【正文】 ....................................286 機(jī)床功能分析.......................................................................................297 結(jié)論.......................................................................................................30致謝...........................................................................................................31參考文獻(xiàn)...................................................................................................321 緒論 課題的目的意義及其研究?jī)?nèi)容 螺旋槳加工難度及其加工現(xiàn)狀本課題中，研究解決螺旋槳復(fù)雜表面加工的解決方法。螺旋槳葉片設(shè)計(jì)的加工精度，將直接影響船舶的推進(jìn)速度、運(yùn)行效率以及船舶行駛過(guò)程中振動(dòng)和噪聲等產(chǎn)生。目前工業(yè)生產(chǎn)中，中國(guó)船用螺旋槳生產(chǎn)企業(yè)盡管大多擁有了各類數(shù)控銑削機(jī)床，但銑削出來(lái)的螺旋槳葉片型面精度和表面質(zhì)量仍然還不能滿足最終的技術(shù)要求，很多船用螺旋槳葉片制造廠還是普遍采用落后的手工打磨方式進(jìn)行螺旋槳葉片型面的光精加工，也有一部分企業(yè)采用“鑄造數(shù)控加工鉗工打磨”工藝對(duì)船用螺旋槳葉片進(jìn)行加工，甚至有些螺旋槳葉片產(chǎn)品完全就依靠手工打磨成型。從螺旋槳表面加工精度方面考慮，同時(shí)兼顧經(jīng)濟(jì)合理的情況下，選用一種能確保螺旋槳加工表面質(zhì)量好、生產(chǎn)效率高、成本低的加工設(shè)備顯得格外重要。在磨削加工工藝中，采用電動(dòng)砂輪機(jī)和砂布帶輪手工修理雖然工時(shí)費(fèi)用低，但工人操作安全性較差，工作效率不高，且加工而成的表面質(zhì)量在很大程度上都不能滿足船舶的使用要求。砂帶是一種將磨料粘結(jié)在柔性帶狀基體上的涂附磨削工具，由于靜電植砂的砂帶可以保證磨料在砂帶上排列均勻，銳端向外，加工時(shí)大量磨料能同時(shí)發(fā)生切削作用，較長(zhǎng)的砂帶周長(zhǎng)使磨料得到良好的冷卻，柔性的砂帶也容易適應(yīng)不同形狀的工件。因而選用砂帶磨削設(shè)備能很好的解決螺旋槳加工的一系列難題，本課題主要針對(duì)螺旋槳砂帶磨削機(jī)床的龍門主機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)。本課題主要任務(wù)是對(duì)螺旋槳數(shù)控砂帶磨床進(jìn)行龍門主機(jī)設(shè)計(jì)。 砂帶磨床介紹 砂帶磨床發(fā)展背景介紹砂帶磨床是一種既古老而又新興的工藝。砂帶磨削技術(shù)的巨大飛躍打破了原有的砂帶磨削只能用來(lái)加工和拋光的陳舊概念。車、銑、刨等常規(guī)加工工藝的加工效率已遠(yuǎn)不及砂帶磨床的加工效率。長(zhǎng)期以來(lái)不受重視的砂帶磨削工藝，現(xiàn)在也將進(jìn)入高速發(fā)展的新時(shí)期[4]。目前，一些工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家砂帶磨床的擁有量已逐步接近砂輪磨床的數(shù)量，美國(guó)、日本、德國(guó)等工業(yè)國(guó)家已將砂帶磨削用于各種發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的磨削加工，英國(guó)、瑞士等國(guó)的發(fā)展也很快。隨著國(guó)外砂帶磨削的不斷進(jìn)步，國(guó)內(nèi)砂帶磨削技術(shù)的研究和應(yīng)用已越來(lái)越引起我國(guó)機(jī)械行業(yè)的關(guān)注。目前,國(guó)內(nèi)已具有一定數(shù)量的砂帶磨削設(shè)備,但由于國(guó)內(nèi)砂帶品種尚少，質(zhì)量也有待提高，以及國(guó)內(nèi)生產(chǎn)砂帶磨床自動(dòng)化程度較低，大部分廠家對(duì)砂帶磨削的應(yīng)用尚處于對(duì)現(xiàn)有機(jī)床進(jìn)行改裝的階段。與國(guó)際先進(jìn)水平相比,仍有較大差距。隨著砂帶品種的增加，砂帶制造質(zhì)量及壽命的進(jìn)一步提高，砂帶磨床種類的增多及自動(dòng)化程度的提高，砂帶磨削勢(shì)必會(huì)在我國(guó)得到廣泛的應(yīng)用。同時(shí)由于砂帶有很大的彈性，所以具有很好的抗振性。為繼續(xù)提高生產(chǎn)效率可通過(guò)加快砂帶磨削速度和增大機(jī)床的輸出功率來(lái)實(shí)現(xiàn)。美國(guó)制造工程學(xué)會(huì)的研究報(bào)告指出，已經(jīng)在測(cè)試砂帶工作速度為100m/s的高速砂帶磨床。其次，大力發(fā)展寬砂帶磨削技術(shù)，將寬砂帶磨床的使用范圍進(jìn)一步擴(kuò)大。據(jù)報(bào)道，航天器材、大型艦船等都要大量裝配高精度、高精度的儀器。②提高加工精度。美國(guó)的森斯特蘭工廠按照砂帶磨削工作時(shí)的特性，設(shè)計(jì)出能提高機(jī)床加工精度的專用零部件。③延長(zhǎng)砂帶使用壽命。目前，砂帶的使用壽命已從2h～4h提高到8h～12h。砂帶的磨損現(xiàn)象主要表現(xiàn)為是“粘蓋”和“磨鈍”，特別是“粘蓋”現(xiàn)象最為嚴(yán)重，一旦出現(xiàn)“粘蓋”的現(xiàn)象，砂帶就無(wú)法繼續(xù)使用。④提高自動(dòng)化程度。⑤擴(kuò)大萬(wàn)能性和適應(yīng)性。工廠也越來(lái)越重視砂帶磨床的萬(wàn)能性、適應(yīng)性，應(yīng)盡可能使砂帶磨床在工業(yè)生產(chǎn)中做到不能一機(jī)多能、一機(jī)多頭[8]。在過(guò)去的半個(gè)世紀(jì)內(nèi)，砂帶磨削作為一種新的工藝方法，在這些領(lǐng)域中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，砂帶磨削技術(shù)因?yàn)槠涮赜械募庸ぴ?，長(zhǎng)期以來(lái)都備受重視。砂帶磨削的基本功能部件主要有:①主軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。砂帶速度一般為10～50m/min，通常情況下取為16～30m/min。②砂帶張緊裝置。當(dāng)增加砂帶拉力時(shí)，可提高金屬切除量，但同時(shí)也將增大磨料覆蓋層的消耗量，并提高工件表面的粗糙度值。拉緊機(jī)構(gòu)的形式各種各樣，從簡(jiǎn)單的機(jī)械或彈簧拉緊方法到要求較高的氣動(dòng)及液壓拉緊裝置。③砂帶導(dǎo)向裝置。當(dāng)砂帶寬度超過(guò)200mm時(shí)，裝置通常采用自動(dòng)式導(dǎo)向，使張緊輪和接觸輪兩者之間的砂帶能夠自動(dòng)處于中間位置。在磨削點(diǎn)上，接觸輪起著支承砂帶的作用，其本體有鋁合金或鋼制造而成，輪上覆蓋著由毛氈、橡膠、纖維或其它材料制造而成的彈性圈(厚度為3～15mm)。為了滿足砂帶特定的磨削要求，接觸輪的覆蓋面通常使用各種橡膠化合物。⑤如果在砂帶的后面安裝一塊由硬質(zhì)合金或鋼制成的型板來(lái)代替接觸輪，在確保零件的直線性或平面度的同時(shí)。砂帶磨削原理：實(shí)現(xiàn)砂帶磨削加工的主要方法有：砂帶自由張緊法、砂帶跟隨接觸輪同步轉(zhuǎn)動(dòng)法和砂帶與板直接接觸法。:圖 砂帶套在接觸輪和驅(qū)動(dòng)輪的外層表面上，并通過(guò)張緊裝置使砂帶處于緊繃的狀態(tài)，并保持高速運(yùn)動(dòng)，根據(jù)工件的具體形狀尺寸和加工精度要求，在適當(dāng)?shù)哪ハ鲄?shù)設(shè)置下，以相應(yīng)的接觸方式對(duì)工件進(jìn)行磨削或拋光加工。2主要機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)：1）砂帶張緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)2）接觸輪設(shè)計(jì)3）張緊輪設(shè)計(jì)。2 螺旋槳砂帶磨削工藝分析 砂帶磨削機(jī)理砂帶磨削是通過(guò)采用砂帶這一特殊形式的磨削工具，借助于張緊機(jī)構(gòu)使之張緊，在驅(qū)動(dòng)輪帶動(dòng)下高速運(yùn)動(dòng)，并在一定壓力作用下，使砂帶與工件表面發(fā)生接觸以實(shí)現(xiàn)磨削加工，得到所需精度要求零部件的整個(gè)過(guò)程。工件表面的相對(duì)運(yùn)動(dòng)中，受張緊力的砂帶磨粒與工件表面會(huì)產(chǎn)生一定的干涉，按照干涉的程度，可以分為四個(gè)不同的過(guò)程，分別為滑擦、擠壓、切削和耕犁，具體描述如下：①擠壓——最開(kāi)始磨粒通過(guò)擠壓進(jìn)入到工件內(nèi)部，由于磨粒刃尖的圓弧半徑大于磨粒切入深度，形成非常大的負(fù)前切削角，磨粒在工件表面上僅僅發(fā)生彈性變形；②滑擦——磨粒對(duì)工件表面的壓力隨著磨粒切入深度增大而逐漸增大，磨粒只起到摩擦工件表面的作用，即滑擦作用。此時(shí)工件材料產(chǎn)生一個(gè)擠壓式的塑性流動(dòng)運(yùn)動(dòng)，并從磨粒方向的前方和兩個(gè)側(cè)面擠壓出來(lái)，同時(shí)切除掉少量的工件材料；④切削——當(dāng)在特定的壓力作用下開(kāi)始真正的切削，并伴有足夠的干涉和切削溫度時(shí)，就會(huì)在滑動(dòng)磨粒的前方產(chǎn)生斷裂而形成切削[10]。在正常加工過(guò)程中，砂帶磨削可分為兩種磨削方式：開(kāi)式磨削和閉式磨削。具體結(jié)構(gòu)如圖3所示。由于葉片磨削既要求將加工精度控制在一定范圍內(nèi)，同時(shí)又要確保較高的磨削效率，在很多情況下，所需要的螺旋槳葉片型面都是直接在鍛造而成的毛坯上直接磨制而成，綜合權(quán)衡磨削精度和磨削效率這兩方面的因素，同時(shí)考慮本課題中螺旋槳葉片磨床將廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)加工之中，在保證所需加工精度的同時(shí)更側(cè)重于高效率磨削，最終選擇了閉式磨削作為本課題中砂帶磨床的磨削方式。砂帶的基體材料和粘結(jié)劑、磨料、粒度等級(jí)，應(yīng)針對(duì)被磨削對(duì)象的具體加工要求加以選擇。按照通行加工標(biāo)準(zhǔn)，粗磨時(shí)砂帶粒度為50～80，精磨時(shí)為150～180。 砂帶的組成要素 1基材 2底膠 3覆膠 4磨料 5基材處理劑 螺旋槳砂帶磨削工藝參數(shù)設(shè)置砂帶磨床的主要技術(shù)參數(shù)主要包括磨削速度即砂帶速度；砂帶長(zhǎng)度、寬度；螺旋槳工件進(jìn)給速度；驅(qū)動(dòng)砂帶高速旋轉(zhuǎn)的電機(jī)功率。但螺旋槳葉片一般為扭曲的空間型面，砂帶寬度越大，對(duì)螺旋槳葉片的磨削干涉也將越大，從而影響到最終的磨削加工精度。砂帶的長(zhǎng)度在機(jī)床空間所允許的范圍內(nèi)愈長(zhǎng)愈好，以減少砂帶頻繁更換時(shí)間，提高磨削加工效率。此外工件速度將定于10r/min，即Vw=10r/min，以此保證工件加工表面的高精度要求。機(jī)床操作簡(jiǎn)明和維修的方便性，制造和裝配的工藝性，外觀及占據(jù)空間等要求，也在一定程度上影響著機(jī)床的總體結(jié)構(gòu)布局。(2)機(jī)床各零部件的設(shè)計(jì)、選擇、安裝和調(diào)試要滿足機(jī)床基本加工精度的設(shè)計(jì)要求，確保加工后的零件能達(dá)到規(guī)定的精度。(4)應(yīng)確保刀具和工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)符合設(shè)計(jì)方案的要求，在滿足相對(duì)運(yùn)動(dòng)合理的前提下，使用較短的傳動(dòng)鏈，以簡(jiǎn)化機(jī)構(gòu)，提高機(jī)床靈敏度、加工精度和傳動(dòng)效率，同時(shí)在最大程度上實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的效果。(6)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單明了，布局合理可靠，機(jī)床的安全性能良好。 螺旋槳數(shù)控砂帶磨床機(jī)床結(jié)構(gòu)形式分析螺旋槳數(shù)控砂帶磨床屬于專用數(shù)控機(jī)床，根據(jù)工件特定工藝方案和運(yùn)動(dòng)方案的不同，數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)形式多種多樣，常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)形式有門架式、懸臂式、龍門式、C型和長(zhǎng)懸臂式5種[13]。此種形式的機(jī)床有占地面積小，適合加工縱向尺寸較大工件的有點(diǎn)；也有不利于進(jìn)料的缺點(diǎn)。機(jī)床的支承部件是機(jī)床床身、橫梁和立柱三者的組合，此種結(jié)構(gòu)形式的機(jī)床優(yōu)點(diǎn)是動(dòng)力學(xué)性能好，而且占地面積小，是目前最有利于進(jìn)料的機(jī)床結(jié)構(gòu)形式。此種形式的機(jī)床剛度較高，穩(wěn)定可靠，動(dòng)力學(xué)性能優(yōu)異，加工精度高，且Y、Z向布局結(jié)構(gòu)緊湊，是一種剛度最好的機(jī)床結(jié)構(gòu)形式。(4)C型：機(jī)床工作臺(tái)直接固定在底座上，各軸之間的運(yùn)動(dòng)沒(méi)有相互關(guān)聯(lián)。缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)剛度一般，不能用于高精度工件的加工。通過(guò)對(duì)以上不同結(jié)構(gòu)形式的對(duì)比分析可知，龍門式機(jī)床結(jié)構(gòu)形式最能滿足數(shù)控加工設(shè)備轉(zhuǎn)速高、剛度好和動(dòng)力學(xué)性能好的要求，且擁有結(jié)構(gòu)緊湊，穩(wěn)定可靠，加工精度高等優(yōu)點(diǎn)。再加上船用螺旋槳葉片主要由復(fù)雜空間扭曲表面組成，且加工表面質(zhì)量精度要求高。故在本課題設(shè)計(jì)采用龍門式作為螺旋槳砂帶磨床的結(jié)構(gòu)形式。砂帶磨削過(guò)程中，通過(guò)三相異步電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)輪高速旋轉(zhuǎn)，進(jìn)一步驅(qū)動(dòng)砂帶做高速運(yùn)動(dòng)。磨頭偏擺機(jī)構(gòu)中的柱形接觸輪配合張緊輪及其張緊機(jī)構(gòu)，對(duì)砂帶附加一定的作用力，以實(shí)現(xiàn)其砂帶對(duì)螺旋槳葉片的磨削加工。根據(jù)螺旋槳葉片的形狀特點(diǎn)，對(duì)葉片的砂帶磨削由以下幾個(gè)方向的磨削運(yùn)動(dòng)組成：砂帶沿葉片徑向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)、沿軸向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)以及砂帶隨螺旋槳葉片磨削點(diǎn)法線方向變化而做出的相應(yīng)形式的回轉(zhuǎn)擺動(dòng)。但由于在螺旋槳葉片曲面中，各磨削點(diǎn)的法線均為一條條的空間直線,因而需要有三個(gè)方向的回轉(zhuǎn)綜合運(yùn)動(dòng)才能使砂帶繞著法線轉(zhuǎn)動(dòng),可通過(guò)螺旋槳葉片的繞自身軸線的旋轉(zhuǎn)運(yùn)送、砂帶在水平面內(nèi)繞X軸的回轉(zhuǎn)擺動(dòng)以及砂帶在垂直平面內(nèi)繞Z軸的回轉(zhuǎn)擺動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此,綜合以上分析可知，對(duì)具有空間扭曲型面的螺旋槳葉片砂帶磨削，可通過(guò)兩個(gè)直線、兩個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的聯(lián)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)：即如下圖所示的沿X方向的橫向直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)、沿Z方向的縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，螺旋槳葉片繞自身軸線（C軸）的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、砂帶在水平面內(nèi)繞X軸的回轉(zhuǎn)擺動(dòng)（A軸）。在Y方向上，同樣也是采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲桿做縱向運(yùn)動(dòng)，只不過(guò)考慮到如果直接將伺服電機(jī)和滾珠絲桿一起布置在懸臂上，當(dāng)伺服電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，伺服電機(jī)產(chǎn)生的顫動(dòng)勢(shì)必會(huì)影響到砂帶對(duì)螺旋槳葉片表面的加工精度，通過(guò)各方面的考慮，遂只將滾珠絲桿布置在懸臂上，而將伺服電機(jī)布置在滑座上，再使用同步帶實(shí)現(xiàn)伺服電機(jī)和滾珠絲桿的運(yùn)動(dòng)傳遞，這樣就能很好的解決顫動(dòng)的問(wèn)題。在A軸方向的回轉(zhuǎn)擺動(dòng)，也是通過(guò)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)磨頭機(jī)構(gòu)做小幅度的回轉(zhuǎn)擺動(dòng)[15]。