【正文】 （） （）所以，導(dǎo)軌符合設(shè)計(jì)要求。HGW55HA導(dǎo)軌的基本靜額定負(fù)載為227kN，基本額定動(dòng)負(fù)載為114kN。HG線性導(dǎo)軌屬于滾動(dòng)滑軌，同時(shí)是整合最佳化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(gè)方向等負(fù)載及自動(dòng)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。為了使上下工作臺(tái)結(jié)構(gòu)一致，縮減制造、維護(hù)成本，選用導(dǎo)軌的負(fù)載能力要在4個(gè)主要方向上相近，或一致。故工作臺(tái)要承受的最大豎直力為 （）工作臺(tái)受到的最大水平力為 （）方向?yàn)樗椒秶鷥?nèi)任意。圖41工作臺(tái)效果圖 螺旋槳的種類許多，但是槳葉的寬度一般都不會(huì)太大。第一級(jí)工作臺(tái)連接在第二級(jí)工作臺(tái)上，通過(guò)線性移動(dòng)來(lái)帶動(dòng)整個(gè)并聯(lián)工作臺(tái)移動(dòng)；其運(yùn)動(dòng)方向垂直于螺旋槳鋪地導(dǎo)軌的徑向，運(yùn)動(dòng)尺寸要保證主軸可以加工槳葉的整個(gè)寬度尺寸。表32 并聯(lián)工作臺(tái)的主要參數(shù)主軸部件額定傾角主軸部件最大傾角并聯(lián)桿快速伸縮速度動(dòng)平臺(tái)外切圓半徑定平臺(tái)外切圓半徑額定加工深度最大加工深度圖310 并聯(lián)工作臺(tái)的整體結(jié)構(gòu)21第4章 串聯(lián)工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第4章 串聯(lián)工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)串聯(lián)工作臺(tái)是連接機(jī)床機(jī)架和并聯(lián)工作臺(tái)的重要部件，是主軸裝夾機(jī)構(gòu)的重要組成部分，要求其有兩個(gè)平動(dòng)自由度，能帶動(dòng)并聯(lián)工作臺(tái)加工一個(gè)槳葉的所有曲面；另外要求串聯(lián)工作臺(tái)既可以正放于機(jī)架上表面，也可以倒掛在機(jī)架的下表面。工作臺(tái)可以正放，也可以倒掛，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)想。因此滾珠絲杠的軸承連接安全，進(jìn)而其他4對(duì)軸承連接也安全，軸承校核完畢。徑向沒(méi)有外加負(fù)載，主要是絲杠軸自身的重量，自身重量為20kg，因?yàn)榻z杠軸一般呈左右放置，所以軸承的徑向載荷為 （）假設(shè)兩個(gè)軸承的徑向載荷一致，則 （）重力產(chǎn)生的軸向負(fù)載為 （）首先計(jì)算軸的軸向力，查表得，軸承1的內(nèi)部軸向力為 （）于軸承2的內(nèi)部軸向力為 （）方向如圖39所示。在所有軸承連接中，滾珠絲杠的受力最大，也是最重要的零件，因此重點(diǎn)校核滾珠絲杠的軸承連接。 軸承的選擇因?yàn)椴⒙?lián)桿的受力比較復(fù)雜，各個(gè)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(shí)選擇圓錐滾子軸承。則電機(jī)軸的最大轉(zhuǎn)矩為 （）式中：——旋轉(zhuǎn)時(shí)的摩擦轉(zhuǎn)矩系數(shù)，電機(jī)的最大轉(zhuǎn)速為 （）查看電機(jī)手冊(cè)，保證電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速都不超過(guò)額定值，保證絲杠可以精準(zhǔn)的運(yùn)轉(zhuǎn)。如圖38所示，已知并聯(lián)軸的直徑為120mm，假設(shè)選取電機(jī)的直徑為130mm，則齒輪的中心距為 （）所以，選mm。 圖36 并聯(lián)桿的軸向尺寸 圖37 并聯(lián)桿的軸向尺寸為了減少并聯(lián)軸的軸向長(zhǎng)度，用齒輪來(lái)連接滾珠絲杠和驅(qū)動(dòng)電機(jī)。滾珠絲杠的公稱直徑為32mm，如圖36所示。表31 FSV326B2的主要參數(shù)(默認(rèn)單位mm)公稱直徑導(dǎo)程PCD滾珠直徑根徑剛性K32656螺母直徑螺母長(zhǎng)度法蘭直徑法蘭厚度動(dòng)負(fù)載C(N)靜負(fù)載Co（N）527078122504968796滿足條件： （）故選擇的滾珠絲杠符合要求。綜合考慮各種因素，選擇FSV1326B2型滾珠絲杠[10]。絲杠的平均伸縮速度為 （）以最小導(dǎo)程，計(jì)算滾珠絲杠的平均回轉(zhuǎn)速度為 （）由壽命計(jì)算公式[10]知 （）代入數(shù)據(jù)得 （）查為動(dòng)負(fù)載，應(yīng)該滿足條件 （）C為額定動(dòng)負(fù)載查看《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》，挑選滿足條件的滾珠絲杠。根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》，預(yù)壓力P為 （）在預(yù)壓力負(fù)載下滾珠絲杠的軸向負(fù)載為 （）預(yù)期壽命校核假設(shè)機(jī)床每天工作12小時(shí)，一年工作350天，額定工作年限為20年，其中單個(gè)并聯(lián)桿的使用時(shí)間比為70%，則預(yù)期壽命為 （）之前滾珠絲杠的軸向尺寸已經(jīng)確定大于450mm，對(duì)于這個(gè)長(zhǎng)度的滾珠絲杠導(dǎo)程一般都大于5mm，故取導(dǎo)程為5mm。由受力平衡的條件知 （）所以各桿的軸向載荷為 （）考慮軸向力的變化（包括并聯(lián)桿伸縮式的加速度帶來(lái)的載荷變化），取并聯(lián)軸的載荷變化系數(shù)，則 （）式中——絲杠平均負(fù)載因?yàn)椴⒙?lián)桿要實(shí)現(xiàn)伸、縮兩個(gè)動(dòng)作，滾珠絲杠需要正反轉(zhuǎn)換向，在滾珠絲杠換向時(shí)，易因反向間隙造成回轉(zhuǎn)誤差，影響并聯(lián)軸運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確性，所以需要對(duì)滾珠螺母進(jìn)行預(yù)壓。因?yàn)閯?dòng)平臺(tái)在3維空間里進(jìn)行多自由度轉(zhuǎn)動(dòng)，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(dòng)平臺(tái)在水平位置時(shí)的軸向載荷。因此 （） （）因?yàn)椴恢兰庸r(shí)具體的材料，加工條件的因素，根據(jù)切削力的通常值，再考慮一定的安全系數(shù)，設(shè)最大切削方向應(yīng)力為1000N對(duì)于下工作臺(tái)，在并聯(lián)桿伸出時(shí)，隨著并聯(lián)桿長(zhǎng)度的增加，這條并聯(lián)桿與定平臺(tái)的角度也會(huì)變大，趨近九十度，反之則越來(lái)越小。對(duì)于下工作臺(tái)，工作臺(tái)因?yàn)橹亓图庸さ姆聪蜃饔昧Φ姆较蚴冀K為銳角，所以受最大軸向載荷的絲杠一定在下工作臺(tái)上。其中重力的作用點(diǎn)始終在動(dòng)平臺(tái)的幾何中心，方向沿豎直方向朝下；加工的反向作用力始終作用于動(dòng)平臺(tái)的幾何中心，方向始終垂直于動(dòng)平臺(tái)。并聯(lián)桿機(jī)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(dòng)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。這樣整個(gè)滾珠絲杠的軸向尺寸為 （）圖34 預(yù)定的絲杠軸向尺寸同樣起導(dǎo)向和支撐作用的大套筒的軸向尺寸應(yīng)該和滾珠花鍵的尺寸比較接近。對(duì)進(jìn)行修正取整為200mm（適當(dāng)放大可以為各部件留下一定的設(shè)計(jì)余量），這樣定平臺(tái)的半徑尺寸設(shè)定為 （）已知并聯(lián)桿的伸縮量為450mm；則滾珠絲杠的導(dǎo)程必須大于450mm，取值為540mm，留出螺母90mm的余量。如圖33所示，這樣轉(zhuǎn)動(dòng)副到球形副之間的直線距離估算值為 （）其中50mm是由于虎克鉸的第一級(jí)轉(zhuǎn)動(dòng)副實(shí)際需要的線性長(zhǎng)度。所以初步設(shè)并聯(lián)桿的伸縮量為450mm；由于并聯(lián)桿上的導(dǎo)軌（大套筒）和滾珠絲杠的尺寸一定會(huì)大于并聯(lián)桿的伸縮量，滾珠絲杠是驅(qū)動(dòng)軸，需要連接電機(jī)，還會(huì)需要一定的距離，設(shè)定為200mm，另外各個(gè)連接件之間還會(huì)需要一定的預(yù)留空間，預(yù)定為100mm。進(jìn)而在計(jì)算中應(yīng)該以230mm作為計(jì)算量。故可以確定動(dòng)平臺(tái)中心到球形副（虎克鉸的第二級(jí)轉(zhuǎn)動(dòng)副）的距離為： （）動(dòng)平臺(tái)的尺寸半徑約為 （） 考慮到與動(dòng)平臺(tái)相連接的零件圓柱形主軸和3個(gè)均勻分布的軸承座，動(dòng)平臺(tái)最終形狀也可以確定（如圖33中的粗線所示）。動(dòng)平臺(tái)的位置是由3個(gè)并聯(lián)軸中虎克鉸的第二級(jí)轉(zhuǎn)動(dòng)副所決定的。這樣一來(lái)，電機(jī)可以安裝在并聯(lián)桿所屬的平行空間中，減少了并聯(lián)的軸向長(zhǎng)度，避免了與2維串聯(lián)平臺(tái)直接的干涉，使主軸裝夾機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)緊湊，有利于機(jī)床的裝配。如圖31所示，并聯(lián)桿由一個(gè)球形副（由虎克鉸實(shí)現(xiàn)），一個(gè)移動(dòng)副（通過(guò)滾珠絲杠實(shí)現(xiàn)），一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副（由一對(duì)圓錐滾子軸承實(shí)現(xiàn)）。散體螺旋槳是典型的自由曲面結(jié)構(gòu)，曲面的法相角度一般在左右，有時(shí)也可能接近，大型螺旋槳的軸向尺寸也比較大，可以達(dá)到300~350mm。3軸并聯(lián)工作臺(tái)是整個(gè)機(jī)床中最關(guān)鍵的部分，工作臺(tái)的動(dòng)平臺(tái)直接安裝著電主軸和刀具，進(jìn)而直接關(guān)系著對(duì)螺旋槳加工的精度問(wèn)題。主軸裝夾機(jī)構(gòu)是整個(gè)機(jī)床的核心，是保證機(jī)床達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)的關(guān)鍵部件，同時(shí)也是整個(gè)機(jī)床中結(jié)構(gòu)最復(fù)雜的部件。在主軸裝夾機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的同時(shí)，也要同時(shí)開(kāi)始考慮機(jī)床的主體結(jié)構(gòu)，以保證主軸裝夾機(jī)構(gòu)的安裝。在本機(jī)床所采用的整體設(shè)計(jì)方案中，主軸裝夾機(jī)構(gòu)是整個(gè)機(jī)床的核心部件，對(duì)螺旋槳的加工起關(guān)鍵性的作用。第3章 并聯(lián)工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第3章 并聯(lián)工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)機(jī)床的整體方案確定之后，開(kāi)始對(duì)機(jī)床的具體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。綜上，螺旋槳裝夾機(jī)構(gòu)既可以方便地安放螺旋槳、夾緊螺旋槳，又可以由程序控制螺旋槳的精準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)，不僅保證了螺旋槳在雙面銑床上的安裝，而且實(shí)現(xiàn)了一次安裝就可以加工所有槳葉的設(shè)想。伸縮桿壓緊機(jī)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)自鎖，保證螺旋槳在壓緊后不會(huì)松動(dòng)；另外伸縮桿壓緊機(jī)構(gòu)可以安裝在機(jī)床的上機(jī)架的中心線上，在螺旋槳壓緊后，整個(gè)螺旋槳裝夾機(jī)構(gòu)組成一個(gè)剛性體，對(duì)機(jī)床起到支撐作用，對(duì)提高整個(gè)機(jī)床的剛性有很大幫助。旋轉(zhuǎn)平臺(tái)，通過(guò)把一根主軸安放在滑動(dòng)軸承上，在電機(jī)的帶動(dòng)下，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)又帶動(dòng)了螺旋槳的轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣螺旋槳可以在程序控制下實(shí)現(xiàn)精確的轉(zhuǎn)動(dòng)，可以保證在銑床加工完一個(gè)槳葉后，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)加工其余的槳葉。螺旋槳夾緊機(jī)構(gòu)由4部分組成，分別是直線移動(dòng)平臺(tái)，旋轉(zhuǎn)平臺(tái)、伸縮桿壓緊機(jī)構(gòu)和機(jī)床定位機(jī)構(gòu)，如圖212所示。 并聯(lián)工作臺(tái)安裝時(shí)既要正向放置，又要倒掛放置，設(shè)計(jì)時(shí)上下兩套并聯(lián)工作臺(tái)應(yīng)該一致，以減少機(jī)床成本，保證上下主軸加工質(zhì)量的一致性。在設(shè)計(jì)時(shí)，要與動(dòng)、定平臺(tái)相連接的結(jié)構(gòu)預(yù)留位置，方便安裝。此零件的一端連接定平臺(tái)，一端通過(guò)軸承連接并聯(lián)桿。圖29 并聯(lián)桿的轉(zhuǎn)動(dòng)副如圖210所示，此零件為移動(dòng)軸和轉(zhuǎn)動(dòng)副之間的連接零件，移動(dòng)軸的大套筒通過(guò)螺紋與此零件擰緊在一起，對(duì)大套筒起導(dǎo)向和支撐作用，另外，此零件的伸出軸通過(guò)與一對(duì)圓錐滾子軸承配合來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)副。（花鍵軸一端固定在滾珠螺母上，一端與花鍵套筒相配合） 圖27 并聯(lián)桿的結(jié)構(gòu)圖如圖28所示，虎克鉸與移動(dòng)副之間的連接：為了節(jié)省空間，縮短并聯(lián)桿的長(zhǎng)度，虎克鉸的第一級(jí)轉(zhuǎn)動(dòng)軸通過(guò)螺紋緊固到移動(dòng)副的伸縮桿上。滾珠絲杠由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，帶動(dòng)并聯(lián)軸伸縮。如圖26所示[8]，虎克鉸通過(guò)3個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副來(lái)達(dá)到和球形鉸鏈一樣的功能，但是轉(zhuǎn)動(dòng)角度沒(méi)有限制，可以很好的滿足并聯(lián)機(jī)床對(duì)球形副的要求。由自由度公式[7]計(jì)算 （） ——有k個(gè)約束的k級(jí)運(yùn)動(dòng)副數(shù)得到的自由度為3，滿足對(duì)并聯(lián)工作臺(tái)的設(shè)計(jì)要求。圖24 串聯(lián)工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)如圖25所示[6]，并聯(lián)工作臺(tái)需要滿足3個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，采用3個(gè)并聯(lián)桿相配合，使每個(gè)并聯(lián)桿包含一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，一個(gè)移動(dòng)副和一個(gè)球形副的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。因?yàn)橥ǔＢ菪龢獦~的徑向尺寸大于徑向的寬度尺寸，所以把加工時(shí)平行于螺旋槳徑向的工作臺(tái)作為第二級(jí)工作臺(tái)，另一個(gè)方向的工作臺(tái)作為第一級(jí)工作臺(tái)。二維串聯(lián)工作臺(tái)的兩個(gè)自由度都是直線型的，采用直線導(dǎo)軌和滾珠絲杠組合的方式。兩個(gè)平動(dòng)自由度通過(guò)2維串聯(lián)工作臺(tái)實(shí)現(xiàn)，3個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度通過(guò)3RPS并聯(lián)工作臺(tái)[6]來(lái)實(shí)現(xiàn)。圖23 機(jī)架的主體結(jié)構(gòu)這樣的整體布局既滿足了雙面加工的需要，又可以保證螺旋槳一次裝夾就可加工所有槳葉，符合之前的方案設(shè)計(jì)。如圖23機(jī)架的主體結(jié)構(gòu)所示：機(jī)床采取立式結(jié)構(gòu)，機(jī)架主體為梯形，梯形機(jī)架的上下各有一套主軸裝夾機(jī)構(gòu)，梯形的寬邊放置螺旋槳裝夾機(jī)