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1、分类号学 号2009090205Yuncheng University学士学位论文大型螺旋桨双面加工铣床结构设计学科门类： 机 械 类 学位申请人： 张 丽 隶属系部： 机电工程系 指导教师： 张慧鹏 讲师 董芬 助教 申请日期： 2013年6月 大型螺旋桨双面加工铣床结构设计设计总说明螺旋桨是一类典型的自由曲面零件广泛应用于航天、航海等行业。它的曲面形状和制造精度直接决定了推进的效率和噪音的大小，研究其设计与加工对于军工和整个航运都有着极其重要的意义。本论文主要针对螺旋桨的结构、加工特点，设计了一种能够同时加工两个自由曲面的双面加工铣床的结构部分，重点包括整体结构设计和主轴装夹结构设计。 该
2、机床主要由机架部分、两套主轴装夹机构和螺旋桨装夹机构组成。螺旋桨安装后，机床能同时加工螺旋桨桨叶的上下两面，并且使两面产生的加工应力基本抵消，既提高了铣削的精度，又避免了换面安装时所带来的定位误差。另外，当一个桨叶加工完成后，可通过螺旋桨装夹机构的转动，来加工其他叶片，一次安装即可加工所有桨叶，加工精度和加工效率都可以提高。 铣床整体为立式混联机床；主轴装夹机构由2维平动工作台和3轴并联工作台组成，能实现5个自由度的移动；螺旋桨夹紧机构由1维平动工作台、旋转工作台和夹紧机构组成，可以方便螺旋桨的安装和转动。 该铣床的设计，对提高螺旋桨的加工精度和加工效率有着重要意义。关键词：并联机床；螺旋桨加
3、工；双面铣床 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 machineIII目录第1章 绪 论11.1 选题目的、价值和意义11.2 本课题在国内外的研究状况及发展趋势11.2.1 螺旋桨双面加工铣床的国外研究状况11.2.2螺旋桨双面加工铣床的国内研究状况21.2.3螺旋桨双面加工铣床的发展趋势21.3主要研究内容3第2章 机床的整体结构设计42.1确定机床的工作方式42.2 确定机床各部件自由度52.3机床的整体布局52.4主轴装夹机构的设计62.4.1二维串联工作台62.4.2并联工作台72.
11、5螺旋桨装夹机构的基本设计9第3章 并联工作台的结构设计113.1确定主要参数113.2确定并联杆的基本结构113.3确定动平台的尺寸123.4确定定平台的尺寸123.5分配并联杆上主要部件的轴向尺寸133.6并联轴滚珠丝杠的选择143.7确定并联杆的主要径向尺寸163.8电机的选择173.9 轴承的选择183.10 本章小结20第4章 串联工作台的结构设计214.1第一级工作台的设计214.1.1主要参数214.1.2导轨的选择224.1.3滚珠丝杠的选择与校核234.1.4电机的选择254.1.5滚珠丝杠轴承的选用和校核254.1.6工作台主板的尺寸274.2第二级工作台的设计274.2.
12、1主要参数284.2.2导轨的选择284.2.3滚珠丝杠的选择与校核294.2.4电机的选择314.2.5滚珠丝杠轴承的选用和校核324.3 本章小结33结 论35参考文献36致 谢37第1章 绪论第1章 绪 论1.1 选题目的、价值和意义螺旋桨是一类典型的自由曲面零件广泛应用于航天、航海等行业。由于螺旋桨是由复杂几何形状组成的工件，直径大、叶片多，空间重叠区域大，吸力面和压力面均为空间自由曲面，导边随边均采用空间曲线圆滑过渡，叶片叶片与桨毂之间过度圆角半径由导边到随便不断变化。所以螺旋桨叶片的设计加工精度，将直接影响推进速度和和噪音的大小，研究其设计与加工对于军工和整个航运都有着极其重要的意
13、义1。对于螺旋桨的加工而言，先进且合适的加工设备对于获得理想的精度至关重要。目前，我国的螺旋桨加工通常采用铣床或者机械臂单面进行粗加工，再通过大量的人工修磨来完成，此方法费时费力，且加工的精度难以满足设计的需要。特别是对于大尺寸螺旋桨加工而言，扁薄的叶片受到单面加工应力后很容易发生弯曲变形，其形状与尺寸更加难以保证。因此，设计生产一种多自由度，并且能极大减小或消除加工应力和多次装夹对加工精度的影响的加工设备，对于提高螺旋桨的加工精度有着重要意义。进而也对加强我国国防建设，促进国名经济相关行业的发展都具有十分重要的意义。所以，设计一种大型螺旋桨双面加工铣床对我国的国防和经济建设有极其重要的意义。
14、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国外工业发达国家在加工设备方面起步早、发展充分，也注重高性能加工设备的研发，各国竞相发展机电一体化、高精、高效、高自动化先进机床，以加强工业和国民经济的发展。目前，国外工业发达国家在高性能加工设备方面的研发、生产和生产方面处于领先地位；其国内全部生产数控机床、加工中心、高精度机床、高端流水线等先进加工设备，普通加工机床等设备已逐步甩给第三世界国家去经营。日本、德国、美国等三国生产的加工系统约占国际市场的三分之二，高端加工设备方面，更是近乎垄断，并全力限制其对外出口，以限制新型工业化国家的发展和壮大2。在螺旋桨
15、加工设备中，国外工业发达国家和制造强国早已拥有像大型螺旋桨双面加工铣床这样的专业化加工设备，借助其国内优良的装备制造基础，其研制出的加工设备在加工精度、自动化程度、可靠性及智能化程度等方面都处于领先地位。也正因为此，这些国家成为向高性能潜艇、螺旋桨发动机、先进船舶等提供高性能、高质量的螺旋桨产品。由于螺旋桨在军事领域和国民经济领域都有着重要作用，国外先进工业国家严格限制相关先进加工设备对我国的出口3。1.2.2螺旋桨双面加工铣床的国内研究状况我国的装备制造业，起步晚、时间短，发展不充分、不系统、不完善，但是经过不懈努力我国的装备制造无论从产品种类、技术水平、质量和产量上都取得了很大的发展，在一些关键技术方面也取得了重大突破。据统计，目前我国可供市场的制造装备，单数控机床就有1500种，几乎覆盖了整个工业生产领域。这标志着国内数控机床已进入快速发展的时期。但是在螺旋桨加工领域，我国已研制出多重加工设备，由湖北完成的国家“863计
