù)進一步結(jié)合能夠提高其自動化程度。因此，為了延長砂帶的使用壽命，美國已將抗“粘蓋”的化學(xué)添加劑添加在制造的砂帶之中。為進一步延長砂帶的使用壽命，除了改變砂帶的磨料、粘結(jié)劑基底之外，國外還從砂帶磨損的機理方面，解決砂帶壽命延長的問題。使砂帶磨床加工成本降低最有效的方法，就是延長砂帶的使用壽命。對于砂帶磨床自身而言，砂帶制造精度的再度提高，同樣十分重要。西德瓦德里?？票すS使常規(guī)磨床的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)高精度化。而發(fā)展寬砂帶磨床技術(shù)一種很好的提高儀器加工效率的途徑。目前。在過去很長的一段時間內(nèi)，～～26kW，現(xiàn)在，200kW以上的機床功率已經(jīng)很常見了，但是為了進一步提高金屬切除率，機床的功率必將再度增大。一直以來，砂帶磨床的砂帶工作速度一直保持在20m/s～30m/s左右。砂帶磨床的發(fā)展趨勢[7]①繼續(xù)提高生產(chǎn)效率。砂帶磨削加工的優(yōu)點主要有：①采用的是特種砂帶，更換一條砂帶只需1分鐘，可以很快更換，調(diào)整時間少，生產(chǎn)效率高；②磨削溫度低、發(fā)熱少，表面不會產(chǎn)生高熱現(xiàn)象而使加工表面燒傷；③砂帶是多刃刀具，切入時沒有撞擊，磨削力小，不會使加工表面變形；④加工時可避免薄壁零件的邊緣破裂,避免表面波紋以及由于材料硬度不均勻引起的表面不平；⑤在精確的裝夾下，可保證加工出平直度很好的表面；⑥砂帶磨削加工時噪聲很??；⑦砂帶磨削效率高，工藝靈活性好。砂帶磨削作為一種高效拋磨新工藝，具有廣泛的應(yīng)用前景?？偟膩碚f，尚處于初級階段[6]。砂帶磨削技術(shù)在國內(nèi)許多單位也得到了較廣泛的推廣應(yīng)用，解決了很多生產(chǎn)實際問題。隨著砂帶磨削技術(shù)的飛速發(fā)展，它在制造加工領(lǐng)域正扮演著越來越重要的角色。 砂帶磨床的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢 砂帶磨床的應(yīng)用范圍極其廣泛，不僅遍及到各行各業(yè)，而且?guī)缀蹩梢詫λ胁煌愋偷牟牧线M行磨削加工，尤其是在材料加工困難和型面比較復(fù)雜的工件加工方面有極大的優(yōu)勢[5]。砂帶磨床的應(yīng)用范圍不僅遍及到各行各業(yè)，而且?guī)缀鯇λ械墓ぜ牧?，無論是非金屬材料還是金屬材料都可以進行磨削加工?，F(xiàn)而今，砂帶磨床的加工精度已接近甚至超過同類型加工機床的水平，機床功率的利用率也遙遙領(lǐng)先于其他的金屬切削機床。近30多年來，將由粘滿尖銳砂粒的砂布或砂紙制成的多刀多刃高速連續(xù)切削工具，應(yīng)用于砂帶磨床之后，砂帶磨削技術(shù)取得了巨大的飛躍。本課題的主要內(nèi)容有以下幾點：（1）系統(tǒng)調(diào)研和分析國內(nèi)外砂帶磨削的研究、發(fā)展和應(yīng)用情況；（2）熟練掌握AUTOCAD、CAXA、UG、Ansys等機械設(shè)計及分析軟件；（3）理解和掌握螺旋槳龍門式數(shù)控砂帶磨床的加工工藝要求，進行螺旋槳龍門數(shù)控砂帶磨床主機設(shè)計及功能分析；（4）結(jié)合實際問題研究完成螺旋槳龍門數(shù)控砂帶磨床主機的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計； 課題的重點研究內(nèi)容本課題針對螺旋槳的加工難度進行螺旋槳數(shù)控砂帶磨床龍門主機設(shè)計，重點研究內(nèi)容有：螺旋槳龍門式數(shù)控砂帶磨床的加工工藝分析，進行螺旋槳龍門數(shù)控砂帶磨床的主機設(shè)計及功能分析，并對砂帶磨床的關(guān)鍵零部件進行校核。 課題的意義及其主要任務(wù)針對螺旋槳特定的加工要求和加工難度，為提高螺旋槳的生產(chǎn)效率，同時保證加工精度和表面加工質(zhì)量，最有效的辦法是設(shè)計一臺符合生產(chǎn)要求的數(shù)控砂帶磨床，打破國外對螺旋槳等復(fù)雜型面高效自動化磨拋技術(shù)的技術(shù)封鎖，實現(xiàn)高生產(chǎn)效率、高精度的螺旋槳加工。砂帶磨削擁有一次磨削寬度大、磨削效率高、不會使加工表面變形和燒傷、系統(tǒng)振動小且穩(wěn)定性好等特點，適合用于加工薄壁、型面復(fù)雜、弱剛性結(jié)構(gòu)、粘韌性大、導(dǎo)熱性較差的螺旋槳葉片。而砂帶磨削是根據(jù)工件形狀，采用高速運轉(zhuǎn)的砂帶以相應(yīng)的接觸方式，對工件表面進行磨削和拋光加工的一種新工藝[3]。本課題從螺旋槳加工表面質(zhì)量、生產(chǎn)效率、經(jīng)濟成本等方面綜合考慮，同時對各個加工工藝進行分析，最終選用磨削加工工藝來解決螺旋槳復(fù)雜表面的加工。人工拋磨雖然能實現(xiàn)復(fù)雜空間曲面的磨削和拋光加工，但是由于人為等主觀因素，空間曲面的加工表面質(zhì)量完全由操作人員的熟練程度決定，所以根本無法做到對船用螺旋槳葉片表面精度的有效控制，不但勞動強度大，加工周期長，生產(chǎn)效率低，而且加工出來的螺旋槳曲面光滑度低，螺距、葉厚、葉寬精度低，誤差較大，導(dǎo)致加工精度較差、型面的質(zhì)量難以保證[2]。為了使船舶有更高的推進速度、運行效率，必須對螺旋槳復(fù)雜表面進行特有的打磨和精加工，以達到其型面幾何精度和工藝標(biāo)準(zhǔn)。由于船用螺旋槳葉片是由復(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渡、葉片頂部收縮成線的構(gòu)造，葉片與槳轂之間過渡圓角半徑由導(dǎo)邊到隨邊不斷變化[1]。關(guān)鍵詞：螺旋槳，砂帶磨削，龍門主機，數(shù)控ABSTRACT In this paper, the processing problems of the plex space free surface of propeller blade, clear the processing status and difficulty of the propeller blade by checking relevant technical information , a prehensive analysis of various processing methods on the feasibility of the propeller blade processi