大型螺旋槳雙面加工銑床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)學(xué)士學(xué)位論文

1、分類號(hào)學(xué) 號(hào)2009090205yuncheng university學(xué)士學(xué)位論文大型螺旋槳雙面加工銑床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)學(xué)科門類： 機(jī) 械 類 學(xué)位申請人： 張 麗 隸屬系部： 機(jī)電工程系 指導(dǎo)教師： 張慧鵬 講師 董芬 助教 申請日期： 2013年6月 大型螺旋槳雙面加工銑床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)總說明螺旋槳是一類典型的自由曲面零件廣泛應(yīng)用于航天、航海等行業(yè)。它的曲面形狀和制造精度直接決定了推進(jìn)的效率和噪音的大小，研究其設(shè)計(jì)與加工對于軍工和整個(gè)航運(yùn)都有著極其重要的意義。本論文主要針對螺旋槳的結(jié)構(gòu)、加工特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種能夠同時(shí)加工兩個(gè)自由曲面的雙面加工銑床的結(jié)構(gòu)部分，重點(diǎn)包括整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和主軸裝夾結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 該

2、機(jī)床主要由機(jī)架部分、兩套主軸裝夾機(jī)構(gòu)和螺旋槳裝夾機(jī)構(gòu)組成。螺旋槳安裝后，機(jī)床能同時(shí)加工螺旋槳槳葉的上下兩面，并且使兩面產(chǎn)生的加工應(yīng)力基本抵消，既提高了銑削的精度，又避免了換面安裝時(shí)所帶來的定位誤差。另外，當(dāng)一個(gè)槳葉加工完成后，可通過螺旋槳裝夾機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)，來加工其他葉片，一次安裝即可加工所有槳葉，加工精度和加工效率都可以提高。 銑床整體為立式混聯(lián)機(jī)床；主軸裝夾機(jī)構(gòu)由2維平動(dòng)工作臺(tái)和3軸并聯(lián)工作臺(tái)組成，能實(shí)現(xiàn)5個(gè)自由度的移動(dòng)；螺旋槳夾緊機(jī)構(gòu)由1維平動(dòng)工作臺(tái)、旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)和夾緊機(jī)構(gòu)組成，可以方便螺旋槳的安裝和轉(zhuǎn)動(dòng)。 該銑床的設(shè)計(jì)，對提高螺旋槳的加工精度和加工效率有著重要意義。關(guān)鍵詞：并聯(lián)機(jī)床；螺旋槳加

3、工；雙面銑床 the propeller double-sided processing structure design design 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 and the size of the noise,

4、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 with the structure and proc

5、essing 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 surface of propeller bla

6、de 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 installed .in addition, afte

7、r 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 parallel machine tool. the

8、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-freedom translation worktable

9、 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 machining of the large propell

10、er. key words: propeller blade; parallel machine tool; double-sided milling machine目錄第1章 緒 論11.1 選題目的、價(jià)值和意義11.2 本課題在國內(nèi)外的研究狀況及發(fā)展趨勢11.2.1 螺旋槳雙面加工銑床的國外研究狀況11.2.2螺旋槳雙面加工銑床的國內(nèi)研究狀況21.2.3螺旋槳雙面加工銑床的發(fā)展趨勢21.3主要研究內(nèi)容3第2章 機(jī)床的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)42.1確定機(jī)床的工作方式42.2 確定機(jī)床各部件自由度52.3機(jī)床的整體布局52.4主軸裝夾機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)62.4.1二維串聯(lián)工作臺(tái)62.4.2并聯(lián)工作臺(tái)72.5螺旋

11、槳裝夾機(jī)構(gòu)的基本設(shè)計(jì)9第3章 并聯(lián)工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)113.1確定主要參數(shù)113.2確定并聯(lián)桿的基本結(jié)構(gòu)113.3確定動(dòng)平臺(tái)的尺寸123.4確定定平臺(tái)的尺寸123.5分配并聯(lián)桿上主要部件的軸向尺寸133.6并聯(lián)軸滾珠絲杠的選擇143.7確定并聯(lián)桿的主要徑向尺寸163.8電機(jī)的選擇173.9 軸承的選擇183.10 本章小結(jié)20第4章 串聯(lián)工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)214.1第一級(jí)工作臺(tái)的設(shè)計(jì)214.1.1主要參數(shù)214.1.2導(dǎo)軌的選擇224.1.3滾珠絲杠的選擇與校核234.1.4電機(jī)的選擇254.1.5滾珠絲杠軸承的選用和校核254.1.6工作臺(tái)主板的尺寸274.2第二級(jí)工作臺(tái)的設(shè)計(jì)274.2.1主要

12、參數(shù)284.2.2導(dǎo)軌的選擇284.2.3滾珠絲杠的選擇與校核294.2.4電機(jī)的選擇314.2.5滾珠絲杠軸承的選用和校核324.3 本章小結(jié)33結(jié) 論35參考文獻(xiàn)36致 謝37第1章 緒 論1.1 選題目的、價(jià)值和意義螺旋槳是一類典型的自由曲面零件廣泛應(yīng)用于航天、航海等行業(yè)。由于螺旋槳是由復(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，葉片葉片與槳轂之間過度圓角半徑由導(dǎo)邊到隨便不斷變化。所以螺旋槳葉片的設(shè)計(jì)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(jì)與加工對于軍工和整個(gè)航運(yùn)都有著極其重要的意義1。對于螺旋槳的

13、加工而言，先進(jìn)且合適的加工設(shè)備對于獲得理想的精度至關(guān)重要。目前，我國的螺旋槳加工通常采用銑床或者機(jī)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(fèi)時(shí)費(fèi)力，且加工的精度難以滿足設(shè)計(jì)的需要。特別是對于大尺寸螺旋槳加工而言，扁薄的葉片受到單面加工應(yīng)力后很容易發(fā)生彎曲變形，其形狀與尺寸更加難以保證。因此，設(shè)計(jì)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。進(jìn)而也對加強(qiáng)我國國防建設(shè)，促進(jìn)國名經(jīng)濟(jì)相關(guān)行業(yè)的發(fā)展都具有十分重要的意義。所以，設(shè)計(jì)一種大型螺旋槳雙面加工銑床對我國的國防和經(jīng)濟(jì)建設(shè)有極其重要的意義。1.2 本課題在國

14、內(nèi)外的研究狀況及發(fā)展趨勢1.2.1 螺旋槳雙面加工銑床的國外研究狀況國外工業(yè)發(fā)達(dá)國家在加工設(shè)備方面起步早、發(fā)展充分，也注重高性能加工設(shè)備的研發(fā)，各國競相發(fā)展機(jī)電一體化、高精、高效、高自動(dòng)化先進(jìn)機(jī)床，以加強(qiáng)工業(yè)和國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。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(jī)床、加工中心、高精度機(jī)床、高端流水線等先進(jìn)加工設(shè)備，普通加工機(jī)床等設(shè)備已逐步甩給第三世界國家去經(jīng)營。日本、德國、美國等三國生產(chǎn)的加工系統(tǒng)約占國際市場的三分之二，高端加工設(shè)備方面，更是近乎壟斷，并全力限制其對外出口，以限制新型工業(yè)化國家的發(fā)展和壯大2。在螺旋槳加工設(shè)備中，國外工

15、業(yè)發(fā)達(dá)國家和制造強(qiáng)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(dòng)化程度、可靠性及智能化程度等方面都處于領(lǐng)先地位。也正因?yàn)榇耍@些國家成為向高性能潛艇、螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)、先進(jìn)船舶等提供高性能、高質(zhì)量的螺旋槳產(chǎn)品。由于螺旋槳在軍事領(lǐng)域和國民經(jīng)濟(jì)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。1.2.2螺旋槳雙面加工銑床的國內(nèi)研究狀況我國的裝備制造業(yè)，起步晚、時(shí)間短，發(fā)展不充分、不系統(tǒng)、不完善，但是經(jīng)過不懈努力我國的裝備制造無論從產(chǎn)品種類、技術(shù)水平、質(zhì)量和產(chǎn)量上都取得了很大的發(fā)展，在一些關(guān)鍵技術(shù)方面也取

16、得了重大突破。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前我國可供市場的制造裝備，單數(shù)控機(jī)床就有1500種，幾乎覆蓋了整個(gè)工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。這標(biāo)志著國內(nèi)數(shù)控機(jī)床已進(jìn)入快速發(fā)展的時(shí)期。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(jì)劃”數(shù)控重型螺旋槳七軸五聯(lián)動(dòng)車銑復(fù)合加工機(jī)床研制項(xiàng)目就在主機(jī)、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(bǔ)了我國復(fù)合加工機(jī)床研制的空白，而且多項(xiàng)技術(shù)為國內(nèi)首創(chuàng)；同時(shí)，也為我國飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的制造提供了高性能的國產(chǎn)裝備，對加強(qiáng)我國國防建設(shè)，促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)相關(guān)行業(yè)的發(fā)展都具有十分重要的意義。但是，我國的先進(jìn)螺旋槳加工設(shè)備，無論在加工精度、自動(dòng)化水平，還是在可靠性方面都還沒有達(dá)到

17、發(fā)達(dá)工業(yè)國家的先進(jìn)水平，這也在一定程度上限制了我國在潛艇、螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)、先進(jìn)水面艦艇等的發(fā)展。目前，我國還沒有專用于大型螺旋槳的雙面加工銑床。1.2.3螺旋槳雙面加工銑床的發(fā)展趨勢隨著制造加工水平和設(shè)計(jì)水平的提高，機(jī)床的加工精度和速度越來越高，機(jī)床的種類也越來越多。此次設(shè)計(jì)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(jī)床4。混聯(lián)機(jī)床，作為上世紀(jì)90年代機(jī)床技術(shù)和機(jī)器人技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)機(jī)床相比具有很多的優(yōu)點(diǎn)：1）剛度重量比大：因采用并聯(lián)閉環(huán)靜定或非靜定桿系結(jié)構(gòu)，且在準(zhǔn)靜態(tài)情況下，傳動(dòng)構(gòu)件理論上為僅受拉壓載荷的二力桿，故傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的單位重量具有很高的承載能力。2）響應(yīng)速度快：運(yùn)動(dòng)部件慣性

18、的大幅度降低，有效地改善了伺服控制器的動(dòng)態(tài)品質(zhì)，允許動(dòng)平臺(tái)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)。3）環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)：便于可重組和模塊化設(shè)計(jì)，且可構(gòu)成形式多樣的布局和自由度組合。在動(dòng)平臺(tái)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。裝備機(jī)械手腕、高能束源或ccd攝像機(jī)等末端執(zhí)行器，還可完成精密裝配、特種加工與測量等作業(yè)。4）技術(shù)附加值高：并聯(lián)機(jī)床具有“硬件”簡單，“軟件”復(fù)雜的特點(diǎn)，是一種技術(shù)附加值很高的機(jī)電一體化產(chǎn)品，因此可望獲得高額的經(jīng)濟(jì)回報(bào)5。因此，并聯(lián)結(jié)構(gòu)在機(jī)床上的采用可以看作是機(jī)床行業(yè)的一種趨勢。目前，國際學(xué)術(shù)界和工程界對研究與開發(fā)并聯(lián)機(jī)床非常重視，各種

19、新型的并聯(lián)機(jī)床層出不窮，我國也已將并聯(lián)機(jī)床的研究與開發(fā)列入國家“九五”攻關(guān)計(jì)劃和863高技術(shù)發(fā)展計(jì)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(jì)劃的資助。部分高校還將并聯(lián)機(jī)床的研發(fā)納入教育部211工程重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目，并得到地方政府部門的支持且吸引了機(jī)床骨干企業(yè)的參與。1.3主要研究內(nèi)容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(jì)效益，通過對雙面加工銑床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，建立雙面加工銑床的優(yōu)化模型。圍繞以上目的，把主要研究內(nèi)容分為：1、研究并確定雙面銑床的加工方式，確定銑床的自由度結(jié)構(gòu)類型，螺旋槳裝夾方式等。2、合理設(shè)計(jì)主軸裝夾機(jī)構(gòu)，使其能滿足復(fù)雜自由平面的加工要求。3、合理設(shè)計(jì)銑床

20、的主要結(jié)構(gòu)及尺寸，在實(shí)現(xiàn)功能的前提下 ，盡量使銑床結(jié)構(gòu)簡單可靠、精度高，并進(jìn)行可行性分析。4、畫出機(jī)床的3維和2維裝配圖，同時(shí)進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真。第2章 機(jī)床的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1確定機(jī)床的工作方式為了確定機(jī)床的整體方案，首先要了解和分析大型螺旋槳的結(jié)構(gòu)和加工特點(diǎn)。 1、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(shí)可以看作是一個(gè)懸臂梁，在受到加工應(yīng)力時(shí)，很容易發(fā)生形變，引起較大的加工誤差。但是如果采用雙面加工，因?yàn)樯舷虑嫱瑫r(shí)加工，加工應(yīng)力大部分可以相互抵消，螺旋槳受力情況大大改善，提高了加工精度。螺旋槳槳葉受力分析示意圖如圖2-1所示。圖2-1 虎螺旋槳槳葉

21、受力分析2、螺旋槳的上下面都是自由曲面、形狀復(fù)雜，傳統(tǒng)的單面加工方式，因?yàn)橐疵娣謩e加工，需要兩次安裝和對刀，因此，理論設(shè)計(jì)中對上下曲面所要求的位置公差很難得到保證。這是單面加工所存在的缺陷。如果采用雙面同時(shí)加工的方案，一次裝夾就可以加工上下面，因而上下面的位置公差可以得到極大的包證,加工的精度也可以提高。單面加工和雙面加工加工效果如圖2-2所示1。 圖2-2 單面加工和雙面加工效果比較 3、螺旋槳采用單面加工時(shí)，需要兩次走刀、兩次裝夾定位，加工耗時(shí)長，效率比較低。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(shí)少，加工效率較高。綜上決定，機(jī)床采用雙面加工的方式，故需要兩套主軸裝夾

22、機(jī)構(gòu)和一套螺旋槳裝夾機(jī)構(gòu)2.2 確定機(jī)床各部件自由度螺旋槳是一種典型的自由曲面零件，加工設(shè)備需要滿足很高的自由度要求，至少達(dá)到5個(gè)自由度才能實(shí)現(xiàn)對自由曲面的加工。對于雙面加工銑床有兩種方法來實(shí)現(xiàn)：方案a：螺旋槳裝夾機(jī)構(gòu)有2個(gè)平動(dòng)自由度，主軸裝夾機(jī)構(gòu)各有3個(gè)回轉(zhuǎn)自由度，可以實(shí)現(xiàn)螺旋槳葉片兩個(gè)自由曲面各自的加工需求。方案b：螺旋槳裝夾機(jī)構(gòu)沒有平動(dòng)自由度，兩個(gè)主軸裝夾機(jī)構(gòu)各有5個(gè)自由度，包括2個(gè)平動(dòng)自由度和3個(gè)回轉(zhuǎn)自由度，可以實(shí)現(xiàn)對自由曲面的加工。分析：對于a方案，可以實(shí)現(xiàn)螺旋槳葉片兩個(gè)自由度曲面各自的加工需求，但是具有不方便兩個(gè)自由曲面之間的協(xié)調(diào)、可加工的曲面具有局限性、機(jī)床整體機(jī)構(gòu)龐大、占地面積

23、大等缺點(diǎn)。b方案比a方案多了個(gè)平動(dòng)驅(qū)動(dòng)軸，機(jī)構(gòu)相對比較復(fù)雜，但是兩個(gè)主軸裝夾機(jī)構(gòu)可以自由的加工各自的工作面，方便協(xié)調(diào)，可以加工的曲面范圍比較廣泛，而且機(jī)床整體占地面積較小。綜上：因?yàn)槁菪龢獦~種類眾多，形狀復(fù)雜，所以把機(jī)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(jī)床的設(shè)計(jì)方案。另外，對于整體式的螺旋槳，如果一次裝夾就可以加工所有的槳葉，則不僅減少了多次裝夾的時(shí)間，而且提高了槳葉之間的位置精度、提高整個(gè)螺旋槳的加工質(zhì)量。因此，為了方便螺旋槳所有槳葉的加工，實(shí)現(xiàn)一次裝夾就可加工整個(gè)螺旋槳的目標(biāo)，螺旋槳裝夾機(jī)構(gòu)還需要有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，可以程序控制螺旋槳的轉(zhuǎn)動(dòng)。機(jī)床各部件自由度的最終方

24、案：螺旋槳裝夾機(jī)構(gòu)具有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，兩個(gè)主軸裝夾機(jī)構(gòu)各具有5個(gè)自由度（包括2個(gè)平動(dòng)自由度，3個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度）；整個(gè)機(jī)床需要13個(gè)驅(qū)動(dòng)軸。2.3機(jī)床的整體布局如圖2-3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)構(gòu)，螺旋槳裝夾機(jī)構(gòu)的下面鋪設(shè)導(dǎo)軌。導(dǎo)軌的鋪設(shè)，可以使螺旋槳裝夾機(jī)構(gòu)移動(dòng)到寬闊的地方裝夾螺旋槳，然后再推入到加工位置，方便了螺旋槳的安放；機(jī)架采用梯形設(shè)計(jì)，既可以使機(jī)架的寬邊容納下螺旋槳，并保證螺旋槳可以旋轉(zhuǎn)；又可以使減少機(jī)架的尺寸，減小占地面積、提高了整體的剛度。圖2-3 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

25、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)。2.4主軸裝夾機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)主軸裝夾機(jī)構(gòu)一共有5個(gè)自由度，包括2個(gè)平動(dòng)自由度和3個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。兩個(gè)平動(dòng)自由度通過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3-rps并聯(lián)工作臺(tái)6來實(shí)現(xiàn)。因?yàn)闄C(jī)床采用立式的雙面加工方式，主軸裝夾機(jī)構(gòu)既要正向放置，又要倒掛放置，因此，在設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮到正反安裝時(shí)的受力情況，并盡量保證上下主軸裝夾機(jī)構(gòu)一致，這樣既可以使機(jī)床的制造成本、維修成本降低，又可以保證上下兩套主軸加工出來的自由曲面質(zhì)量一致。2.4.1二維串聯(lián)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。其中，直線導(dǎo)軌

26、采用滾動(dòng)型，可以承受上下左右4個(gè)方向的等量載荷；滾珠絲杠連接電動(dòng)機(jī)，驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng)，如圖2-4所示。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)。在串聯(lián)工作臺(tái)設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮并聯(lián)工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，在校核計(jì)算時(shí)，要注意顛覆力矩的校核，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，既要注意給并聯(lián)工作臺(tái)留出運(yùn)動(dòng)空間，又要方便并聯(lián)工作臺(tái)的安裝。圖2-4 串聯(lián)工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)2.4.2并聯(lián)工作臺(tái)如圖2-5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)。這樣，該機(jī)構(gòu)的構(gòu)

27、件數(shù)一共有n=8個(gè)，其中活動(dòng)構(gòu)件有7個(gè)；運(yùn)動(dòng)副有g(shù)=9個(gè)，其中有3個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，3個(gè)移動(dòng)副，3個(gè)球形副，轉(zhuǎn)動(dòng)副與移動(dòng)副的約束數(shù)均為5，球形副的約束數(shù)為3。由自由度公式7計(jì)算 （2.1） 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，滿足對并聯(lián)工作臺(tái)的設(shè)計(jì)要求。 圖2-5 并聯(lián)工作臺(tái)的原理圖對于球形副，因?yàn)榍蛐毋q鏈要保證連接的可靠性，所以轉(zhuǎn)動(dòng)角度有限，不能很好的滿足并聯(lián)工作臺(tái)的要求，因此采用虎克鉸進(jìn)行替代。如圖2-6所示8，虎克鉸通過3個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副來達(dá)到和球形鉸鏈一樣的功能，但是轉(zhuǎn)動(dòng)角度沒有限制，可以很好的滿足并聯(lián)機(jī)床對球形副的要求。圖2-6 虎克鉸對于移動(dòng)副，由于是直線運(yùn)動(dòng)，可以通過滾珠絲杠和花鍵導(dǎo)軌相結(jié)

28、合的方式來實(shí)現(xiàn)。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2-7所示，具體的結(jié)構(gòu)為：滾珠絲杠軸向固定，在電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下帶動(dòng)滾珠螺母軸向平移，進(jìn)而帶動(dòng)花鍵軸伸縮。（花鍵軸一端固定在滾珠螺母上，一端與花鍵套筒相配合） 圖2-7 并聯(lián)桿的結(jié)構(gòu)圖如圖2-8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)桿的長度，虎克鉸的第一級(jí)轉(zhuǎn)動(dòng)軸通過螺紋緊固到移動(dòng)副的伸縮桿上。圖2-8 花鍵軸與虎克鉸的連接如圖2-9所示，對于轉(zhuǎn)動(dòng)副，通過一對圓錐滾子軸承和軸的配合來實(shí)現(xiàn)，對整個(gè)并聯(lián)桿起定位和支持作用，剛度要求比較高，其轉(zhuǎn)動(dòng)角度通過3個(gè)并聯(lián)桿的相互約束來確定。圖2-9 并聯(lián)桿的轉(zhuǎn)動(dòng)副如圖2-10所示，此零件為移

29、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(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)副。圖2-10 轉(zhuǎn)動(dòng)支座如圖2-11所示，此零件為轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸承支座，為了保證并聯(lián)軸的安裝，采用剖分式結(jié)構(gòu)。此零件的一端連接定平臺(tái)，一端通過軸承連接并聯(lián)桿。圖2-11 轉(zhuǎn)動(dòng)軸的軸承座并聯(lián)工作臺(tái)的定平臺(tái)要與2維串聯(lián)串聯(lián)平臺(tái)相連，動(dòng)平臺(tái)要固定電主軸。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。另外，因?yàn)椴⒙?lián)工作臺(tái)受到的加工反向應(yīng)力變化較多，受力情況復(fù)雜，要注意進(jìn)行受力分析。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

30、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。綜上，主軸裝夾機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求可以通過以上結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，而且主軸裝夾機(jī)構(gòu)無論正放，還是倒掛放置都可以使用，通用性好，成本降低，上下兩個(gè)自由曲面的加工質(zhì)量也可以保證基本一致。2.5螺旋槳裝夾機(jī)構(gòu)的基本設(shè)計(jì)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2-12所示。圖2-12 螺旋槳裝夾機(jī)構(gòu)直線運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，通過直線導(dǎo)軌和滾珠絲杠相組合的方式來實(shí)現(xiàn)，滿足螺旋槳夾緊工作臺(tái)的直線運(yùn)動(dòng)，使工作臺(tái)可以到遠(yuǎn)離機(jī)床主體的寬闊地帶安放螺旋槳，然后再帶著螺旋槳移動(dòng)到工作位置，方便螺旋槳的拆卸。旋轉(zhuǎn)平臺(tái)，通過把一根主軸安

31、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，通過轉(zhuǎn)動(dòng)加工其余的槳葉。避免了螺旋槳的多次安裝，既可以提高螺旋槳整體的加工精度，又可以節(jié)省時(shí)間、提高生產(chǎn)效率，一舉兩得。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，對機(jī)床起到支撐作用，對提高整個(gè)機(jī)床的剛性有很大幫助。機(jī)床定位機(jī)構(gòu)，主要為了保證螺旋槳裝夾機(jī)構(gòu)和機(jī)床主體之間的連接，保證螺旋槳安裝的位置精度。綜上，螺旋槳裝夾機(jī)構(gòu)既可以方

32、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。另外，當(dāng)螺旋槳夾緊，準(zhǔn)備加工時(shí)，螺旋槳夾緊機(jī)構(gòu)可以看作是機(jī)床機(jī)架的一個(gè)剛性支撐，這樣就大大改善了機(jī)床的受力情況，提高了機(jī)床的整體剛度，進(jìn)而在一定程度上保證了加工的精度。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，開始對機(jī)床的具體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)緊緊圍繞螺旋槳加工的特點(diǎn)逐步展開。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，對螺旋槳的加工起關(guān)鍵性的作用。因此，可以優(yōu)先考慮主軸裝夾機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。在主軸裝夾機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的同時(shí)，也要

33、同時(shí)開始考慮機(jī)床的主體結(jié)構(gòu)，以保證主軸裝夾機(jī)構(gòu)的安裝。另外，在進(jìn)行機(jī)床主體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要為螺旋槳裝夾機(jī)構(gòu)留下位置。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。而主軸裝夾機(jī)構(gòu)是由2維串聯(lián)工作臺(tái)和3軸并聯(lián)工作臺(tái)兩部分組成，其中并聯(lián)工作臺(tái)的機(jī)構(gòu)比較復(fù)雜，而且并聯(lián)工作臺(tái)的動(dòng)平臺(tái)上直接安裝主軸，對螺旋槳槳葉自由曲面的加工，有著最直接的影響，因此有必要設(shè)計(jì)主軸裝夾機(jī)構(gòu)中的3軸并聯(lián)工作臺(tái)。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)系著對螺旋槳加工的精度問題。因而，應(yīng)該從螺旋槳的結(jié)構(gòu)和加工特點(diǎn)入手，完成并聯(lián)

34、工作臺(tái)的設(shè)計(jì)。3.1確定主要參數(shù)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300350mm。針對螺旋槳的這些特點(diǎn)，設(shè)3軸并聯(lián)工作臺(tái)的定平臺(tái)的額定傾角，動(dòng)平臺(tái)的豎直移動(dòng)范圍。3.2確定并聯(lián)桿的基本結(jié)構(gòu)如圖3-1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（通過滾珠絲杠實(shí)現(xiàn)），一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副（由一對圓錐滾子軸承實(shí)現(xiàn)）。 圖3-1 并聯(lián)桿的基本結(jié)構(gòu)因?yàn)椴⒙?lián)桿既要連接主軸和刀具，又要連接2維串聯(lián)平臺(tái)，因此為了縮短并聯(lián)軸的尺寸，電機(jī)的驅(qū)動(dòng)不采用最常用的聯(lián)軸器直接連接方式，改為齒輪連接。這樣一來，電機(jī)可以安裝在并聯(lián)桿所屬的平行空間中

35、，減少了并聯(lián)的軸向長度，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。3.3確定動(dòng)平臺(tái)的尺寸如圖3-2所示，動(dòng)平臺(tái)直接連接著主軸和刀具，同時(shí)和并聯(lián)桿的虎克鉸（相當(dāng)于球形副）的最后一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副相連接。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。 圖3-2 粒動(dòng)平臺(tái)上各個(gè)連接件的位置 考慮到電主軸的直徑為200mm，虎克鉸的第3級(jí)轉(zhuǎn)動(dòng)副在動(dòng)平臺(tái)上所需要的安裝尺寸為70mm，而從虎克鉸第二級(jí)轉(zhuǎn)動(dòng)副到第三級(jí)轉(zhuǎn)動(dòng)副的距離設(shè)定為50mm。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： （3.1）動(dòng)平臺(tái)的尺寸半徑約為 （3.2） 考慮到與動(dòng)平臺(tái)相連接

36、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3-3中的粗線所示）。 但是因?yàn)閯?dòng)平臺(tái)的姿勢是由3個(gè)并聯(lián)軸的虎克鉸的第二級(jí)轉(zhuǎn)動(dòng)副所確定的，所以為了方便整個(gè)并聯(lián)工作臺(tái)的設(shè)計(jì)，把虎克鉸簡化為球形副，位置在虎克鉸的第二級(jí)轉(zhuǎn)動(dòng)副上。進(jìn)而在計(jì)算中應(yīng)該以230mm作為計(jì)算量。3.4確定定平臺(tái)的尺寸因?yàn)閯?dòng)工作的的豎直移動(dòng)距離為420mm，考慮到并聯(lián)桿擺動(dòng)時(shí)可以提供一定的移動(dòng)量，但是并聯(lián)桿和豎直方向是一直呈銳角的。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

37、，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。所以初步確定并聯(lián)軸的長度約為 （3.3）當(dāng)并聯(lián)桿處于完全收縮狀態(tài)時(shí)，并聯(lián)桿的尺寸約為最短尺寸750mm；為保證并聯(lián)桿的機(jī)械性能和可靠性，定平臺(tái)與并聯(lián)桿的轉(zhuǎn)動(dòng)副大概處于并聯(lián)桿三分之一的位置。如圖3-3所示，這樣轉(zhuǎn)動(dòng)副到球形副之間的直線距離估算值為 （3.4）其中50mm是由于虎克鉸的第一級(jí)轉(zhuǎn)動(dòng)副實(shí)際需要的線性長度。圖3-3 動(dòng)、定平臺(tái)和并聯(lián)桿的空間位置尺寸圖此時(shí)的并聯(lián)桿模型可以看做是一個(gè)直角三角形，假設(shè)轉(zhuǎn)動(dòng)副與并聯(lián)桿的角度約為70度，則可以求出水平的直角邊的距離為 （3.5）式中為動(dòng)平臺(tái)和定平臺(tái)的水平距離的差值。對進(jìn)行修正取整為200

38、mm（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 （3.6）3.5分配并聯(lián)桿上主要部件的軸向尺寸已知并聯(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。安裝部分的尺寸定為50mm，傳動(dòng)部分的尺寸定為60mm，如圖3-4所示。這樣整個(gè)滾珠絲杠的軸向尺寸為 （3.7）圖3-4 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。但是套筒的一端要接內(nèi)花鍵套筒，另一端要接齒輪箱，設(shè)兩端的尺寸各減少30mm，如圖3-5所示，這樣大套筒的軸向尺寸為 （3.8）圖3-5 大套筒結(jié)構(gòu)和軸向尺寸另外

39、，對于虎克鉸，兩個(gè)叉扁軸的軸向尺寸都定為100mm。3.6并聯(lián)軸滾珠絲杠的選擇并聯(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。并聯(lián)軸的受力分析：并聯(lián)軸主要承受動(dòng)平臺(tái)及其相關(guān)連接件的重力和加工時(shí)的反向作用力。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)。倒掛的主軸裝夾機(jī)構(gòu)，因?yàn)樗艿闹亓图庸し醋饔昧Φ姆较蚴冀K呈鈍角，因而不會(huì)出現(xiàn)受最大軸向載荷的絲杠。對于下工作臺(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

40、，所以受最大軸向載荷的絲杠一定在下工作臺(tái)上。根據(jù)之前算出的動(dòng)工作臺(tái)尺寸，按45號(hào)鋼得出工作臺(tái)質(zhì)量為8.3kg，設(shè)電主軸的質(zhì)量為30kg，另預(yù)留20kg的質(zhì)量負(fù)載給其他附件。因此 （3.9） （3.10）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對于下工作臺(tái)，在并聯(lián)桿伸出時(shí)，隨著并聯(lián)桿長度的增加，這條并聯(lián)桿與定平臺(tái)的角度也會(huì)變大，趨近九十度，反之則越來越小。由于下工作臺(tái)主要的負(fù)載方向?yàn)樨Q直朝下，因此桿的伸出量越短，其所受的軸向負(fù)載越大9。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

41、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。當(dāng)動(dòng)平臺(tái)在最低水平位置時(shí)，通過pro/e建模得到3根并聯(lián)軸與定、動(dòng)平臺(tái)的夾角都是，所以各個(gè)并聯(lián)軸受到的載荷一樣。由受力平衡的條件知 （3.11）所以各桿的軸向載荷為 （3.12）考慮軸向力的變化（包括并聯(lián)桿伸縮式的加速度帶來的載荷變化），取并聯(lián)軸的載荷變化系數(shù)，則 （3.13）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，所以需要對滾珠螺母進(jìn)行預(yù)壓?？梢圆捎眠^的鋼珠預(yù)壓方式，這種方式內(nèi)容納的鋼珠比珠槽空間大（過大鋼珠），使鋼珠產(chǎn)生四面接觸，消減回轉(zhuǎn)誤

42、差。根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊，預(yù)壓力p為 （3.14）在預(yù)壓力負(fù)載下滾珠絲杠的軸向負(fù)載為 （3.15）預(yù)期壽命校核1、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 （3.16）2、之前滾珠絲杠的軸向尺寸已經(jīng)確定大于450mm，對于這個(gè)長度的滾珠絲杠導(dǎo)程一般都大于5mm，故取導(dǎo)程為5mm。3、在機(jī)床工作時(shí)，并聯(lián)桿的運(yùn)動(dòng)存在快速移動(dòng)和慢速走刀兩種方式，其中設(shè)快速運(yùn)動(dòng)的伸縮速度，時(shí)間比為10%；慢速走刀的伸縮速度為，所占時(shí)間比為90%。絲杠的平均伸縮速度為 （3.17）以最小導(dǎo)程，計(jì)算滾珠絲杠的平均回轉(zhuǎn)速度為 （3.18）由壽命計(jì)算公式1

43、0知 （3.19）代入數(shù)據(jù)得 （3.20）查為動(dòng)負(fù)載，應(yīng)該滿足條件 （3.21）c為額定動(dòng)負(fù)載查看機(jī)床設(shè)計(jì)手冊，挑選滿足條件的滾珠絲杠。根據(jù)并聯(lián)桿的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，滾珠絲杠的剛性應(yīng)大一點(diǎn)；為了減小整個(gè)并聯(lián)軸的徑向尺寸，法蘭的徑向尺寸不可以太大；為了減少并聯(lián)軸的軸向尺寸，滾珠螺母的長度不能太長。綜合考慮各種因素，選擇fsv-1-32-6b2型滾珠絲杠10。絲杠的總長度為650mm，螺紋副部分的長度為540mm。表3-1 fsv-32-6b2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k32632.83.96932.856螺母直徑螺母長度法蘭直徑法蘭厚度動(dòng)負(fù)載c(n)靜負(fù)載co（n）52

44、7078122504968796滿足條件： （3.22）故選擇的滾珠絲杠符合要求。3.7確定并聯(lián)桿的主要徑向尺寸滾珠絲杠確定以后，并聯(lián)桿的主要徑向尺寸可以根據(jù)滾珠絲杠的公稱直徑進(jìn)行確定。滾珠絲杠的公稱直徑為32mm，如圖3-6所示。另外，大套筒需要螺紋緊固在轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸承座上，為了提高緊固部分的剛度、減少加工范圍，將緊固部位的大套筒直徑增大為102mm，如圖3-7所示。 圖3-6 并聯(lián)桿的軸向尺寸 圖3-7 并聯(lián)桿的軸向尺寸3.8電機(jī)的選擇為了減少并聯(lián)軸的軸向長度，用齒輪來連接滾珠絲杠和驅(qū)動(dòng)電機(jī)。由之前滾珠絲杠的校核結(jié)果知：絲杠導(dǎo)程為6mm，得滾珠絲杠的最大轉(zhuǎn)速為 （3.23）式中：v 并聯(lián)桿的

45、最快伸出速度，取值為； 絲杠的導(dǎo)程，；絲杠扭矩的計(jì)算：絲杠為順序切削，轉(zhuǎn)換旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)為直線運(yùn)動(dòng)，由計(jì)算公式得 （3.24）式中： 轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械效率，取值為0.9； 絲杠旋轉(zhuǎn)扭矩，；絲杠加速時(shí)的軸向負(fù)載，；為了防止電機(jī)和并聯(lián)軸干涉，齒輪連接的中心距應(yīng)該足夠大。如圖3-8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 （3.25）所以，選mm。 圖3-8 電機(jī)的放置選取齒輪的模數(shù)為4，則兩個(gè)齒輪一共有65個(gè)齒，指數(shù)分配齒數(shù)為，其中為電機(jī)軸上的齒數(shù)，為并聯(lián)軸上的齒數(shù)。則電機(jī)軸的最大轉(zhuǎn)矩為 （3.26）式中：旋轉(zhuǎn)時(shí)的摩擦轉(zhuǎn)矩系數(shù)，設(shè)為0.9電機(jī)的最大轉(zhuǎn)速為 （3.27

46、）查看電機(jī)手冊，保證電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速都不超過額定值，保證絲杠可以精準(zhǔn)的運(yùn)轉(zhuǎn)。故選取mdma-750w-中慣量交流伺服電機(jī)11，電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩為，最大轉(zhuǎn)矩，額定轉(zhuǎn)速為，最高轉(zhuǎn)速為，都符合要求。3.9 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。在每個(gè)并聯(lián)桿上各需要5對軸承，分別選擇了一對32210軸承、一對32005軸承、一對30206軸承、一對32008軸承和一對32010軸承10。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。滾珠絲杠的軸承為一對32008圓錐滾子軸承，軸承以背對背形式

47、安裝。徑向沒有外加負(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 （3.28）假設(shè)兩個(gè)軸承的徑向載荷一致，則 （3.29）重力產(chǎn)生的軸向負(fù)載為 （3.30）首先計(jì)算軸的軸向力，查表得，軸承1的內(nèi)部軸向力為 （3.31）于軸承2的內(nèi)部軸向力為 （3.32）方向如圖3-9所示。 圖3-9 軸承受力圖因?yàn)楹偷姆较蛞恢?，則 （3.33）顯然，因此軸有向右移的趨勢，但是受到力平衡不能移動(dòng)，故兩個(gè)軸承的軸向力分別為 （3.34） （3.35）因此只需要校核軸承1，因?yàn)檩S承1受到的徑向力比軸向力小很多，所以必須考慮當(dāng)量兩個(gè)方向的當(dāng)量載荷，即 （3.36）故當(dāng)

48、量動(dòng)載荷為 （3.37） （3.38）因，所以只計(jì)算軸承1壽命軸承由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊查得：額定動(dòng)載荷，10，要求軸承使用壽命大于58800h，軸承壽命為 （3.39）溫度系數(shù)，取為0.95載荷系數(shù)，取為2.5顯然該軸承滿足要求。因此滾珠絲杠的軸承連接安全，進(jìn)而其他4對軸承連接也安全，軸承校核完畢。3.10 本章小結(jié)本章完成了并聯(lián)工作臺(tái)的設(shè)計(jì)，其結(jié)構(gòu)如圖所示，達(dá)到了3個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的要求。工作臺(tái)可以正放，也可以倒掛，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)想。另外，通過proe仿真12，各種參數(shù)也達(dá)到了預(yù)期要求，參數(shù)如表3-2。表3-2 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

49、臺(tái)外切圓半徑額定加工深度最大加工深度圖3-10 并聯(lián)工作臺(tái)的整體結(jié)構(gòu)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。串聯(lián)工作臺(tái)有兩個(gè)平動(dòng)自由度，需要采用兩個(gè)1維平動(dòng)工作臺(tái)串聯(lián)的結(jié)構(gòu)，設(shè)直接連接在機(jī)架上的工作臺(tái)為第二級(jí)工作臺(tái)，直接連接并聯(lián)機(jī)構(gòu)的工作臺(tái)為第一級(jí)工作臺(tái)。4.1第一級(jí)工作臺(tái)的設(shè)計(jì)第一級(jí)工作臺(tái)連接在第二級(jí)工作臺(tái)上，通過線性移動(dòng)來帶動(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

50、證主軸可以加工槳葉的整個(gè)寬度尺寸。如圖4-1所示，工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)為一根滾珠絲杠和兩根導(dǎo)軌，導(dǎo)軌起支撐作用，絲杠為驅(qū)動(dòng)軸，也可以起到一定的支撐作用。圖4-1工作臺(tái)效果圖 4.1.1主要參數(shù)螺旋槳的種類許多，但是槳葉的寬度一般都不會(huì)太大。對于直徑大于4米大型螺旋槳，其槳葉的寬度也小于槳葉的徑向長度，設(shè)加工螺旋槳的直徑為4.5米，其槳葉的徑向長度為2米，寬度應(yīng)小于1.5米，因此設(shè)定工作臺(tái)的移動(dòng)距離: （4.1）并聯(lián)工作臺(tái)設(shè)計(jì)完畢，其質(zhì)量約為430kg，主軸加工時(shí)受到的最大反作用力f為1000n，主軸傾角額定值為。故工作臺(tái)要承受的最大豎直力為 （4.2）工作臺(tái)受到的最大水平力為 （4.3）方向?yàn)樗椒秶?/p>

51、內(nèi)任意。4.1.2導(dǎo)軌的選擇工作臺(tái)既要能正放于機(jī)架上表面，也要能倒掛在機(jī)架的下表面。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。組合考慮各種因素，選取hgw55ha型導(dǎo)軌10，導(dǎo)軌的長度為2100mm,安裝方式為雙導(dǎo)軌，4滑塊模式。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。符合本次的機(jī)床設(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。明顯符合對并聯(lián)工作臺(tái)的支撐要求；對導(dǎo)軌的動(dòng)負(fù)載進(jìn)行分析：導(dǎo)軌承受的最大