CN112743396B - 一种螺旋桨清根加工机床及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种螺旋桨清根加工机床及方法,包括:刀具和竖向Z轴组件;竖向Z轴组件上连接有X1直线轴滑板和X2直线轴滑板;竖向Z轴组件的底端连接有底座;刀具通过摆管分别与X1直线轴滑板和X2直线轴滑板连接;刀具与摆管之间的连接位设有C向旋转机构,驱动刀具绕摆杆的轴线做旋转运动;竖向Z轴组件设有中心拉杆;X1直线轴滑板设置在X2直线轴滑板的底部;X1直线轴滑板靠近底座设置;桨毂安装在X1直线轴滑板与底座之间;或者桨毂安装在X2直线轴滑板的上端;本发明能够实现螺旋桨根部区域及桨毂部分毛坯表面数控加工的专用机构,替代传统的人工打磨、抛光的工艺形式,实现船用螺旋桨根部高效、高精度加工工程化应用。
Description
技术领域
本发明涉及螺旋桨加工技术领域,尤其涉及一种螺旋桨清根加工机床及方法。
背景技术
大型船用螺旋桨属于大型曲面类零件,其形状不规则,为保障螺旋桨的加工质量和加工效率,一般采用七轴五联动数控车铣复合机床,简称七轴五联动机床对螺旋桨进行加工,设备核心部件依赖进口、价格昂贵,且难以实现对根部的高效加工、加工成本居高不下,以至于在实际加工中一般采用人工打磨+抛光的形式对根部进行加工,加工质量难以保证、工人劳动强度大、工作环境差、且加工效率低,在一定程度上限制了,螺旋桨性能的提升。
发明内容
为了克服上述现有技术中的不足,本发明提供一种螺旋桨清根加工机床,包括:刀具和竖向Z轴组件;竖向Z轴组件上连接有X1直线轴滑板和X2直线轴滑板;竖向Z轴组件的底端连接有底座;
刀具通过摆管分别与X1直线轴滑板和X2直线轴滑板连接;
刀具与摆管之间的连接位设有C向旋转机构,驱动刀具绕摆杆的轴线做旋转运动;
竖向Z轴组件与X1直线轴滑板之间的连接位设有C1向旋转机构,C1向旋转机构驱动X1直线轴滑板围绕竖向Z轴组件旋转;
竖向Z轴组件与X2直线轴滑板之间的连接位设有C2向旋转机构,C2向旋转机构驱动X2直线轴滑板围绕竖向Z轴组件旋转;
竖向Z轴组件设有中心拉杆;
X1直线轴滑板设置在X2直线轴滑板的底部;X1直线轴滑板靠近底座设置;
桨毂安装在X1直线轴滑板与底座之间;或者桨毂安装在X2直线轴滑板的上端;
桨毂的中心孔与中心拉杆的中心共轴。
进一步需要说明的是,摆管通过球铰与X1直线轴滑板连接;
摆管通过虎克铰与X2直线轴滑板连接。
进一步需要说明的是,竖向Z轴组件还设有平衡气缸;
中心拉杆采用滚珠丝杠;平衡气缸驱动滚珠丝杠运转,带动X1直线轴滑板和X2直线轴滑板上下移动。
进一步需要说明的是,C1向旋转机构采用C1向伺服电机和C1向回转支承轴承驱动X1直线轴滑板围绕竖向Z轴组件旋转;
C2向旋转机构采用C2向伺服电机和C2向回转支承轴承驱动X2直线轴滑板围绕竖向Z轴组件旋转。
进一步需要说明的是,还包括:控制装置;
控制装置包括:加工数据通信单元、加工数据输入单元、感测单元、加工数据输出单元、加工数据存储器、接口单元、控制器和用于给控制装置提供电源的电源单元;
控制器通过加工数据通信单元连接上位机,向上位机传输加工数据以及接收上位机发送的控制信息;
控制器通过连接加工数据输入单元获取用户输入的加工数据信息;
感测单元感应加工过程信息,并传输给控制器;
加工数据输出单元接收控制器传输的加工数据并进行显示;
加工数据存储器接收控制器传输的加工数据并进行存储。
本发明还提供一种螺旋桨清根运动关系配置方法,方法包括:
机床配置有六个运动方向,分别为X1轴、X2轴、C1轴、C2轴、C轴和Z轴,坐标原点为O点;
初始状态下,刀具的刀心点P0的位置为(x0,y0,z0),杆P1和P2垂直于Y轴,杆P0和P1在XOZ平面内;
轴P0和轴P1分别为固定轴,则确定其位置关系,P1的位置为:
沿X轴的单位向量(1,0,0)为ux,沿Y轴的单位向量(0,0,1)为uy,沿Z轴的单位向量(0,0,1)为uz;
刀位点的位置为P(x,y,z),刀位点的法式为n(i,j,k),初始法矢为n0(i0,j0,0);
解析机床运动关系,Z轴单独对P0位置影响;C2轴与C1轴共同对P0位置影响;X2轴与X1轴共同对P0位置影响;C轴单独对P0位置影响。
解析Z轴运动,Z轴位移量为z’,则:
解析X1轴与X2轴运动,位移量分别为x1’和x2’,XOZ平面内,即绕P2点旋转角度θ,则:
其中:
解析C1与C2轴的旋转量,旋转角度分别为C1’和C2’,运动后在XOY平面内的投影的位置为P2’和P1’,则根据几何关系:
P2’P1’沿Z轴方向构成的平面如图所示,则:
其中:
解析C轴的旋转量,旋转角度为C’,则
综合以上分析:
进一步需要说明的是,安装机床时先将桨毂吊装至底座上,使底座中心孔与桨毂中心孔共轴,将中心拉杆吊装至桨毂中心孔内,通过液压夹具与底座固定安装,分别将X1直线轴滑板和X2直线轴滑板吊装至桨毂的正上方,通过液压夹具分别将X1直线轴滑板和X2直线轴滑板与中心拉杆固定。
从以上技术方案可以看出,本发明具有以下优点:
本发明针对船用螺旋桨根部加工存在的设备能力不足问题,基于螺旋桨清根运动关系配置方法能够实现螺旋桨根部区域及桨毂部分毛坯表面数控加工的专用机构,替代传统的人工打磨、抛光的工艺形式,实现船用螺旋桨根部高效、高精度加工工程化应用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案,下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为螺旋桨清根加工机床示意图;
图2为机床Z轴示意图;
图3为船用螺旋桨示意图;
图4为螺旋桨清根加工机床实施例示意图;
图5为绕P2点旋转角度θ示意图;
图6为几何关系示意图;
图7为P2’P1’沿Z轴方向构成的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明提出一种能够实现螺旋桨根部区域及桨毂部分毛坯表面数控加工的螺旋桨清根加工机床,替代传统的人工打磨+抛光的工艺形式,实现船用螺旋桨根部高效、高精度加工工程化应用。如图1至3所示,包括:刀具1和竖向Z轴组件;竖向Z轴组件上连接有X1直线轴滑板3和X2直线轴滑板4;竖向Z轴组件的底端连接有底座2;
刀具1通过摆管5分别与X1直线轴滑板3和X2直线轴滑板4连接;刀具1与摆管5之间的连接位设有C向旋转机构,驱动刀具1绕摆杆的轴线做旋转运动;
竖向Z轴组件与X1直线轴滑板3之间的连接位设有C1向旋转机构,C1向旋转机构驱动X1直线轴滑板3围绕竖向Z轴组件旋转;竖向Z轴组件与X2直线轴滑板4之间的连接位设有C2向旋转机构,C2向旋转机构驱动X2直线轴滑板4围绕竖向Z轴组件旋转;
竖向Z轴组件设有中心拉杆6;
X1直线轴滑板3设置在X2直线轴滑板4的底部;X1直线轴滑板3靠近底座2设置;桨毂7安装在X1直线轴滑板3与底座2之间;或者桨毂7安装在X2直线轴滑板4的上端;桨毂7的中心孔与中心拉杆6的中心共轴。
作为本发明的一种实施例,摆管5通过球铰与X1直线轴滑板3连接;摆管5通过虎克铰与X2直线轴滑板4连接。
竖向Z轴组件还设有平衡气缸8;中心拉杆6采用滚珠丝杠;平衡气缸8驱动滚珠丝杠运转,带动X1直线轴滑板3和X2直线轴滑板4上下移动。
C1向旋转机构采用C1向伺服电机11和C1向回转支承轴承驱动X1直线轴滑板3围绕竖向Z轴组件旋转;C2向旋转机构采用C2向伺服电机12和C2向回转支承轴承驱动X2直线轴滑板4围绕竖向Z轴组件旋转。
为实现不同区域的加工机床头部采用可快换机构,通过调整竖向Z轴组件与摆杆轴线角度,以满足不同加工区域的加工。
机床的摆动范围可容易实现25°的半锥摆动,配合刀轨优化生产软件可实现根部型面的加工。
优选地,设备整体尺寸:以7米的螺旋桨为例,机床安装后的高度在5m以内。机床加工初步刀具主轴参数:主轴转速≤3000n/mi主轴扭矩≤200Nm。
作为本发明的一种实施例,机床还包括:控制装置;
控制装置包括:加工数据通信单元、加工数据输入单元、感测单元、加工数据输出单元、加工数据存储器、接口单元、控制器和用于给控制装置提供电源的电源单元;控制器通过加工数据通信单元连接上位机,向上位机传输加工数据以及接收上位机发送的控制信息;控制器通过连接加工数据输入单元获取用户输入的加工数据信息;感测单元感应加工过程信息,并传输给控制器;加工数据输出单元接收控制器传输的加工数据并进行显示;加工数据存储器接收控制器传输的加工数据并进行存储。
本发明提供的螺旋桨清根加工机床的实施例描述的各示例的单元及算法步骤,能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现,为了清楚地说明硬件和软件的可互换性,在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行,取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能,但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
控制器可以通过使用特定用途集成电路(ASIC,Application SpecificIntegrated Circuit)、数字信号处理器(DSP,Digital Signal Processing)、数字信号处理装置(DSPD,Digital Signal Processing Device)、可编程逻辑装置(PLD,ProgrammableLogic Device)、现场可编程门阵列(FPGA,Field Programmable Gate Array)、处理器、控制器、微控制器、微处理器、被设计为执行这里描述的功能的电子单元中的至少一种来实施,在一些情况下,这样的实施方式可以在控制器中实施。对于软件实施,诸如过程或功能的实施方式可以与允许执行至少一种功能或操作的单独的软件模块来实施。软件代码可以由以任何适当的编程语言编写的软件应用程序(或程序)来实施,软件代码可以存储在存储器中并且由控制器执行。
本发明还提供一种螺旋桨清根运动关系配置方法,方法采用螺旋桨清根加工机床实现加工过程;如图4所示,
其中,机床共有6个轴的运动,分别为X1轴、X2轴、C1轴、C2轴、C轴和Z轴,坐标原点为O点。初始状态下,刀心点P0的位置为(x0,y0,z0),杆P1、杆P2垂直于Y轴,杆P0、杆P1在XOZ平面内。
由于轴P0、轴P1为固定轴,则相对位置关系唯一确定,P1的位置为:
沿X轴的单位向量(1,0,0)为ux,沿Y轴的单位向量(0,0,1)为uy,沿Z轴的单位向量(0,0,1)为uz。刀位点的位置为P(x,y,z),刀位点的法式为n(i,j,k),初始法矢为n0(i0,j0,0)。
分析机床运动关系,Z轴单独对P0位置影响;C2轴与C1轴共同对P0位置影响;X2轴与X1轴共同对P0位置影响;C轴单独对P0位置影响。
分析Z轴运动,Z轴位移量为z’,则:
分析X1轴与X2轴运动,位移量分别为x1’和x2’,XOZ平面内,其投影视图如下,即绕P2点旋转角度θ,则:如图5所示,
其中:
分析C1与C2轴的旋转量,旋转角度分别为C1’和C2’,运动后在XOY平面内的投影的位置为P2’和P1’,则根据几何关系:如图6和7所示,
P2’P1’沿Z轴方向构成的平面如图所示,则:
其中:
分析C轴的旋转量,旋转角度为C’,则
综合以上分析:
这样,本发明针对船用螺旋桨根部加工存在的设备能力不足问题,基于螺旋桨清根运动关系配置方法能够实现螺旋桨根部区域及桨毂部分毛坯表面数控加工的专用机构,替代传统的人工打磨、抛光的工艺形式,实现船用螺旋桨根部高效、高精度加工工程化应用。
本发明还涉及机床的安装方式,具体的,安装机床时先将桨毂吊装至底座上,使底座中心孔与桨毂中心孔共轴,将中心拉杆吊装至桨毂中心孔内,通过液压夹具与底座固定安装,分别将X1直线轴滑板和X2直线轴滑板吊装至桨毂的正上方,通过液压夹具分别将X1直线轴滑板和X2直线轴滑板与中心拉杆固定。
本发明提供的螺旋桨清根运动关系配置方法是结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤,能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现,为了清楚地说明硬件和软件的可互换性,在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行,取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能,但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (6)
1.一种螺旋桨清根运动关系配置方法,其特征在于,方法采用螺旋桨清根加工机床;
螺旋桨清根加工机床包括:刀具(1)和竖向Z轴组件;竖向Z轴组件上连接有X1直线轴滑板(3)和X2直线轴滑板(4);竖向Z轴组件的底端连接有底座(2);
刀具(1)通过摆管(5)分别与X1直线轴滑板(3)和X2直线轴滑板(4)连接;
刀具(1)与摆管(5)之间的连接位设有C向旋转机构,驱动刀具(1)绕摆杆的轴线做旋转运动;
竖向Z轴组件与X1直线轴滑板(3)之间的连接位设有C1向旋转机构,C1向旋转机构驱动X1直线轴滑板(3)围绕竖向Z轴组件旋转;
竖向Z轴组件与X2直线轴滑板(4)之间的连接位设有C2向旋转机构,C2向旋转机构驱动X2直线轴滑板(4)围绕竖向Z轴组件旋转;
竖向Z轴组件设有中心拉杆(6);
X1直线轴滑板(3)设置在X2直线轴滑板(4)的底部;X1直线轴滑板(3)靠近底座(2)设置;
桨毂(7)安装在X1直线轴滑板(3)与底座(2)之间;或者桨毂(7)安装在X2直线轴滑板(4)的上端;
桨毂(7)的中心孔与中心拉杆(6)的中心共轴;
方法包括:
机床配置有六个运动方向,分别为X1轴、X2轴、C1轴、C2轴、C轴和Z轴,坐标原点为O点;
初始状态下,刀具的刀心点P0的位置为(x0,y0,z0),杆P1和P2垂直于Y轴,杆P0和P1在XOZ平面内;
轴P0和轴P1分别为固定轴,则确定其位置关系,P1的位置为:
沿X轴的单位向量(1,0,0)为ux,沿Y轴的单位向量(0,0,1)为uy,沿Z轴的单位向量(0,0,1)为uz;
刀位点的位置为P(x,y,z),刀位点的法式为n(i,j,k),初始法矢为n0(i0,j0,0);
解析机床运动关系,Z轴单独对P0位置影响;C2轴与C1轴共同对P0位置影响;X2轴与X1轴共同对P0位置影响;C轴单独对P0位置影响;
解析Z轴运动,Z轴位移量为z’,则:
解析X1轴与X2轴运动,位移量分别为x1’和x2’,XOZ平面内,即绕P2点旋转角度θ,则:
其中:
解析C1与C2轴的旋转量,旋转角度分别为C1’和C2’,运动后在XOY平面内的投影的位置为P2’和P1’,则根据几何关系:
P2’P1’沿Z轴方向构成的平面如图所示,则:
其中:
解析C轴的旋转量,旋转角度为C’,则
综合以上分析:
2.根据权利要求1所述的螺旋桨清根运动关系配置方法,其特征在于,
安装机床时先将桨毂吊装至底座上,使底座中心孔与桨毂中心孔共轴,将中心拉杆吊装至桨毂中心孔内,通过液压夹具与底座固定安装,分别将X1直线轴滑板和X2直线轴滑板吊装至桨毂的正上方,通过液压夹具分别将X1直线轴滑板和X2直线轴滑板与中心拉杆固定。
3.根据权利要求1所述的螺旋桨清根运动关系配置方法,其特征在于,
摆管(5)通过球铰与X1直线轴滑板(3)连接;
摆管(5)通过虎克铰与X2直线轴滑板(4)连接。
4.根据权利要求1所述的螺旋桨清根运动关系配置方法,其特征在于,
竖向Z轴组件还设有平衡气缸(8);
中心拉杆(6)采用滚珠丝杠;平衡气缸(8)驱动滚珠丝杠运转,带动X1直线轴滑板(3)和X2直线轴滑板(4)上下移动。
5.根据权利要求1所述的螺旋桨清根运动关系配置方法,其特征在于,
C1向旋转机构采用C1向伺服电机(11)和C1向回转支承轴承驱动X1直线轴滑板(3)围绕竖向Z轴组件旋转;
C2向旋转机构采用C2向伺服电机(12)和C2向回转支承轴承驱动X2直线轴滑板(4)围绕竖向Z轴组件旋转。
6.根据权利要求1所述的螺旋桨清根运动关系配置方法,其特征在于,
还包括:控制装置;
控制装置包括:加工数据通信单元、加工数据输入单元、感测单元、加工数据输出单元、加工数据存储器、接口单元、控制器和用于给控制装置提供电源的电源单元;
控制器通过加工数据通信单元连接上位机,向上位机传输加工数据以及接收上位机发送的控制信息;
控制器通过连接加工数据输入单元获取用户输入的加工数据信息;
感测单元感应加工过程信息,并传输给控制器;
加工数据输出单元接收控制器传输的加工数据并进行显示;
加工数据存储器接收控制器传输的加工数据并进行存储。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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