CN102672581A - 大型螺旋桨测量与磨抛一体化装置 - Google Patents

Abstract

本发明一种大型螺旋桨测量与磨抛一体化装置涉及螺旋桨测量、磨抛加工技术装备的结构设计和应用技术领域，用于大型螺旋桨的测量和磨抛加工；该装置由下述三部分构成：回转机构、测量磨抛装置、平移机构；被测量和加工的大型螺旋桨通过卡盘安装在回转机构的下部。回转机构中回转体的回转轴线与大型螺旋桨的轴线重合；平移机构中的平移臂和配重臂二者直线布置在同一平面上；测量磨抛装置与平移臂成90°安装；测量头安装在测量磨抛装置下端；砂带绕在主动轮和带轮之间并张紧，砂带高速运动，并与叶片表面接触，形成磨抛。本发明实现了大型螺旋桨叶面测量和磨抛的自动化加工，其加工精度高，加工后表面质量好。适用于各种型号螺旋桨，通用性强。

Description

大型螺旋桨测量与磨抛一体化装置

技术领域

本发明涉及螺旋桨测量、磨抛加工技术装备的结构设计和应用技术领域，特别涉及一种大型螺旋桨测量与磨抛一体化装置。

背景技术

复杂叶片是汽轮机、航空发动机、船舶螺旋桨等能源转换装置的重大关键结构件，对整机工作性能具有决定性的作用，关系到我国能源、运载、国防等领域重大工程。绝大多数叶片的型面是复杂空间自由曲面，其几何数据是根据流体力学或空气动力学原理，经过复杂计算、分析及试验修正而得到的，高效率地制造出最佳几何精度和表面粗糙度的叶片型面对于提高各类动力装置的效率具有重要的意义。

在大型机械中使用的大型螺旋桨是由叶片和桨毂是通过铸造或焊接成为一体的整体式螺旋桨，由于复杂的几何形状以及庞大的结构，现有通用磨床无法对其进行加工，只能通过人工对逐个叶片进行砂轮打磨，最后再手工抛光。一块完整的螺旋桨加工一般要数月才能完成，加工效率与精度都较低，很难保证叶片的表面质量和加工精度。

打磨之前，需要对叶片进行粗加工，粗加工过程改变了叶片金属内部的组织结构，造成应力集中，当叶片的几何尺寸（例如形状和厚度）、热场或约束力场的状况变化后，应力会释放，造成工件变形，从而引起几何误差。更严重的是，应力释放过程并不只是在一个机加工阶段能够完成，它可能存在于所有的机加工工序中，并且每个工序的变形量还不完全一样。所以，若仍然单纯按照理论廓型编程进行数控加工，必然致使磨削的精度达不到设计要求。

工业发达国家普遍使用数控加工中心和专用数控叶片砂带磨床加工叶片，使得各种叶片的整体加工效率、叶片型面几何精度及表面质量得到提高。德国 IBS 公司开发的MTS 1000-6 CNC六轴砂带磨可对叶片型面进行磨削，加工精度和效率都较高。但由于该磨床的结构限制，无法对大型整体螺旋桨进行整体测量磨抛。我国重庆市三磨海达磨床有限公司的黄云等发明了螺旋桨叶片砂带磨床和龙门式螺旋桨整体叶片砂带磨床。其中，螺旋桨叶片砂带磨床可对分体的单一螺旋桨叶片进行磨削，并申请了国内专利，申请号：200910190832.3，发明名称：螺旋桨叶片砂带磨床。该磨床能够保证叶片加工尺寸精度，加工效率高，但该磨床无法对大型整体螺旋桨叶片进行测量和磨削。龙门式螺旋桨整体叶片砂带磨床可对整体式螺旋桨进行磨削，并申请了国内专利，申请号：200910191541.6，发明名称：龙门式螺旋桨整体叶片砂带磨床。该磨床采用龙门式结构，结构庞大，占地面积大，且无法对螺旋桨进行测量。因此，需要一种一种技术效果优良的大型整体螺旋桨测量与磨抛一体化装置。提高工作效率并保证加工精度，降低工人的劳动强度。

发明内容

本发明主要解决的技术难题是克服了现有技术加工效率低，无法对大型螺旋桨进行整体测量和磨抛的缺陷，发明了一种技术效果优良的大型螺旋桨自动测量与磨抛一体化装置。用于对大型螺旋桨进行测量和磨抛加工。该装置通过螺旋桨轴孔安装定位，测量和磨抛的基准统一，可保证螺旋桨加工精度，提高加工效率和设备的集成度，实用性强。

本发明采用的技术方案是：一种大型螺旋桨测量与磨抛一体化装置，其特征在于：一种大型螺旋桨测量与磨抛一体化装置，其特征在于：所述大型螺旋桨测量与磨抛一体化装置由回转机构I、测量磨抛装置Ⅱ、平移机构Ⅲ三部分构成：被测量加工的大型螺旋桨Ⅳ通过卡盘1.6安装在回转机构I的下部；

回转机构I中回转体1.5的回转轴线与被测量和加工的大型螺旋桨Ⅳ的轴线重合；回转机构I中的配重块1.2通过第一螺钉1.a安装在配重臂1.1上；配重臂1.1通过第二螺钉1.b固定在回转体1.5左外侧面上，第一电机1.3的输出轴装有齿轮传动机构1.4的输入齿轮，通过齿轮传动机构1.4传动回转体1.5上的齿圈回转，使回转体1.5旋转；和大型螺旋桨Ⅳ配合连接的卡盘1.6安装在回转体1.5的下部；

平移机构Ⅲ中的平移臂3.4和配重臂1.1二者直线布置在同一平面上，平移机构Ⅲ中的平移臂3.4通过第三螺钉3.a固定在回转体1.5右外侧面，平移臂3.4上通过第四螺钉3.b安装在第二滑轨3.5上，第二滑轨3.5中的第二导轨滑块3.5'通过第五螺钉3.c安装在平移台3.2上，齿轮齿条装置3.3通过第六螺钉3.d安装在平移臂3.4上，第四电机3.1通过第七螺钉3.e安装在平移台3.2上，第四电机3.1的动力输出轴穿过平移台3.2，并与齿轮齿条装置3.3中的齿轮3.3'通过胀紧套3.f相连；

测量磨抛装置Ⅱ与平移臂3.4成90°安装，测量磨抛装置Ⅱ中的第一导轨2.2通过第八螺钉2.a固定在支架2.3上，第一导轨2.2的第一导轨滑块2.2'通过第九螺钉2.b与平移机构Ⅲ中的平移台3.4相固定，丝杠座2.11通过第十螺钉2.c安装在支架2.3上，滚珠丝杠2.4安装在丝杠座2.11上，并与第一导轨2.2平行，滚珠丝杠2.4的丝杠螺母2.4'通过第十一螺钉2.d固定在平移机构Ⅲ中的平移台3.4上，第二电机2.1通过第十二螺钉2.e安装在支架2.3顶端，第二电机2.1的动力输出轴与滚珠丝杠2.4通过联轴节2.12相连，第三电机2.5通过第十三螺钉2.f安装在支架2.3的下端，第三电机2.5的动力输出轴与第一锥齿轮2.6通过键2.g相连，第二锥齿轮2.6'安装在轴2.13的右端，主动带轮2.7安装在轴2.13的左端，第一锥齿轮2.6与第二锥齿轮2.6'的轴线成90°布置；砂带2.8绕在主动轮2.7和带轮2.10之间，并张紧；测量头2.9安装在支架2.3下端，并指向大型螺旋桨Ⅳ。

本发明的显著效果是：针对大型螺旋桨叶面的数控测量和磨抛，是通过螺旋桨轴孔安装定位、测量和磨抛的基准统一，取代现有手工打磨加工方式，实现了大型螺旋桨叶面磨抛的自动化加工。采用测量与磨抛一体化方式，对大型螺旋桨叶面表面进行数据采集，实时测量，准确性高，使用方便；加工精度明显提高，加工后表面质量好。

附图说明

下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1为大型螺旋桨测量与磨抛一体化装置的结构示意简图，图2为图1右视图，图3为图1的俯视图，图4为图1的测量磨抛装置Ⅱ和平移机构Ⅲ所在部分的局部放大图，图5为图4的左视图，图6为图4的俯视图。

其中：I-回转机构、Ⅱ-测量磨抛装置、Ⅲ-平移机构、Ⅳ-大型螺旋桨；1.1-配重臂，1.2-配重块，1.3-第一电机、1.4-齿轮传动机构、1.5-回转体，1.6-卡盘，2.1-第二电机，2.2-第一导轨，2.2'-第一导轨滑块，2.3-支架，2.4-滚珠丝杠，2.4'-丝杠螺母，2.5-第三电机，2.6-第一锥齿轮，2.6'-第二锥齿轮，2.7-主动轮，2.8-砂带，2.9-测量头，2.10-带轮，2.11-丝杠座，2.12-联轴节，2.13-轴，3.1-第四电机，3.2-平移台，3.3-齿轮齿条装置，3.3'-丝杠螺母，3.4-平移臂，3.5-第二滑轨，3.5'-第二导轨滑块，1.a-第一螺钉，1.b-第二螺钉，3.a-第三螺钉，3.b-第四螺钉，3.c-第五螺钉，3.d-第六螺钉，3.e-第七螺钉，3.f-胀紧套，2.a-第八螺钉，2.b-第九螺钉，2.c-第十螺钉，2.d-第十一螺钉，2.e-第十二螺钉，2.f-第十三螺钉，2.g-键。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式。

螺旋桨叶片为复杂的三维自由曲面。螺旋桨加工时，应根据内表面廓形实际值和要求的理论去除量来控制磨头进行加工，要求机床不仅具有自由曲面的磨削功能，而且具有自由曲面的测量功能。因此，大型螺旋桨测量与磨抛一体化装置是一个集测量和磨抛于一体的数字化专用设备。采用一次装夹、两工位工作方式，完成叶片测量与磨抛加工过程，以消除或减小叶片测量与磨抛加工的安装误差。加工时首先对螺旋桨叶片表面进行数据采集，确定螺旋桨叶片的实际轮廓；根据实际轮廓和加工去除量对磨抛的加工轨迹进行规划；最后用砂带对叶片进行磨抛加工。

测量时，先将大型螺旋桨Ⅳ放在地表面上，提供主轴回转运动的回转机构I通过卡盘1.6安装在大型螺旋桨Ⅳ上；回转体1.5的回转轴线与被测量和加工的所述大型螺旋桨Ⅳ的轴线重合；调节配重块1.2的位置，使整个装置达到平衡，并通过螺钉连接将配重块1.2安装在配重臂1.1上；

用于驱动回转体1.5进行回转运动的第一电机1.3通过传动机构1.4实现回转体1.5的回转运动，传动机构1.4可以是公知技术中的任何可实现转动并消除转动惯性的传动机构，比如通过齿轮啮合副实现回转体1.4相对于大型螺旋桨Ⅳ的轴线做回转运动，也可以是蜗轮蜗杆传动；本实施例中，采用齿轮啮合副实现回转运动；

平移臂3.4与大型螺旋桨Ⅳ的轴线相垂直，平移台3.2通过第二导轨滑块3.5'，与第二滑轨3.5之间以可往复滑动的方式单自由度配合；第二滑轨3.5通过第四螺钉3.b安装在平移臂3.4上，第四电机3.1固定设置在平移台3.2上，第四电机3.1的动力输出轴穿过平移台3.2，并与安装在平移臂3.4上的齿轮齿条装置3.3中的齿轮3.3'相连，驱动平移台3.2在平移臂3.4上沿大型螺旋桨Ⅳ的径向方向往复运动；

测量磨抛装置Ⅱ与平移臂3.4相垂直，通过第一导轨2.2的第一导轨滑块2.2'及滚珠丝杠2.4的丝杠螺母2.4'同平移台3.2连接，使测量磨抛装置Ⅱ与平移台3.2以可往复滑动的方式单自由度配合，支架2.3顶端安装有第二电机2.1，第二电机2.1的动力输出轴与设置在支架2.3上的滚珠丝杠2.4相连，驱动测量磨抛装置Ⅱ在竖直方向大型螺旋桨Ⅳ的轴向方向上的移动；测量头2.9安装在支架2.3下端，并指向大型螺旋桨Ⅳ。

测量过程如下：实际测量过程中，由于大型螺旋桨Ⅳ的叶片为曲面，测量头2.9与大型螺旋桨Ⅳ的叶片接触。通过第一电机1.3实现测量头2.9绕大型螺旋桨Ⅳ的轴线回转，第四电机3.1实现测量头2.9沿大型螺旋桨Ⅳ径向方向移动，第二电机2.1实现测量头沿大型螺旋桨Ⅳ的轴向方向移动。第一电机1.3和第四电机3.1同时工作，第二电机2.1停止运动，使测量头2.9在起始半径处以连续扫描的方式对该半径下的叶片形貌进行数据采集，扫描测量轨迹为该半径下的螺旋线。该半径的叶片螺旋线扫描测量完成后，第二电机2.1运动，使测量磨抛装置Ⅱ沿大型螺旋桨Ⅳ的径向运动，移动一定的进给量，到达下一个扫描测量半径处，第二电机2.1停止运动。采用上述相同方式逐半径对叶片进行扫描测量；直到整个叶片扫描测量完成。扫描测量完毕后，拆除测量头2.9，以便对砂带对叶片进行磨抛时，保护测量头。

磨抛过程如下：测量磨抛装置Ⅱ中的第三电机2.5通过第一锥齿轮2.6和第二锥齿轮2.6'配合传动，带动主动轮2.7高速旋转。带轮2.10安装在测量头2.9同侧。砂带2.8绕在主动轮2.7和带轮2.10之间并张进，构成传动连接关系，砂带2.8高速运动，并通过带轮2.10与叶片表面接触，形成磨抛。根据扫描测量的结果，计算出切削量，并采用和扫描测量相同的运动方式，逐半径对大型螺旋桨Ⅳ的叶片进行磨抛，直到整个大型螺旋桨Ⅳ的叶片加工完毕。

本发明在一次装卡安装后，可对大型螺旋桨的叶片表面进行测量及磨抛加工，测量实时性好、准确性高、使用方便；并可取代现有手工打磨加工方式，实现了大型螺旋桨叶面磨抛的自动化加工，加工精度高，加工后表面质量好；本发明适用于各种型号螺旋桨，其通用性强；具有可预期的巨大的经济价值和社会价值。

Claims (1)

1.一种大型螺旋桨测量与磨抛一体化装置，其特征在于：所述大型螺旋桨测量与磨抛一体化装置由回转机构（I）、测量磨抛装置（Ⅱ）、平移机构（Ⅲ）三部分构成：被测量加工的大型螺旋桨（Ⅳ）通过卡盘（1.6）安装在回转机构（I）的下部；

回转机构（I）中回转体（1.5）的回转轴线与被测量和加工的大型螺旋桨（Ⅳ）的轴线重合；回转机构（I）中的配重块（1.2）通过第一螺钉（1.a）安装在配重臂（1.1）上；配重臂（1.1）通过第二螺钉（1.b）固定在回转体（1.5）左外侧面上，第一电机（1.3）的输出轴装有齿轮传动机构（1.4）中的输入齿轮，通过齿轮传动机构（1.4）传动回转体（1.5）上的齿圈回转，使回转体（1.5）旋转；和大型螺旋桨Ⅳ配合连接的卡盘（1.6）安装在回转体（1.5）的下部；

平移机构（Ⅲ）中的平移臂（3.4）和配重臂（1.1）二者直线布置在同一平面上，平移机构（Ⅲ）中的平移臂（3.4）通过第三螺钉（3.a）固定在回转体（1.5）右外侧面，平移臂（3.4）通过第四螺钉（3.b）安装在第二滑轨（3.5）上，第二滑轨（3.5）上的第二导轨滑块（3.5'）通过第五螺钉（3.c）安装在平移台（3.2）上，齿轮齿条装置（3.3）通过第六螺钉（3.d）安装在平移臂（3.4）上，第四电机（3.1）通过第七螺钉（3.e）安装在平移台（3.2）上，第四电机（3.1）的动力输出轴穿过平移台（3.2），并与齿轮齿条装置（3.3）中的齿轮（3.3'）通过胀紧套（3.f）相连；

测量磨抛装置（Ⅱ）与平移臂（3.4）成90°安装，测量磨抛装置（Ⅱ）中的第一导轨（2.2）通过第八螺钉（2.a）固定在支架（2.3）上，第一导轨（2.2）的第一导轨滑块（2.2'）通过第九螺钉（2.b）与平移机构（Ⅲ）中的平移台（3.4）相固定，丝杠座（2.11）通过第十螺钉（2.c）安装在支架（2.3）上，滚珠丝杠（2.4）安装在丝杠座（2.11）上，并与第一导轨（2.2）平行，滚珠丝杠（2.4）的丝杠螺母（2.4'）通过第十一螺钉（2.d）固定在平移机构（Ⅲ）中的平移台（3.4）上，第二电机（2.1）通过第十二螺钉（2.e）安装在支架（2.3）顶端，第二电机（2.1）的动力输出轴与滚珠丝杠（2.4）通过联轴节（2.12）相连，第三电机（2.5）通过第十三螺钉（2.f）安装在支架（2.3）的下端，第三电机（2.5）的动力输出轴与第一锥齿轮（2.6）通过键（2.g）相连，第二锥齿轮（2.6'）安装在轴（2.13）的右端，主动带轮（2.7）安装在轴（2.13）的左端，第一锥齿轮（2.6）与第二锥齿轮（2.6'）的轴线成90°布置；砂带（2.8）绕在主动轮（2.7）和带轮（2.10）之间，并张紧；测量头（2.9）安装在支架（2.3）下端，并指向大型螺旋桨（Ⅳ）。

Images