大型螺旋桨双面加工铣床结构设计学士学位论文.docx

1、大型螺旋桨双面加工铣床结构设计学士学位论文并联机床；螺旋桨加工；双面铣床 Propeller Double-sided Processing Structure DesignDesign DescriptionPropeller is a kind of typical free-form surface parts widely used in aerospace, navigation, etc. Its curved shape and manufacture of precision directly determines the efficiency of propulsion an

2、d the size of the noise, studies the design and processing for the military and the whole shipping has extremely important significance.In this thesis, the physical construction of double-sided milling machine that can machining double-free-form surface at the same time is designed, in accordance wi

3、th the structure and processing characteristics of large propeller, the design highlights include the whole structure design and spindle clamping mechanism design. This machine is composed of two sets of spindle clamping institutions and propeller clamping mechanism composition. The double-free-form

4、 surface of propeller blade can be machined by the milling machine at the same time after the propeller is installation ,so the two machining stress can be counteract each other. In this way, not only improves the precision of milling, but also avoid the positioning error when changing face when ins

5、talled .In addition, after the machining of a propeller blade is finished, the propeller can roll by the propeller clamping mechanism composition, then all propeller blades of the propeller can be machined, so the quality and efficiency of the machining can improve.The milling machine is vertical Pa

6、rallel Machine Tool. The spindle clamping institutions is consist of 2-degree-of-freedom translation worktable and 3 axis parallel translation worktable of workbench. So the spindle clamping institutions can move in 5-degree-of-freedom. The propeller clamping mechanism consists of a 1-degree-of-free

7、dom translation worktable a rotary worktable and clamping mechanism composition. So the propeller clamping mechanism composition can complete the installation and rotation of the propeller. The design of the milling machine makes great importance for improving the quality and the efficiency of machi

8、ning of the large propeller. Key words:propeller blade; Parallel Machine Tool; Double-sided milling machine1章 绪 论1.1 选题目的、价值和意义1.2 本课题在国内外的研究状况及发展趋势1.2.1 螺旋桨双面加工铣床的国外研究状况1.2.2螺旋桨双面加工铣床的国内研究状况1.2.3螺旋桨双面加工铣床的发展趋势1.3主要研究内容 2.1确定机床的工作方式图2-1 虎螺旋桨桨叶受力分析 图2-2 单面加工和双面加工效果比较 2.2 确定机床各部件自由度2.3机床的整体布局图2-3 机架的主

9、体结构2.4主轴装夹机构的设计2.4.1二维串联工作台图2-4 串联工作台的结构2.4.2并联工作台 图2-5 并联工作台的原理图图2-6 虎克铰并联工作台受到的加工反向应力变化较多，受力情况复杂，要注意进行受力分析。 并联工作台安装时既要正向放置，又要倒挂放置，设计时上下两套并联工作台应该一致，以减少机床成本，保证上下主轴加工质量的一致性。综上，主轴装夹机构的设计要求可以通过以上结构来实现，而且主轴装夹机构无论正放，还是倒挂放置都可以使用，通用性好，成本降低，上下两个自由曲面的加工质量也可以保证基本一致。2.5螺旋桨装夹机构的基本设计螺旋桨夹紧机构由4部分组成，分别是直线移动平台，旋转平台、

10、伸缩杆压紧机构和机床定位机构，直线运动平台，通过直线导轨和滚珠丝杠相组合的方式来实现，满足螺旋桨夹紧工作台的直线运动，使工作台可以到远离机床主体的宽阔地带安放螺旋桨，然后再带着螺旋桨移动到工作位置，方便螺旋桨的拆卸。旋转平台，通过把一根主轴安放在滑动轴承上，在电机的带动下，实现转动，旋转平台的转动又带动了螺旋桨的转动，这样螺旋桨可以在程序控制下实现精确的转动，可以保证在铣床加工完一个桨叶后，通过转动加工其余的桨叶。避免了螺旋桨的多次安装，既可以提高螺旋桨整体的加工精度，又可以节省时间、提高生产效率，一举两得。伸缩杆压紧机构，可以实现自锁，保证螺旋桨在压紧后不会松动；另外伸缩杆压紧机构可以安装在

11、机床的上机架的中心线上，在螺旋桨压紧后，整个螺旋桨装夹机构组成一个刚性体，对机床起到支撑作用，对提高整个机床的刚性有很大帮助。机床定位机构，主要为了保证螺旋桨装夹机构和机床主体之间的连接，保证螺旋桨安装的位置精度。综上，螺旋桨装夹机构既可以方便地安放螺旋桨、夹紧螺旋桨，又可以由程序控制螺旋桨的精准旋转，不仅保证了螺旋桨在双面铣床上的安装，而且实现了一次安装就可以加工所有桨叶的设想。另外，当螺旋桨夹紧，准备加工时，螺旋桨夹紧机构可以看作是机床机架的一个刚性支撑，这样就大大改善了机床的受力情况，提高了机床的整体刚度，进而在一定程度上保证了加工的精度。第3章 并联工作台的结构设计3.1确定主要参数3

12、.2确定并联杆的基本结构 3.3确定动平台的尺寸 动平台的尺寸半径约为 3.4确定定平台的尺寸 （3.5） （3.6）3.5分配并联杆上主要部件的轴向尺寸 （3.7）图3-4 预定的丝杠轴向尺寸 （3.8）图3-5 大套筒结构和轴向尺寸3.6并联轴滚珠丝杠的选择（3.9）（3.10）（3.11） （3.12）（3.13）（3.14） （3.15）（3.16） （3.17） （3.18）（3.19）（3.20）查为动负载，应该满足条件（3.21）C为额定动负载查看机床设计手册表3-1 FSV-32-6B2的主要参数(默认单位mm)公称直径导程PCD滚珠直径根径刚性K32632.83.96932.

13、856螺母直径螺母长度法兰直径法兰厚度动负载C(N)静负载Co（N）527078122504968796满足条件：（3.22）3.7确定并联杆的主要径向尺寸 图3-6 并联杆的轴向尺寸 图3-7 并联杆的轴向尺寸3.8电机的选择（3.23）（3.24）（3.25） 图3-8 电机的放置（3.26） （3.27）3.9 轴承的选择（3.28）（3.29）（3.30）（3.31）（3.32） 图3-9 轴承受力图（3.33）（3.34）（3.35）（3.36）（3.37） （3.38）（3.39）温度系数，取为0.95载荷系数，取为2.53.10 本章小结表3-2 并联工作台的主要参数图3-10

14、并联工作台的整体结构第4章 串联工作台的结构设计4.1第一级工作台的设计第一级工作台连接在第二级工作台上，通过线性移动来带动整个并联工作台移动；其运动方向垂直于螺旋桨铺地导轨的径向，运动尺寸要保证主轴可以加工桨叶的整个宽度尺寸。如图4-1所示，工作台的结构为一根滚珠丝杠和两根导轨，导轨起支撑作用，丝杠为驱动轴，也可以起到一定的支撑作用。图4-1工作台效果图 4.1.1主要参数螺旋桨的种类许多，但是桨叶的宽度一般都不会太大。对于直径大于4米大型螺旋桨，其桨叶的宽度也小于桨叶的径向长度，设加工螺旋桨的直径为4.5米，其桨叶的径向长度为2米，宽度应小于1.5米，因此设定工作台的移动距离:4.1.2导

15、轨的选择工作台既要能正放于机架上表面，也要能倒挂在机架的下表面。为了使上下工作台结构一致，缩减制造、维护成本，选用导轨的负载能力要在4个主要方向上相近，或一致。组合考虑各种因素，选取HGW55HA型导轨，导轨的长度为2100mm,安装方式为双导轨，4滑块模式。HG线性导轨属于滚动滑轨，同时是整合最佳化结构设计的重载精密线性滑轨，相较于其他的线性提升了负载与刚性能力，具备4个方向等负载及自动调心能力，可减小安装面的装配误差，达到高精度的要求。符合本次的机床设计要求。HGW55HA导轨的基本静额定负载为227kN，基本额定动负载为114kN。明显符合对并联工作台的支撑要求；对导轨的动负载进行分析：

16、导轨承受的最大竖直力为5.3kN，考虑整个平台的加速度，设加速度为。图4-2导轨受力图如图4-2所示，重力与最大加工应力之和P为5.3kN，方向始终为工作台中心竖直朝下；受第二级水平加速度的影响，水平受力为所以最大动负载为假设导轨一直在做的高速运动，则导轨的寿命为式中：L额定寿命，km 硬度系数，取为1温度系数，取为0.92 负载系数，取为1.5工作负载，为的一半，2.4KN则导轨的额定寿命时间为设机床的运动时间为一天20小时，导轨的时间比为90%，机床一年工作350天，工作时间为20年，则：4.1.3滚珠丝杠的选择与校核滚珠丝杠是工作台的驱动轴，同时也能起到一定支撑作用。属于机床的核心部件，

17、不易更换，应该保证较高的安全系数。分析丝杠的工作条件：1、已知工作台的行程为1600mm，考虑到滚珠螺母的尺寸，滚珠丝杠的尺寸应该大于1.6m；2、初步计算并联工作台质量m为430kg；另外主轴的最大反作用力为1kN，考虑重力和主轴反向作用力的方向，其最大的合力在下工作台，大小为 其方向竖直朝下3、设工作台的最大加速，则在平台加速运动时，还将产生一个很大的轴向负载4、由于主轴的反向作用力方向可以与水平面有的倾角，所以滚珠丝杠在机床进行加工时，还会受到其在轴向方向的载荷，其大小为5、考虑到工作台的摩擦阻力，可以得到丝杠轴受到的最大动载荷为其中摩擦系数；6、设丝杠在加速时的时间比为10%，受加工反

18、作用力的时间比为70%，故丝杠受的平均动载荷为 因为滚珠丝杠需要正反转换向，在滚珠丝杠换向时，易因反向间隙造成回转误差，影响运动的准确性，所以也需要对滚珠螺母进行预压，消减回转误差。则预压力大小为 （4.20）（4.21）为动负载，应该满足条件（4.22）C为额定动负载根据工作条件，查看机械设计手册选取丝杠：表4-1 的主要参数(默认单位mm)公称外径导程PCD珠径根径刚性K501051.46.3544.91255螺母直径螺母长度法兰直径法拉厚度动负载C(N)静负载Co（N）78258110188394026505满足条件：（4.23）4.1.4电机的选择4.1.5滚珠丝杠轴承的选用和校核图4

19、-3丝杠轴的轴承受力图（4.35） （4.36）（4.37）温度系数，取为0.95载荷系数，取为2.54.1.6工作台主板的尺寸图4-4工作台主板尺寸4.2第二级工作台的设计4.2.1主要参数4.2.2导轨的选择图4-5导轨受力分析式中：L额定寿命，km 硬度系数，取为1温度系数，取为0.92 负载系数，取为1.5工作负载，为的一半，2.4KN 4.2.3滚珠丝杠的选择与校核 （4.58）（4.59）为动负载，应该满足条件（4.60）C为额定动负载根据工作条件，查看现代机械设计手册选取丝杠：表4-2 丝杠主要参数（默认单位mm）公称外径导程PCD珠径根径刚性K(kgf/um)631054.46

20、.3557.91305螺母直径螺母长度法兰直径法拉厚度动负载C(N)静负载（N）902581322092580335564.2.4电机的选择4.2.5滚珠丝杠轴承的选用和校核 图4-6轴承受力分析 （4.73） （4.74） 温度系数，取为0.95载荷系数，取为2.54.3 本章小结通过对直线导轨、滚珠丝杠、轴承和电机的选型和校核，确定了2维工作台的具体尺寸，进而完成了工作台的设计，如图4-7所示。图4-7 二维工作台表4-3 二维工作台的主要参数1级工作台的移动范围1600mm2级工作台的移动范围2250mm最大加速度0.5g快速移动速度30m/s工作台整体尺寸3000mm-2160mm结合之前并联工作台的设计，完成了对整个主轴装夹机构的设计，图4-8主轴装夹机构设计结 论参考文献致 谢其次，非常感谢机电工程系所有培养过我的全体老师们，是你们的辛勤教诲为我毕业设计打下坚实的基础功底，让我顺利通过了大学的学习。