CN102886699B - 一种加工螺旋桨桨叶的支撑方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种加工螺旋桨桨叶的支撑装置及支撑方法，支撑装置由底座和位于底座上面的真空吸盘组件构成，底座包括底部真空吸盘、底盘、液压缸及活塞杆，底盘底部中间位置连接底部真空吸盘，底盘顶部中间位置设置液压缸，活塞杆底端伸入液压缸中；真空吸盘组件包括限位开关、弹簧、支架、顶杆、定位螺钉和顶部吸盘；对螺旋桨桨叶进行分析和计算，确定支撑装置所在的区域，对于直径小于4米的螺旋桨桨叶，将支撑装置的支撑点布置于螺旋桨叶的五点位置，对于直径大于4米的螺旋桨桨叶，将支撑装置的支撑点布置于螺旋桨叶的七点位置，能快速完成支撑，提高支撑装置的刚度和提高螺旋桨桨叶的支撑效果。

Description

一种加工螺旋桨桨叶的支撑方法

技术领域

本发明涉及整体式船用螺旋桨桨叶的加工工装，具体是在螺旋桨叶片加工过程中，用于确定支撑点的数量和位置，并且使用专用工装对桨叶进行固定。 

背景技术

目前，大型整体式螺旋桨的加工多采用通用五轴联动数控龙门铣床或五轴联动数控立式车铣床对螺旋桨进行切削加工。对于整体式螺旋桨，桨叶悬臂距离较长，桨叶刚度差，加工过程中容易发生变形和振动。为了提高加工质量和效率，必须对桨叶进行较好的辅助支撑。螺旋桨桨叶外表面多是曲面形状，没有规则的平面或圆柱面用于支撑定位。螺旋桨桨叶的厚度不均匀，不同类型的螺旋桨，其桨叶的形状也不同，但是，总体上是桨叶的边缘位置较薄，中心位置较厚；距离桨毂越近的位置越厚，距离桨毂越远的位置桨叶越薄。 

针对螺旋桨桨叶的结构特点，在螺旋桨的加工过程中，对桨叶的合理支撑是获得较好的加工质量的必要条件。目前，常用的方法是在螺旋桨桨叶边缘位置布置千斤顶，对桨叶进行支撑。使用这种方式支撑，支撑的点位置和数量主要通过现场操作人员的实践经验决定，因此，合理布置千斤顶的位置较为困难；另外，使用千斤顶支撑螺旋桨不能准确控制预紧力，如果预紧力过大，会导致螺旋桨变形，影响加工精度；使用千斤顶支撑螺旋桨耗费时间较长，会降低加工效率。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种适合大型船用整体式螺旋桨桨叶的支撑装置及支撑方法，可快速支撑螺旋桨桨叶，并可确定支撑点数量和位置，提高加工精度。 

本发明加工螺旋桨桨叶的支撑装置采用的技术方案是：由底座和位于底座上面的真空吸盘组件构成，底座包括底部真空吸盘、底盘、液压缸及活塞杆，底盘底部中间位置连接底部真空吸盘，底盘顶部中间位置设置液压缸，活塞杆底端伸入液压缸中；真空吸盘组件包括限位开关、弹簧、支架、顶杆、定位螺钉和顶部吸盘，活塞杆顶端连接支架底端，支架为圆筒形，支架内腔中设有限位开关、弹簧和顶杆，限位开关固定连接底座且限位开关顶部连接弹簧，弹簧连接顶杆底端，顶杆顶端通过球形铰链连接顶部吸盘，支架侧壁设有可锁紧顶杆的定位螺钉。 

本发明加工螺旋桨桨叶的支撑装置的支撑方法采用的技术方案是包括如下步骤： 

1）对于直径小于4米的螺旋桨桨叶，将支撑装置的支撑点布置于螺旋桨叶的A、B、C、B2、C2五点位置，A点是桨叶距离桨毂中心最远端点，B点和C点是位于半径为R2的圆上且是桨叶两边缘位置的两点，B2点和C2点位于半径为R3的圆上且是桨叶两边缘位置的两点，R2=R1+0.75D，R3=R1+0.4*D ，R1为桨毂半径，D为桨叶最大半径与桨毂半径R1之差；

2）对于直径大于4米的螺旋桨桨叶，将支撑装置的支撑点布置于螺旋桨叶的A12、B12、C12、B22、C22、B32、C32七点位置，A12点是桨叶距离桨毂中心最远端点，B12点和C12点位于半径为R12的圆上且是桨叶两边缘位置的两点，B22点和C22点位于半径为R22的圆上且是桨叶两边缘位置的两点，B32点和C32点位于半径为R32的圆上且是桨叶两边缘位置的两点，R12=R42+0.84D2，R22=R42+0.6D2，R32=R42+0.3*D2，R4为桨毂半径，D2为桨叶最大半径与桨毂半径之差；

3）将一个支撑装置放置于辅助工作台上，并使底部真空吸盘吸附在辅助工作台上表面上，顶部吸盘与螺旋桨桨叶下表面的曲面接触；由液压缸推动活塞杆向上运动，顶部吸盘逐渐压紧螺旋桨桨叶，直到顶杆压紧限位开关后，启动限位开关，控制液压缸停止，拧紧定位螺钉，完成一个支撑点的支撑；

4）重复步骤3），完成其它支撑装置的支撑。

进一步地，本发明将辅助工作台表面分成多个区域，并对每个区域编号，将支撑装置支撑在与所述支撑点相对应的所述区域。 

本发明采用上述方案后，具有的有益效果是： 

1、本发明在支撑装置顶部安装真空吸盘以吸附和支撑螺旋桨桨叶，能快速完成支撑，提高支撑装置的刚度；通过定位螺钉、液压缸、弹簧、限位开关调节吸附和支撑的预紧力，提高螺旋桨桨叶的支撑效果。

2、本发明通过对螺旋桨桨叶进行分析和计算，确定支撑装置所在的区域，在螺旋桨切削加工过程中能合理选择支撑点数量和科学布置支撑点位置。 

3、通过辅助工作台可以确定支撑装置的位置，从而相对准确地确定支撑点的位置。

4、本发明结构简单，操作方便，适合实际应用。 

附图说明

图1是本发明加工螺旋桨桨叶的支撑装置图； 

图2是图1所示结构的剖视放大图；

图3是图2中真空吸盘组件5的结构连接放大图；

图4是图1所示支撑装置的工作状态图；

图5是图4中辅助工作台3的俯视图；

图6是图4中支撑装置2用于支撑直径小于4米的螺旋桨叶1时的支撑位置图；

图7是图4中支撑装置2用于支撑直径大于4米的螺旋桨叶1时的支撑位置图；

图中：1、辅助工作台，2、支撑装置，3、螺旋桨，4、底座，5、真空吸盘组件，6、底部真空吸盘，7、底盘，8、液压缸，9、液压缸盖，10、活塞杆，11、橡胶垫片，12、限位开关，13、弹簧，14、支架，15、定位螺钉，16、顶杆，17、顶部吸盘。

具体实施方式

如图1所示，本发明加工螺旋桨桨叶的支撑装置由真空吸盘组件5和底座4构成，真空吸盘组件5位于底座4的上面，底座4和真空吸盘组件5通过螺栓连接。 

如图2所示，底座4包括底部真空吸盘6、底盘7、液压缸8、液压缸盖9以及活塞杆10，在底盘7的底部中间位置安装底部真空吸盘6，底盘7和底部真空吸盘6之间使用螺纹连接。在底盘7顶部中间位置安装液压缸8，液压缸8与底盘7之间采用螺栓连接。液压缸盖9通过螺纹连接液压缸8顶面。活塞杆10的底端伸入液压缸8中，活塞杆10的顶端连接真空吸盘组件5，液压缸8的侧壁加工进油孔和出油孔，向液压缸8中注入液压油，能推动活塞杆10上下运动，进而推动真空吸盘组件5上下运动。 

如图2和图3所示，真空吸盘组件5包括橡胶垫片11、限位开关12、弹簧13、支架14、顶杆16、定位螺钉15和顶部吸盘17。支架14为圆筒形，活塞杆10的顶端通过螺栓连接支架14的底端，在活塞杆10和支架14之间安装橡胶垫片11。圆筒形支架14的内腔中安装限位开关12、弹簧13和顶杆16，限位开关12位于支架14内腔底部，限位开关12通过螺纹固定在底座4上，限位开关12顶部连接弹簧13，弹簧13连接顶杆16底端，顶杆16顶端通过球形铰链连接位于顶杆16上方的顶部吸盘17。顶杆16与支架14内腔间隙配合。在支架14的侧壁上开一个螺孔，用于安装定位螺钉15，定位螺钉15锁紧顶杆16外壁，用于固定顶杆16的位置。顶杆16受到上部压力以后，能够压缩弹簧13，进而自动调节高度，并通过定位螺钉15固定。 

本发明可在一个底座4的上方布置三个真空吸盘组件5，三个真空吸盘组件5沿活塞杆10顶端的圆周方向均匀布置，即在活塞杆10的顶端布置的三个支架14沿活塞杆10顶端的圆周方向均匀布置。 

如图4所示，在加工螺旋桨桨叶1时，将本发明的支撑装置2放置于辅助工作台3上，并使底部真空吸盘6吸附在辅助工作台3上表面上，使顶部吸盘17与螺旋桨桨叶1下表面的曲面充分接触。辅助工作台3是一块平板，辅助工作台3的形状与螺旋桨桨叶1从上至下投影在辅助工作台3的投影形状相似，辅助工作台3的工作面积大于螺旋桨桨叶1的投影面积。由于不同螺旋桨桨叶1的投影面积不同，为了放置支撑装置2，辅助工作台3取其中螺旋桨桨叶1投影面积较大值作为参考值。 

在安装辅助工作台3之前先建立工件坐标系，工件坐标系原点为螺旋桨中心。通过原点，且垂直于工作平面且平分桨叶的平面，这一平面与辅助工作台3交于一条直线，以这条直线为X轴；以机床Z轴作为工件坐标系的Z轴；根据机床工作台的不同，安装辅助工作台3的方法也不同，现根据机床工作台的类型说明辅助工作台3的安装方法：对于圆形机床工作台，螺旋桨的中心应该与机床工作台中心重合；某一桨叶的中心线，应该是机床工作台上的一条T型槽。在该T型槽上确定两个点并做标记，两点坐标是（R1+200mm，0，0）和（R1+4250mm，0，0），R1是桨毂直径。安装辅助工作台3，确保辅助工作台3底面的定位槽与机床工作台上确定的T型槽对齐，并且辅助工作台3的前端定位槽与点（R1+200mm，0，0）对齐，后端定位槽与点（R1+4250mm，0，0）对齐。对于矩形机床工作台，首先应该划线确定螺旋桨中心在机床工作台上的位置，并确保螺旋桨某一桨叶的中心线是机床工作台上的一条T型槽。在该T型槽上确定两个点并做标记，两点坐标是（R1+200mm，0，0）和（R1+4250mm，0，0），R1是桨毂直径。安装辅助工作台3，确保辅助工作台3底面的定位槽与机床工作台上确定的T型槽对齐，并且辅助工作台3的前端定位槽与点（R1+200mm，0，0）对齐，后端定位槽与点（R1+4250mm，0，0）对齐。 

安装辅助工作台3以后，再安装螺旋桨，使螺旋桨的中心位于设定好的位置；同时，螺旋桨桨叶1的中心线与机床工作台上的一条T型槽对齐。 

如图5所示，将辅助工作台3表面分成多个区域，并对每个区域进行编号，如A1，A2等。辅助工作台3表面区域可以划分圆形、方形、矩形等，具体划分方法没有限制。图5仅采用圆环形划分，划分区域时，先将辅助工作台3划分成七段同心圆环，然后将每个圆环划分成多段区域即可。 

螺旋桨桨叶1在加工过程中的振动和弹性变形主要受到两个因素影响。第一个因素是螺旋桨桨叶1的直径，第二个因素是螺旋桨桨叶1的厚度。因此，支撑装置2的支撑点应该布置在远离桨毂的位置，或者布置在桨叶厚度较薄的边缘位置。根据螺旋桨数控加工实际经验和有限元软件仿真分析的结果，对于直径小于4米的螺旋桨，使用5个本发明支撑装置2就可以满足加工要求；对于直径在4米到8米之间的螺旋桨，使用7个本发明支撑装置2可以满足加工要求。 

如图6所示，对于直径小于4米的螺旋桨，首先应该将支撑装置2的支撑点布置于螺旋桨的最远端的A点，R1为桨毂半径，D为螺旋桨最大半径与桨毂半径R1之差，R3=R1+0.4*D；点B2和C2位于圆R3上，且分别位于螺旋桨的边缘位置；R2=R1+0.75D；点B和C位于圆R2上，且分别位于螺旋桨的边缘位置；把支撑点布置在点A、B、C、B2、C2位置，可以很好的支撑螺旋桨桨叶1。通过提取这五个点的坐标，然后找到每个点在辅助工作台1上对应的区域。如图6所示，将辅助工作台1划分为其对应的区域分别是：F3、E2、E3、C1和C4。将支撑装置2支撑在该对应的区域。 

如图7所示，对于直径大于4米的螺旋桨，首先应该将支撑装置2的支撑点布置于螺旋桨的最远端的A12点，R42为桨毂半径，D2为螺旋桨最大半径与桨毂半径之差，R32=R42+0.3*D2；点B32和C32位于半径为R32的圆上，且分别位于螺旋桨叶的边缘位置；R22=R42+0.6D2；点B22和C22位于圆R22上，且分别位于螺旋桨叶的边缘位置；R12=R42+0.84D2；点B12和C12位于圆R12上，且分别位于螺旋桨叶的边缘位置；把支撑点布置在点A12、B12、C12、B22、C22、B32、C32位置，可以很好地支撑螺旋桨桨叶1。通过提取这七个点的坐标，然后找到每个点在辅助工作台1上对应的区域；如图7，其对应的区域分别是：F3、E2、E3、D2、D4、B1和B4。 

通过以上方法，能够快速地确定支撑装置2的支撑点的位置。 

  将支撑装置2放置于辅助工作台1的位置上后，检查定位螺钉15，确认其处于非锁紧的放松状态，此时，因为弹簧13顶紧支撑杆16，所以支撑杆16处于最上端；弹簧13最大压紧力为20N，最小预紧力为5 N。由液压缸8推动活塞杆10向上运动，随着活塞杆10的上升，顶部吸盘17接触螺旋桨桨叶1的下表面曲面，并逐渐压紧，由于顶杆16和支架14内圆柱面之间采用间隙配合，所以顶杆16会压紧弹簧13，直到顶杆16压紧限位开关12，顶杆16压紧限位开关12后，启动限位开关12，发出电信号，启动出油孔的电磁换向阀，液压油从液压缸8中流出，液压缸8停止向上推动活塞杆10，活塞杆10停止上升。此时拧紧定位螺钉15，完成一个支撑点的支撑。然后再依次进行其它支撑装置2的安装，直到所用支撑装置2安装完毕。 

Claims (2)

1. 一种加工螺旋桨桨叶的支撑方法，采用加工螺旋桨桨叶的支撑装置，所述支撑装置由底座（4）和位于底座（4）上面的真空吸盘组件（5）构成，底座（4）包括底部真空吸盘（6）、底盘（7）、液压缸（8）及活塞杆（10），底盘（7）底部中间位置连接底部真空吸盘（6），底盘（7）顶部中间位置设置液压缸（8），活塞杆（10）底端伸入液压缸（8）中；真空吸盘组件（5）包括限位开关（12）、弹簧（13）、支架（14）、顶杆（16）、定位螺钉（15）和顶部吸盘（17），活塞杆（10）顶端连接支架（14）底端，支架（14）为圆筒形，支架（14）内腔中设有限位开关（12）、弹簧（13）和顶杆（16），限位开关（12）固定连接底座（4）且限位开关（12）顶部连接弹簧（13），弹簧（13）连接顶杆（16）底端，顶杆（16）顶端通过球形铰链连接顶部吸盘（17），支架（14）侧壁设有可锁紧顶杆（16）的定位螺钉（15），其特征是包括如下步骤：

1）对于直径小于4米的螺旋桨桨叶，将所述支撑装置的支撑点布置于螺旋桨叶的A、B、C、B2、C2五点位置，A点是桨叶距离桨毂中心最远端点，B点和C点是位于半径为R2的圆上且是桨叶两边缘位置的两点，B2点和C2点位于半径为R3的圆上且是桨叶两边缘位置的两点，R2=R1+0.75D，R3=R1+0.4*D ，R1为桨毂半径，D为桨叶最大半径与桨毂半径R1之差；

2）对于直径大于4米的螺旋桨桨叶，将所述支撑装置的支撑点布置于螺旋桨叶的A12、B12、C12、B22、C22、B32、C32七点位置，A12点是桨叶距离桨毂中心最远端点，B12点和C12点位于半径为R12的圆上且是桨叶两边缘位置的两点，B22点和C22点位于半径为R22的圆上且是桨叶两边缘位置的两点，B32点和C32点位于半径为R32的圆上且是桨叶两边缘位置的两点，R12=R42+0.84D2，R22=R42+0.6D2，R32=R42+0.3*D2，R4为桨毂半径，D2为桨叶最大半径与桨毂半径之差；

3）将一个所述支撑装置放置于辅助工作台上，并使底部真空吸盘（6）吸附在辅助工作台上表面上，顶部吸盘（17）与螺旋桨桨叶下表面的曲面接触；由液压缸（8）推动活塞杆（10）向上运动，顶部吸盘（17）逐渐压紧螺旋桨桨叶，直到顶杆（16）压紧限位开关（12）后，启动限位开关（12）控制液压缸（8）停止，拧紧定位螺钉（15），完成一个支撑点的支撑；

4）重复步骤3），完成其它所述支撑装置的支撑。

2.根据权利要求1所述的支撑方法，其特征是：将辅助工作台表面分成多个区域，并对每个区域编号，将所述支撑装置支撑在与所述支撑点相对应的所述区域。