【正文】 動副所決定的。這樣一來，電機可以安裝在并聯(lián)桿所屬的平行空間中，減少了并聯(lián)的軸向長度，避免了與 2維串聯(lián)平臺直接運城學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 12 的干涉，使主軸裝夾機構(gòu)的結(jié)構(gòu)緊湊，有利于機床的裝配。 如圖 31所示， 并聯(lián)桿由一個球形副（由虎克鉸實現(xiàn)），一個移動副（通過滾珠絲杠實現(xiàn)），一個轉(zhuǎn)動副（由一對圓錐滾子軸承實現(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 ?30? 左右，有時也可能接近 ?45? ，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)工作臺是整個機床中最關(guān)鍵的部分，工作臺的動平臺直接安裝著電主軸和刀具，進(jìn)而直接關(guān)系著對螺旋槳加工的精度問題。 主軸裝夾機構(gòu)是整個機床的核心，是保證機床達(dá)到設(shè)計目標(biāo)的關(guān)鍵部件，同時也是整個機床中結(jié) 構(gòu)最復(fù)雜的部件。在主軸裝夾機構(gòu)設(shè)計的同時，也要同時開始考慮機床的主體結(jié)構(gòu)，以保證主軸裝夾機構(gòu)的安裝。在本機床所采用的整體設(shè)計方案中，主軸裝夾機構(gòu)是整個機床的核心部件，對螺旋槳的加工起關(guān)鍵性的作用。第 3 章 并聯(lián)工作臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計 11 第 3章 并聯(lián)工作臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計 機床的整體方案確定之后，開始對機床的具體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計。 綜上，螺旋槳裝夾機構(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。 伸縮桿壓緊機構(gòu)，可以實現(xiàn)自鎖，保證螺旋槳在壓緊后不會松動；另外伸縮桿壓緊機構(gòu)可以安裝在機床的上機架的中心線上，在螺 旋槳壓緊后，整個螺旋槳裝夾機構(gòu)組成一個剛性體，對機床起到支撐作用，對提高整個機床的剛性有很大幫助。 運城學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 10 旋轉(zhuǎn)平臺，通過把一根主軸安放在滑動軸承上，在電機的帶動下，實現(xiàn)轉(zhuǎn)動，旋轉(zhuǎn)平臺的轉(zhuǎn)動又帶動了螺旋槳的轉(zhuǎn)動，這樣螺旋槳可以在程序控制下實現(xiàn)精確的轉(zhuǎn)動，可以保證在銑床加工完一個槳葉后，通過轉(zhuǎn)動加工其余的槳葉。 螺旋槳夾緊機構(gòu)由 4部分組成，分別是直線移動平臺，旋轉(zhuǎn)平臺、伸縮桿壓緊機構(gòu)和機床定位機構(gòu)， 如圖 212所示。 并聯(lián)工作臺安裝時既要正向放置，又要倒掛放置，設(shè) 計時上下兩套并聯(lián)工作臺應(yīng)該一致，以減少機床成本，保證上下主軸加工質(zhì)量的一致性。在設(shè)計時，要與動、定平臺相連接的結(jié)構(gòu)預(yù)留位置，方便安裝。此零件的一端連接定平臺，一端通過軸承連接并聯(lián)桿。 圖 29 并聯(lián)桿的轉(zhuǎn)動副 如圖 210所示，此零件為移動軸和轉(zhuǎn)動副之間的連接零件，移動軸的大套筒通過螺紋與此零件擰緊在一起，對大套筒起導(dǎo)向和支 撐作用，另外，此零件的伸出軸通過與一對圓錐滾子軸承配合來實現(xiàn)轉(zhuǎn)動副。（花鍵軸一端固定在滾珠螺母上，一端與花鍵套 筒相配合） 運城學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 8 圖 27 并聯(lián)桿的結(jié)構(gòu)圖 如圖 28所示，虎克鉸與移動副之間的連接：為了節(jié)省空間，縮短并聯(lián)桿的長度，虎克鉸的第一級轉(zhuǎn)動軸通過螺紋緊固到移動副的伸縮桿上。滾珠絲杠由伺服電機驅(qū)動，帶動并聯(lián)軸伸縮。 如圖 26所示 [8]，虎克鉸通過 3個轉(zhuǎn)動副來達(dá)到和球形鉸鏈一樣的功能，但是轉(zhuǎn)動角度沒有限制，可以很好的滿足并聯(lián)機床對球形副的要求。 由自由度公式 [7]計算 323456 12345 ??????? pppppnF （ ） kp —— 有 k個約束的 k級運動副數(shù) 得到的自由度為 3，滿足對并聯(lián)工作臺的設(shè)計要求。 圖 24 串聯(lián)工作臺的結(jié)構(gòu) 第 2 章 機床的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計 7 如圖 25所示 [6]，并聯(lián)工作臺需要滿足 3個轉(zhuǎn)動自由度，采用 3個并聯(lián)桿相配合，使每個并聯(lián)桿包含一個轉(zhuǎn)動副，一個移動副 和一個球形副的機構(gòu)設(shè)計。 因為通常螺旋槳槳葉的徑向尺寸大于徑向的寬度尺寸，所以把加工時平行于螺旋槳徑向的工作臺作為第二級工作臺，另一個方向的工作臺作為第一級工作臺。 二維串聯(lián)工作臺的兩個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 平動自由度通過 2維串聯(lián)工作臺實現(xiàn)， 3個轉(zhuǎn)動自由度通過 3RPS并聯(lián)工作臺 [6]來實現(xiàn)。 運城學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 6 圖 23 機架的主體結(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。 如圖 23機 架 的 主體 結(jié)構(gòu)所示： 機床采取立式結(jié)構(gòu)，機架主體為梯形，梯形機架的上下各有一套主軸裝夾機構(gòu)，梯形的寬邊 放置螺旋槳裝夾機構(gòu)，螺旋槳裝夾機構(gòu)的下面鋪設(shè)導(dǎo)軌。因此，為了方便螺旋槳所有槳葉的加工，實現(xiàn)一次裝夾就可加工整個螺旋槳的目標(biāo)，螺旋槳裝夾機構(gòu)還需要有一個轉(zhuǎn)動自由度，可以程序控制螺旋槳的轉(zhuǎn)動。 綜上：因為螺旋槳槳葉種類眾多，形狀復(fù)雜，所以把機床可以加工的自由曲面的范圍作為主要的參考因素，選取 b方案為機床的設(shè)計方案。 分析： 對 于 a方案，可以實現(xiàn)螺旋槳葉片兩個自由度曲面各自的加工需求，但是具有不方便兩個自由曲面之間的協(xié)調(diào)、可加工的曲面具有局限性、機床整體機構(gòu)龐大、占地面積大等缺點。對于雙面加工銑床有兩種方法來實現(xiàn)： 方案 a：螺旋槳裝夾機構(gòu)有 2個平動自由度，主軸裝夾機構(gòu)各有 3個回轉(zhuǎn)自由度，可以實現(xiàn)螺旋槳葉片兩個自由曲面各自的加工需求。如果采用雙面加工，加工過程只有一次裝夾定位和一次走刀，耗時少，加工效率較高。單面加工和雙面加工加工效果 如圖 22 所示 [1]。這是單面加工所存在的缺陷。螺旋槳槳葉受力分析 示意圖如圖 21所示。 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)，因此在單面加工時可以看作是一個懸臂梁，在受到加工應(yīng)力時，很容易發(fā)生形變，引起較大的加工誤差。 畫出機床的 3維和 2維裝配圖，同時進(jìn)行動態(tài)仿真。 合理設(shè)計主軸裝夾機構(gòu)，使其能滿足復(fù)雜自由平面的加工要求。 為提高我國裝備制造業(yè)技術(shù)水平，改善我國 螺旋槳加工 的經(jīng)濟效益，通過對 雙面 加工銑床 的 結(jié)構(gòu)設(shè)計 ，建立 雙面加工銑床的 優(yōu)化模型。 目前，國際學(xué)術(shù)界和工程界對研究與開發(fā)并聯(lián)機床非常重視，各種新型的并聯(lián)機床層出不窮，我國也已將并聯(lián)機床的研究與開發(fā)列入國家“九五”攻關(guān)計劃和 863高技術(shù)發(fā)展第 1 章 緒論 3 計劃，相關(guān)基礎(chǔ)理論研究連續(xù)得到國家自然科學(xué)基金和國家攀登計劃的資助。 4）技術(shù)附加值高：并聯(lián)機床具有“硬件”簡單，“軟件”復(fù)雜的特點，是一種技術(shù)附加值很高的機電一體化產(chǎn)品，因此可望獲得 高額的經(jīng)濟回報 [5]。在動平臺上安裝刀具可進(jìn)行多坐標(biāo) 鉆、磨、拋光，以及異型刀具刃磨等加工。 2）響應(yīng)速度快：運動部件慣性的大幅度降低 ， 有效地改善了伺服控制器的動態(tài)品質(zhì)，允許動平臺獲得很高的進(jìn)給速度和加速度，因而特別適于各種高速數(shù)控作業(yè)。此次設(shè)計的雙面加工銑床，就采用了并聯(lián)軸結(jié)構(gòu)，屬于混聯(lián)機床 [4]。 目前，我國 還沒有專用于大型螺旋槳的雙面加工銑床。 但是 在螺旋槳加工領(lǐng)域，我國已研制出多重加工設(shè)備，由湖北完成的國家“ 863計劃”數(shù)控重型螺旋槳七軸五聯(lián)動車銑復(fù)合加工機床研制項目就在主機、 控制和空間曲面加工等方面均取得了自主創(chuàng)新成果，不僅填補了我國 復(fù)合加工機床研制的空白，而且多項技術(shù)為國內(nèi)首創(chuàng)；同時，也為我國飛機發(fā) 動機 的制造提供了高性能的國產(chǎn)裝備，對加強我國國防建設(shè)，促進(jìn)國民經(jīng)濟相關(guān)行業(yè)的發(fā)展都具有十分重要的意義 。 據(jù)統(tǒng)計，目前我國可供市場的制造裝備，單數(shù)控機床就有 1500種，幾乎覆蓋了整個工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。 由于螺旋槳在軍事領(lǐng)域和國民經(jīng)濟領(lǐng)域都有著重要作用，國外先進(jìn)工業(yè)國家嚴(yán)格限制相關(guān)先進(jìn)加工設(shè)備對我國的出口 [3]。 在螺旋槳加工設(shè)備中，國外工業(yè)發(fā)達(dá)國家和制造強國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、自動化程度、可靠性及智能化程度等方面都處于領(lǐng)先地位 。目前，國外工業(yè)發(fā)達(dá)國家在高性能加工設(shè)備方面的研發(fā)、生產(chǎn)和生產(chǎn)方面處于領(lǐng)先地位；其國內(nèi)全部生產(chǎn)數(shù)控機床、加工中心、高精度 機床、高端流水線等先進(jìn)加工設(shè)備，普通加工機床等設(shè)備已逐步甩給第三世界國家去經(jīng)營。 所以 ， 設(shè)計一種大型螺旋槳雙面加工銑床對我國的國防和經(jīng)濟建設(shè)有極其重要的意義 。 因此，設(shè)計生產(chǎn)一種多自由度，并且能極大減小或消除加工應(yīng)力和多次裝夾對加工精度的影響的加工設(shè)備，對于提高螺旋槳的加工精度有著重要意義 。 目前，我國的螺旋槳加工通常采用銑床或者機械臂單面進(jìn)行粗加工，再通過大量的人工修磨來完成，此方法費時費力，且加工的精度難以滿足設(shè)計的需要。 所以 螺旋槳 葉片 的 設(shè)計 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)計與加工對于軍工和整個航運都有著極其重要的意義 [1]。 Doublesided milling machine III 目錄 第 1章 緒 論 ............................................................................................................................... 1 選題目的、價值和意義 ................................................................................................. 1 本課題在國內(nèi)外的研究狀況及發(fā)展趨勢 ..................................................................... 1 螺旋槳雙面加工銑床的國外研究狀況 ............................................................... 1 ................................................................ 2 ........................................................................ 2 .................................................................................................................. 3 第 2章 機床的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計 ..................................................................................................... 4 ...................................................................................................... 4 確定機床各部件自由度 ................................................................................................. 5 .............................................................................................................. 5 ...................................................................................................... 6 .................................................................................................... 6 ............................................................................................................ 7 .......................................................................................... 9 第 3章 并聯(lián)工作臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計 ............................................................................................... 11 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