一种用于加工螺旋桨的机床的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于加工螺旋桨的机床，包括基座、第一加工装置、第二加工装置、工作台；工作台固定设置在基座上，第一、第二加工装置对称设置在工作台的两侧并与基座相连；第一加工装置包括底座、支撑导向架、上层加工机构、下层加工机构；底座固定连接在基座的顶面上，支撑导向架固定设置在底座的上表面，上层加工机构和下层加工机构分别设置在支撑导向架的上方和下方；上层加工机构包括上层固定架、上层Y向驱动装置、溜板、并联加工机构；下层加工机构包括下层固定架、并联加工机构、下层Y向驱动装置；本发明既扩大了机床作业空间，又提高了机床刚度和加工精度，一次装夹即可完成螺旋桨的加工，效率高。
【专利说明】-种用于加工螺旋桨的机床
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种机床，尤其是涉及一种用于加工螺旋桨的机床，属于机械制造技 术领域。
【背景技术】
[0002] 目前为止，大型船用螺旋桨的加工基本上采用以下几种方案：1、先将螺旋桨的每 个叶片和轮毂分解开独立加工，然后将各部件组装使用。这种方式加工出来的螺旋桨由于 结构限制，其对称度和刚度都受到一定影响，另外多次安装存在累积误差，可靠性比整体式 螺旋桨差。2、采用龙门式多轴联动数控铣床，将螺旋桨固定在立柱中间的工作台上，加工好 上表面后将其翻转再加工另一面，最后采用少量的手工修整。这种加工方法需要多次装夹 才能完成整个螺旋桨的加工，大型船用螺旋桨直径、重量较大使其翻转和装夹都比较困难， 并且多次装夹存在重复定位误差，影响螺旋桨的制造精度；另外，螺旋桨叶根部多是曲面形 状，有重叠区域，加工过程中机床、刀具与螺旋桨的干涉和碰撞问题一直无法完全解决。3、 使用砂带磨床和手工打磨相结合的方法来加工螺旋桨。磨削是一般加工过程的最后工序， 完成零件的精加工，表面质量也较好。砂带磨床的工作原理是依靠砂带的快速转动对工件 进行磨削和抛光，但由于目前砂带及磨削特性理论研究和砂带磨削复杂曲面加工技术还不 够成熟，加上砂带磨削自身的结构限制，使其更多适合单体叶片的磨削加工。人工打磨虽然 能够完成螺旋桨整体的打磨和抛光，但加工精度取决于工人的技术水平和熟练程度，工作 环境恶劣，劳动强度大，受人的主观不稳定因素影响较大，而且效率较低。
[0003] 针对大型船用螺旋桨翻转困难及再次装夹带来重复定位误差，赵虎等人于2009 年申请的专利号为200910038368. 6的《六轴五联动螺旋桨加工中心》专利和张胜文等人于 2012年申请的专利号为201210233126. 6的《双动力头螺旋桨专用数控专用数控机床及加 工方法》专利分别采用螺旋桨横向放置来避免翻转且使机床结构紧凑和使用上下两套动力 头系统一次装夹就可完成整个螺旋桨的加工，提高了加工效率并且减轻了劳动强度，对大 型螺旋桨加工机床设计提供了一定的指导作用。随着海洋工程的发展及领海主权的捍卫， 国内外对大型船用螺旋桨加工机床的研究开发也在不断深入。目前，韩国的大韩精密机械 公司研发出了可加工直径为11米的船用螺旋桨设备，型号为HPMC-110,是目前世界上可加 工螺旋桨直径最大的设备。该机床采用龙门式结构，Z轴可倾斜，有利于螺旋桨重叠区域的 加工。其缺点是不能同时加工螺旋桨的上下表面且龙门式结构对机床刚度也有影响。国 内，由武汉重型机床集团有限公司承担，华中科技大学、镇江中船瓦锡兰螺旋桨有限公司共 同研发的"螺旋桨用重型七轴五联动车铣复合加工机床"，已经通过科技成果鉴定，具有七 轴控制、五轴联动车铣复合加工、在线测量等功能，可实现对螺旋桨叶面重叠部分、非重叠 部分、桨叶轮廓以及桨毂中孔等加工区域的全面精密铣削加工，加工直径达8. 5米，扩展可 达12. 5米，高度达3. 3米。其缺陷是不能同时对螺旋桨两面双向加工，加工效率不够理想。 另外，龙门式结构为了提高机床刚度而增加构件重量，使得机床整体过于粗笨。
[0004] 鉴于前面的各种研究方案，大型船用螺旋桨的加工大多是采用串联结构式机床。 串联结构的优点是机床各轴运动相互独立，运动控制简单，技术比较成熟，工作空间大，灵 活性好。但串联机床为开链结构，存在悬臂部件，不但承受拉压载荷而且还承受弯扭载荷， 为了提高系统的刚度，就得增加构件的重量，使其动力学性能较差，同时也制约了进给速度 的大幅度提高。另外，串联机床中各环节变形量和连接处变形量叠加使得刀具与工件之间 的相对运动误差通常为各运动坐标的线性叠加，存在累积误差。然而，并联机构正好是对串 联机床有益的补充，它具有高刚度、高承载能力、高速度、低惯性、结构简单等优点，不存在 串联机构累积误差问题，空间位姿实现能力强，特别容易实现六轴联动，非常适于在航空、 航天、汽车领域完成复杂曲面的加工，如叶片、叶轮、螺旋桨等，代表性的是瑞典NEOS公司 的Tric印t系列并联机床，已成功应用在汽车、飞机的生产线上。并联机构表现出的特性使 得它非常适合加工复杂曲面零件并且加工效率高、加工稳定性好。它也存在缺陷，如位置正 解复杂，数控编程复杂，作业空间小等。
[0005] 大型船用螺旋桨是典型的复杂曲面薄壁类零件，叶根和轮毂交接处较为狭窄，叶 片存在重叠区域，目前的螺旋桨加工设备多为传统串联机构，加工时容易发生颤振、干涉和 碰撞等现象，需要翻转、多次装夹才能完成整个螺旋桨的加工，加工效率和加工精度低。如 何在扩大加工范围的同时还能提高加工效率、加工精度、机床刚度和稳定性，是当前数控加 工大型船用螺旋桨面对的一个重要难题。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是在于提供一种适于加工大型船用螺旋桨的设备，一次装夹就可以 完成整个螺旋桨的加工，避免重复定位误差；使用对称加工可以提高加工效率并且减小螺 旋桨在加工过程中的变形；结合串并联机构各自优点，既能扩大机床作业空间，又能提高机 床刚度和加工精度。
[0007] 本发明通过以下技术方案予以实现： 一种用于加工螺旋桨的机床，包括基座、第一加工装置、与第一加工装置完全一样的第 二加工装置、工作台；工作台固定设置在基座的上平面中心上，第一加工装置、第二加工装 置对称设置在工作台的两侧并与基座的上平面相连；第一加工装置和第二加工装置之间的 连线设为X方向，指向工作台的方向为正方向，根据右手法则即可确定Y方向和Z方向； 第一加工装置包括底座、支撑导向架、上层加工机构、下层加工机构；底座固定连接在 基座的上平面上，支撑导向架固定设置在底座的上表面，上层加工机构和下层加工机构分 别设置在支撑导向架的上方和下方； 底座为长方体结构零部件，其上平面设有数个平行于X方向的X向导向凸台，底座的上 平面的中部还设有平行于X向导向凸台的X向驱动装置，X向驱动装置包括X向电机座、一 对X向轴承座、X向驱动电机、一对X向轴承、X向滚珠丝杠、X向联轴器、X向丝杠螺母，X向 电机座和一对X向轴承座按上述顺序分别固定在底座X方向上，X向驱动电机和一对X向 轴承分别安装在X向电机座和一对X向轴承座内，X向滚珠丝杠的两端分别通过一对X向 轴承支撑，X向滚珠丝杠通过X向联轴器与X向驱动电机相连，X向丝杠螺母旋和在X向滚 珠丝杠上； 支撑导向架为长方体结构零部件，其中心沿着X方向设有长方体形状的中空部位，在 支撑导向架的下平面设有数个平行于X方向的X向导向凹槽，在支撑导向架的上平面设有 一对平行于Y方向的上层Y向导向凸台，在一对上层Y向导向凸台之间设有一个平行于Y方 向的上层Y向导向凹槽，上层Y向导向凹槽直通至中空部位的上端，在中空部位的下端设有 一对平行于Y方向的下层Y向导向凹槽；底座的X向驱动装置的X向丝杠螺母固定在支撑 导向架的下平面的中部，支撑导向架的数个X向导向凹槽与底座的数个X向导向凸台- 配合活动连接； 上层加工机构包括上层固定架、上层Y向驱动装置、溜板、并联加工机构；上层固定架 活动设置在支撑导向架的中空部位的上端，上层固定架为长方体结构零件，其中心沿着X 方向设有长方体形状的固定内腔一，在固定内腔一的坚直的两个侧面的中间部位上各设有 数个支撑轴孔一，在支撑轴孔一的两侧还设有数个定位孔一，在上层固定架的顶端设有长 方体形状的固定凸台，固定凸台活动连接在支撑导向架的上层Y向导向凹槽内并穿出，在 固定凸台上穿出上层Y向导向凹槽的部位沿着X方向设有一个固定方孔，在固定凸台上设 置在上层Y向导向凹槽的内部的中心位置处沿着Y方向设有一个丝杠螺纹孔；溜板为长方 体结构零件，在其下平面设有一对平行于Y方向的移动槽；溜板穿在固定凸台的固定方孔 内并与之配合连接，溜板的一对移动槽与支撑导向架的一对上层Y向导向凸台相互配合活 动连接；在上层Y向导向凹槽内沿着Y方向设有上层Y向驱动装置，上层Y向驱动装置包括 上层Y向电机座、一对上层Y向轴承座、上层Y向驱动电机、一对上层Y向轴承、上层Y向滚 珠丝杠、上层Y向联轴器，上层Y向电机座和一对上层Y向轴承座分别按照上述顺序固定在 支撑导向架的顶端的Y方向上，上层Y向驱动电机和一对上层Y向轴承分别安装在上层Y 向电机座和一对上层Y向轴承座内，上层Y向滚珠丝杠的两端分别通过一对上层Y向轴承 支撑，上层Y向滚珠丝杠通过上层Y向联轴器与上层Y向驱动电机相连，上层Y向滚珠丝 杠与上层固定架的丝杠螺纹孔旋和连接；并联加工机构固定设置在上层固定架的固定内腔 一内，并联加工机构包括定平台、动平台、三根伸缩杆、切削装置、球铰，定平台通过三根伸 缩杆与动平台活动连接，切削装置固定连接在动平台上，定平台为"工"字型的零部件，两个 相互平行的定位板通过一块连接板相连接，两个定位板的中心上各设有一个支撑轴孔二， 以支撑轴孔二为圆心还设有数个定位孔二，定平台两侧的支撑轴孔二与上层固定架两侧的 支撑轴孔一通过支撑轴连接，定位孔一与定位孔二通过定位销连接；伸缩杆包括外套筒、内 套筒、伸缩杆电机座、伸缩杆伺服电机、联轴器一、伸缩杆滚珠丝杠、轴承，外套筒的一端设 有轴承，另一端设有内花键，伸缩杆电机座固定连接在外套筒设有轴承的一端，伸缩杆伺服 电机固定设置在伸缩杆电机座上，伸缩杆滚珠丝杠的一端通过联轴器一与伸缩杆伺服电机 相连，轴承支撑伸缩杆滚珠丝杠，内套筒的一端设有丝杠螺纹孔二，其外圆设有外花键，滚 珠丝杠的另一端旋和在内套筒的丝杠螺纹孔二内，内套筒的外花键与外套筒的内花键配合 活动连接，外套筒设有伸缩杆伺服电机的一端通过球铰固定设置在定平台的连接板上，内 套筒的另一端通过球铰与动平台固定连接，切削装置包括转动头、转动头驱动电机、主轴伺 服电机、刀具装夹头，转动头垂直于动平台连接，将围绕垂直于动平台轴线的旋转方向设为 C向，将垂直于C向的旋转方向设为A向，转动头驱动电机与转动头固定连接，并驱动转动头 绕C向、A向转动，转动头的另一端设有主轴伺服电机，主轴伺服电机的一端设有刀具装夹 头； 下层加工机构包括下层固定架、与上层加工机构完全一致的并联加工机构、下层Y向 驱动装置；下层固定架活动设置在支撑导向架的中空部位的下端，下层固定架为长方体结 构零件，其中心沿着X方向设有长方体形状的固定内腔二，在固定内腔二的坚直的两个侧 面的中间部位各设有数个支撑轴孔三，在支撑轴孔三的两侧设有数个定位孔三，在下层固 定架的下平面沿着Y方向设有一对下层Y向导向凸台，一对下层Y向导向凸台与支撑导向 架的一对下层Y向导向凹槽相互配合活动连接；下层加工机构的并联加工机构的结构和安 装方式与上层加工机构的完全一致；下层Y向驱动装置包括下层Y向电机座、一对下层Y向 轴承座、下层Y向驱动电机、一对下层Y向轴承、下层Y向滚珠丝杠、下层Y向联轴器、下层Y 向丝杠螺母，下层Y向电机座和一对下层Y向轴承座分别按照上述顺序固定在支撑导向架 的中空部位的下端的Y方向上，下层Y向驱动电机和一对下层Y向轴承分别安装在下层Y 向电机座和一对下层Y向轴承座内，下层Y向滚珠丝杠的两端分别通过一对下层Y向轴承 支撑，下层Y向滚珠丝杠通过下层Y向联轴器与下层Y向驱动电机相连，下层Y向丝杠螺母 固定连接在下层固定架的下平面，下层Y向滚珠丝杠与下层Y向丝杠螺母旋和连接； 第二加工装置的结构与第一加工装置完全一致； 工作台包括工作台底座、旋转台、轴承二、固定工装、旋转电机、联轴器二，旋转台通过 轴承二连接设置在工作台底座的上平面，旋转电机设置在工作台底座的内部，并通过联轴 器二与旋转台连接，固定工装包括三爪卡盘和固定端盖，三爪卡盘设置在旋转台上，螺旋桨 固定设置在旋转台的上平面上，螺旋桨的下端通过三爪卡盘固定其轮毂，上端通过固定端 盖固定。
[0008] 本发明的目的还可以通过以下技术措施来进一步实现： 前述的一种用于加工螺旋桨的机床，基座的上平面设有两个圆弧轨道，圆弧轨道以基 座的中心为圆心；第二加工装置的底座的下平面还设有数个滚轮，滚轮设置在两个圆弧轨 道内，滚轮之间的距离与两个圆弧轨道之间的距离相等。
[0009] 前述的一种用于加工螺旋桨的机床，定位板的定位孔二到支撑轴孔二之间的距离 与上层固定架的定位孔一到支撑轴孔一之间的距离、下层固定架的定位孔三到支撑轴孔三 之间的距离相等。
[0010] 前述的一种用于加工螺旋桨的机床，定位板的定位孔二到支撑轴孔二之间的距离 与下层固定架的定位孔三到支撑轴孔三之间的距离相等。
[0011] 前述的一种用于加工螺旋桨的机床，上层Y向驱动装置和下层Y向驱动装置的行 程相等。
[0012] 本发明在工作台的两侧分别设有第一加工装置和第二加工装置，可同时对螺旋桨 进行加工，提高了生产效率，节约成本；并联加工机构具有较强的位姿实现能力，可以实现 多轴联动加工复杂曲面，由于并联加工机构范围有限，因此采用分区域加工大型船用螺旋 桨，并联加工机构的切削装置可切削螺旋桨单个叶片一面在X、Y方向一段范围内的Z向区 域空间，加工完一个区域后，上层Y向驱动装置和下层Y向驱动装置分别驱动上层固定架和 下层固定架沿Y方向移动继续加工叶片Y方向的下一个区域，直到叶片在X方向的一段范 围内Y方向全部被加工完毕，结合支撑导向架沿X方向移动就可以完成螺旋桨单个叶片的 一面加工，上层加工机构和下层加工机构可同时加工单个叶片的上、下两面，第一加工装置 和第二加工装置可同时加工两个叶片的上、下两面，加工完后工作台旋转可以继续下一组 叶片的加工，因此可以完成整个螺旋桨的加工，本发明通过上述的上下、左右对称布置的并 联加工机构来加工大型船用螺旋桨，并联加工机构本身的高刚度、高速度、低惯性使该机床 具有较好的动力学性能，减小机床振动，有较好的颤振稳定性；上下对称布置可以一次装夹 就完成螺旋桨上、下面的加工，避免重复定位误差，提高加工效率，而且可以抵消刀具切削 加工时部分轴向力从而减小叶片变形，具有良好的静力学性能，从而提高加工精度；左右双 向布置可以同时加工两个叶片，进一步提高加工效率。第一加工装置和第二加工装置对称 布置只适合叶片为偶数的螺旋桨加工，当螺旋桨叶片为偶数时，对称固定第一加工装置和 第二加工装置的底座；当螺旋桨叶片为奇数时，第二加工装置的底座在左右对称布置的基 础上沿着基座的圆弧轨道绕螺旋桨中心轴旋转180/n度（η为螺旋桨叶数)，然后固定底座 即可像加工偶数叶片那样同时加工两个叶片；加工时并联加工机构相对基座固定，而不是 加工过程中移动上层固定架和下层固定架，这样可以保证并联加工机构具有较好的刚性； 用支撑轴和定位销安装固定并联加工机构的定平台，使并联加工机构可在XZ方向平面内 转动，这样可以调整并联加工机构位姿适应不同型号尺寸的螺旋桨加工；此外，在总体设计 方案中使用同种结构类型的第一加工装置和第二加工装置，便于模块化设计，提高设计效 率。
[0013] 本发明的优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释， 这些实施例，是参照附图仅作为例子给出的。
【专利附图】
【附图说明】
[0014] 图1是本发明的立体图； 图2是本发明的主视图； 图3是本发明的左视图； 图4是本发明的并联加工机构的立体图； 图5是本发明的工作台的立体图。
【具体实施方式】
[0015] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0016] 如图1所示，包括基座1、第一加工装置2、与第一加工装置2完全一样的第二加工 装置4、工作台3 ;工作台3固定设置在基座1的上平面中心上，第一加工装置2、第二加工 装置4对称设置在工作台3的两侧并与基座1的上平面相连；第一加工装置2和第二加工 装置4之间的连线设为X方向，指向工作台3的方向为正方向，根据右手法则即可确定Y方 向和Z方向； 第一加工装置2包括底座21、支撑导向架23、上层加工机构25、下层加工机构29 ;底座 21固定连接在基座1的上平面上，支撑导向架23固定设置在底座21的上表面，上层加工机 构25和下层加工机构29分别设置在支撑导向架23的上方和下方； 如图2所示，底座21为长方体结构零部件，其上平面设有数个平行于X方向的X向导 向凸台211，底座21的上平面的中部还设有平行于X向导向凸台211的X向驱动装置22， X向驱动装置22包括X向电机座221、一对X向轴承座222、Χ向驱动电机223、一对X向轴 承224、X向滚珠丝杠225、X向联轴器226、X向丝杠螺母227, X向电机座221和一对X向 轴承座222按上述顺序分别固定在底座21Χ方向上，X向驱动电机223和一对X向轴承224 分别安装在X向电机座221和一对X向轴承座222内，X向滚珠丝杠225的两端分别通过 一对X向轴承224支撑，X向滚珠丝杠225通过X向联轴器226与X向驱动电机223相连， X向丝杠螺母227旋和在X向滚珠丝杠225上； 如图3所示，支撑导向架23为长方体结构零部件，其中心沿着X方向设有长方体形状 的中空部位235,在支撑导向架23的下平面设有数个平行于X方向的X向导向凹槽231，在 支撑导向架23的上平面设有一对平行于Y方向的上层Y向导向凸台232,在一对上层Y向 导向凸台232之间设有一个平行于Y方向的上层Y向导向凹槽234,上层Y向导向凹槽234 直通至中空部位235的上端，在中空部位235的下端设有一对平行于Y方向的下层Y向导向 凹槽236 ;底座21的X向驱动装置22的X向丝杠螺母227固定在支撑导向架23的下平面 的中部，支撑导向架23的数个X向导向凹槽231与底座21的数个X向导向凸台211 -一 配合活动连接； 上层加工机构25包括上层固定架26、上层Y向驱动装置24、溜板27、并联加工机构28 ; 上层固定架26活动设置在支撑导向架23的中空部位235的上端，上层固定架26为长方体 结构零件，其中心沿着X方向设有长方体形状的固定内腔一 262,在固定内腔一 262的坚直 的两个侧面的中心上各设有一个支撑轴孔一 265,以支撑轴孔一 265为圆心还设有一个定 位孔一 266,在上层固定架26的顶端设有长方体形状的固定凸台261，固定凸台261活动连 接在支撑导向架23的上层Y向导向凹槽234内并穿出，在固定凸台261上穿出上层Y向导 向凹槽234的部位沿着X方向设有一个固定方孔264,在固定凸台261上设置在上层Y向导 向凹槽234的内部的中心位置处沿着Y方向设有一个丝杠螺纹孔一 263 ;溜板27为长方体 结构零件，在其下平面设有一对平行于Y方向的移动槽271 ;溜板27穿在固定凸台261的 固定方孔264内并与之配合连接，溜板27的一对移动槽271与支撑导向架23的一对上层Y 向导向凸台232相互配合活动连接；在上层Y向导向凹槽234内沿着Y方向设有上层Y向 驱动装置24,上层Y向驱动装置24包括上层Y向电机座241、一对上层Y向轴承座242、上 层Y向驱动电机243、一对上层Y向轴承244、上层Y向滚珠丝杠245、上层Y向联轴器246， 上层Y向电机座241和一对上层Y向轴承座242分别按照上述顺序固定在支撑导向架23 的顶端的Y方向上，上层Y向驱动电机243和一对上层Y向轴承244分别安装在上层Y向 电机座241和一对上层Y向轴承座242内，上层Y向滚珠丝杠245的两端分别通过一对上 层Y向轴承244支撑，上层Y向滚珠丝杠245通过上层Y向联轴器246与上层Y向驱动电 机243相连，上层Y向滚珠丝杠245与上层固定架26的丝杠螺纹孔一 263旋和连接；如图 4所示，并联加工机构28固定设置在上层固定架26的固定内腔一 262内，并联加工机构28 包括定平台81、动平台82、三根伸缩杆83、切削装置84、球铰85,定平台81通过三根伸缩 杆83与动平台82活动连接，切削装置84固定连接在动平台82上，定平台81为"工"字型 的零部件，两个相互平行的定位板812通过一块连接板811相连接，两个定位板812的中心 上各设有一个支撑轴孔二814,以支撑轴孔二814为圆心还设有数个定位孔二813,定平台 81两侧的支撑轴孔二814与上层固定架26两侧的支撑轴孔一 265通过支撑轴连接，定位 孔一 266与定位孔二813通过定位销连接；伸缩杆83包括外套筒831、内套筒832、伸缩杆 电机座833、伸缩杆伺服电机834、联轴器一 835、伸缩杆滚珠丝杠836、轴承837,外套筒831 的一端设有轴承837,另一端设有内花键，伸缩杆电机座833固定连接在外套筒831设有轴 承837的一端，伸缩杆伺服电机834固定设置在伸缩杆电机座833上，伸缩杆滚珠丝杠836 的一端通过联轴器一 835与伸缩杆伺服电机834相连，轴承支撑伸缩杆滚珠丝杠836,内套 筒832的一端设有丝杠螺纹孔二838,其外圆设有外花键，滚珠丝杠的另一端旋和在内套筒 832的丝杠螺纹孔二838内，内套筒832的外花键与外套筒831的内花键配合活动连接，夕卜 套筒831设有伸缩杆伺服电机834的一端通过球铰85固定设置在定平台81的连接板811 上，内套筒832的另一端通过球铰85与动平台82固定连接，切削装置84包括转动头841、 转动头驱动电机842、主轴伺服电机843、刀具装夹头844,转动头841垂直于动平台82连 接，将围绕垂直于动平台82轴线的旋转方向设为C向，将垂直于C向的旋转方向设为A向， 转动头驱动电机842与转动头841固定连接，并驱动转动头841绕C向、A向转动，转动头 841的另一端设有主轴伺服电机843,主轴伺服电机843的一端设有刀具装夹头844。
[0017] 下层加工机构29包括下层固定架291、与上层加工机构25完全一致的并联加工机 构292、下层Y向驱动装置293 ;下层固定架291活动设置在支撑导向架23的中空部位235 的下端，下层固定架291为长方体结构零件，其中心沿着X方向设有长方体形状的固定内腔 二911，在固定内腔二911的坚直的两个侧面的中心上各设有一个支撑轴孔三914,以支撑 轴孔三914为圆心还设有一个定位孔三913,在下层固定架291的下平面沿着Y方向设有一 对下层Y向导向凸台912,一对下层Y向导向凸台912与支撑导向架23的一对下层Y向导 向凹槽236相互配合活动连接；下层加工机构29的并联加工机构292的结构和安装方式与 上层加工机构25的完全一致；下层Y向驱动装置293包括下层Y向电机座931、一对下层Y 向轴承934座932、下层Y向驱动电机933、一对下层Y向轴承934、下层Y向滚珠丝杠935、 下层Y向联轴器936、下层Y向丝杠螺母937,下层Y向电机座931和一对下层Y向轴承934 座932分别按照上述顺序固定在支撑导向架23的中空部位235的下端的Y方向上，下层Y 向驱动电机933和一对下层Y向轴承934分别安装在下层Y向电机座931和一对下层Y向 轴承934座932内，下层Y向滚珠丝杠935的两端分别通过一对下层Y向轴承934支撑，下 层Y向滚珠丝杠935通过下层Y向联轴器936与下层Y向驱动电机933相连，下层Y向丝 杠螺母937固定连接在下层固定架291的下平面，下层Y向滚珠丝杠935与下层Y向丝杠 螺母937旋和连接；定位板812的定位孔二813到支撑轴孔二814之间的距离与上层固定 架26的定位孔一 266到支撑轴孔一 265之间的距离、下层固定架291的定位孔三913到支 撑轴孔三914之间的距离相等。
[0018] 第二加工装置4的结构与第一加工装置2完全一致；基座1的上平面设有两个圆 弧轨道11，圆弧轨道11以基座1的中心为圆心；第二加工装置4的底座21的下平面还设 有数个滚轮41，滚轮41设置在两个圆弧轨道11内，滚轮41之间的距离与两个圆弧轨道11 之间的距离相等。
[0019] 如图5所示，工作台3包括工作台底座31、旋转台32、轴承二33、固定工装34、旋 转电机35、联轴器二36,旋转台32通过轴承二33连接设置在工作台底座31的上平面，旋 转电机35设置在工作台底座31的内部，并通过联轴器二36与旋转台32连接，固定工装34 包括三爪卡盘341和固定端盖342,三爪卡盘341设置在旋转台32上，螺旋桨5固定设置在 旋转台32的上平面上，螺旋桨5的下端通过三爪卡盘341固定其轮毂，上端通过固定端盖 342固定。
[0020] 根据螺旋桨型号分别用定位销和支撑轴来调整并联加工机构28的位置，绕支撑 轴旋转上层固定架26和下层固定架291，调整到合适位置，将定位销对准插入上层固定架 26的定位孔一 266和上层的定平台81的定位孔二813,另外定位销对准插入下层固定架 291的定位孔三913和下层的定平台81的定位孔二813,这样上、下层加工机构的Z方向位 置即固定好。
[0021] 支撑导向架23通过X向驱动装置22可实现X方向移动，X向驱动装置22的X向 滚珠丝杠225在X向驱动电机223的带动下驱动支撑导向架23底部的X向丝杠螺母227， 支撑导向架23在X向导向凸台211上沿X方向移动，用于调节切削装置84相对于螺旋桨 5的位置，调节好X方向距离后并固定。
[0022] 上层加工机构25通过上层Y向驱动装置24实现Y方向的移动，上层Y向驱动装 置24的上层Y向滚珠丝杠245在上层Y向驱动电机243的带动下驱动上层固定架26的丝 杠螺纹孔一 263,上层固定架26带动溜板27沿着上层Y向导向凸台232移动，实现上层固 定架26的Y方向移动，调节好上层Y方向的位置后并固定。
[0023] 下层加工机构29通过下层Y向驱动装置293实现Y方向的移动，下层Y向驱动装 置293的下层Y向滚珠丝杠935在下层Y向驱动电机933的带动下驱动下层固定架291的 下层Y向丝杠螺母937,下层固定架291沿着下层Y向导向凹槽236移动，实现下层固定架 291的Y方向移动，调节好下层Y方向的位置后并固定。
[0024] 并联加工机构28通过定平台81、动平台82、三根伸缩杆83连接起来形成闭环结 构，伸缩杆伺服电机834带动伸缩杆滚珠丝杠836转动，内套筒832与伸缩杆滚珠丝杠836 的配合连接将伸缩杆滚珠丝杠836的旋转运动转换为内套筒832的直线运动，从而通过三 根伸缩杆83的长度的变化驱动动平台82的位姿变化。转动头841与动平台82连接，辅助 并联加工机构以提高操作灵活性，转动头驱动电机842可驱动转动头841绕C向、A向转动， 主轴伺服电机843带动刀具装夹头844转动。
[0025] 在工作台底座31上安装旋转台32,它们之间用轴承二33连接以避免接触面的直 接摩擦，同时能承受较大的径向载荷，同时轴向的刚性好，将螺旋桨5安装在旋转台32上， 螺旋桨5的上平面通过固定端盖342固定，其底部的轮毂51通过三爪卡盘341固定，从而 实现螺旋桨5与旋转台32没有相对运动，利于提高定位精度，在加工的过程中，通过旋转电 机35转动，驱动旋转台32转动，旋转台32带动螺旋桨5转动，便于加工各个叶片。
[0026] 当螺旋桨5和第一、第二加工装置分别安装固定在所需位置后，等待数控系统启 动。
[0027] 静坐标系O-XYZ建在定平台81上，动坐标系0' -X' Y' Z'建在动平台82上，由螺旋 桨5的尺寸和形状合理配置切削装置84的角度以避免干涉且有良好的加工性能，根据转动 头841的尺寸和位姿可以得出转动头841与动平台82的连接点坐标，既而可以确定动平台 82的各铰接点在动坐标系中的坐标,动平台82上任一点在动坐标系中的向量R'可以通过 坐标变换到定平台81的静坐标系中，设T为定平台81位姿的方向余弦矩阵，P为动坐标系 原点在静坐标系中的坐标，则坐标变换公式为Ι? = ，伸缩杆83的杆长矢量可在静 坐标系中表示戈
【权利要求】
1. 一种用于加工螺旋桨的机床，其特征在于：包括基座、第一加工装置、与第一加工装 置完全一样的第二加工装置、工作台；所述工作台固定设置在基座的上平面中心上，所述第 一加工装置、第二加工装置对称设置在工作台的两侧并与基座的上平面相连；第一加工装 置和第二加工装置之间的连线设为X方向，指向工作台的方向为正方向，根据右手法则即 可确定Y方向和Z方向； 所述第一加工装置包括底座、支撑导向架、上层加工机构、下层加工机构；所述底座固 定连接在基座的上平面，所述支撑导向架固定设置在底座的上表面，所述上层加工机构和 下层加工机构分别设置在支撑导向架的上方和下方； 所述底座为长方体结构零部件，其上平面设有数个平行于X方向的X向导向凸台，所述 底座的上平面的中部还设有平行于X向导向凸台的X向驱动装置，所述X向驱动装置包括X 向电机座、一对X向轴承座、X向驱动电机、一对X向轴承、X向滚珠丝杠、X向联轴器、X向 丝杠螺母，所述X向电机座和一对X向轴承座按上述顺序分别固定在底座X方向上，所述X 向驱动电机和一对X向轴承分别安装在X向电机座和一对X向轴承座内，X向滚珠丝杠的 两端分别通过一对X向轴承支撑，X向滚珠丝杠通过X向联轴器与X向驱动电机相连，X向 丝杠螺母旋和在X向滚珠丝杠上； 所述支撑导向架为长方体结构零部件，其中心沿着X方向设有长方体形状的中空部 位，在支撑导向架的下平面设有数个平行于X方向的X向导向凹槽，在支撑导向架的上平面 设有一对平行于Y方向的上层Y向导向凸台，在所述一对上层Y向导向凸台之间设有一个 平行于Y方向的上层Y向导向凹槽，所述上层Y向导向凹槽直通至中空部位的上端，在所述 中空部位的下端设有一对平行于Y方向的下层Y向导向凹槽；所述底座的X向驱动装置的 X向丝杠螺母固定在支撑导向架的下平面的中部，所述支撑导向架的数个X向导向凹槽与 底座的数个X向导向凸台--配合活动连接； 所述上层加工机构包括上层固定架、上层Y向驱动装置、溜板、并联加工机构；所述上 层固定架活动设置在支撑导向架的中空部位的上端，所述上层固定架为长方体结构零件， 其中心沿着X方向设有长方体形状的固定内腔一，在所述固定内腔一的坚直的两个侧面的 中间部位上各设有数个支撑轴孔一，在支撑轴孔一的两侧还设有数个定位孔一，在上层固 定架的顶端设有长方体形状的固定凸台，所述固定凸台活动连接在支撑导向架的上层Y向 导向凹槽内并穿出，在所述固定凸台上穿出上层Y向导向凹槽的部位沿着X方向设有一个 固定方孔，在所述固定凸台上设置在上层Y向导向凹槽的内部的中心位置处沿着Y方向设 有一个丝杠螺纹孔；所述溜板为长方体结构零件，在其下平面设有一对平行于Y方向的移 动槽；所述溜板穿在固定凸台的固定方孔内并与之配合连接，所述溜板的一对移动槽与支 撑导向架的一对上层Y向导向凸台相互配合活动连接；在上层Y向导向凹槽内沿着Y方向 设有上层Y向驱动装置，所述上层Y向驱动装置包括上层Y向电机座、一对上层Y向轴承 座、上层Y向驱动电机、一对上层Y向轴承、上层Y向滚珠丝杠、上层Y向联轴器，所述上层Y 向电机座和一对上层Y向轴承座分别按照上述顺序固定在支撑导向架的顶端的Y方向上， 上层Y向驱动电机和一对上层Y向轴承分别安装在上层Y向电机座和一对上层Y向轴承座 内，上层Y向滚珠丝杠的两端分别通过一对上层Y向轴承支撑，上层Y向滚珠丝杠通过上层 Y向联轴器与上层Y向驱动电机相连，上层Y向滚珠丝杠与上层固定架的丝杠螺纹孔旋和 连接；所述并联加工机构固定设置在上层固定架的固定内腔一内，所述并联加工机构包括 定平台、动平台、三根伸缩杆、切削装置、球铰，所述定平台通过三根伸缩杆与动平台活动连 接，所述切削装置固定连接在动平台上，所述定平台为"工"字型的零部件，两个相互平行的 定位板通过一块连接板相连接，所述两个定位板的中心上各设有一个支撑轴孔二，以支撑 轴孔二为圆心还设有数个定位孔二，所述定平台两侧的支撑轴孔二与上层固定架两侧的支 撑轴孔一通过支撑轴连接，所述定位孔一与定位孔二通过定位销连接；所述伸缩杆包括外 套筒、内套筒、伸缩杆电机座、伸缩杆伺服电机、联轴器一、伸缩杆滚珠丝杠、轴承，所述外套 筒的一端设有轴承，另一端设有内花键，所述伸缩杆电机座固定连接在外套筒设有轴承的 一端，所述伸缩杆伺服电机固定设置在伸缩杆电机座上，所述伸缩杆滚珠丝杠的一端通过 联轴器一与伸缩杆伺服电机相连，所述轴承支撑伸缩杆滚珠丝杠，所述内套筒的一端设有 丝杠螺纹孔二，其外圆设有外花键，所述滚珠丝杠的另一端旋和在内套筒的丝杠螺纹孔二 内，所述内套筒的外花键与外套筒的内花键配合活动连接，所述外套筒设有伸缩杆伺服电 机的一端通过球铰固定设置在定平台的连接板上，所述内套筒的另一端通过球铰与动平台 固定连接，所述切削装置包括转动头、转动头驱动电机、主轴伺服电机、刀具装夹头，所述转 动头垂直于动平台连接，将围绕垂直于动平台轴线的旋转方向设为C向，将垂直于C向的旋 转方向设为A向，所述转动头驱动电机与转动头固定连接，并驱动转动头绕C向、A向转动， 所述转动头的另一端设有主轴伺服电机，所述主轴伺服电机的一端设有刀具装夹头； 所述下层加工机构包括下层固定架、与上层加工机构完全一致的并联加工机构、下层Y 向驱动装置；所述下层固定架活动设置在支撑导向架的中空部位的下端，所述下层固定架 为长方体结构零件，其中心沿着X方向设有长方体形状的固定内腔二，在所述固定内腔二 的坚直的两个侧面的中间部位各设有数个支撑轴孔三，在支撑轴孔三的两侧设有数个定位 孔三，在下层固定架的下平面沿着Y方向设有一对下层Y向导向凸台，所述一对下层Y向导 向凸台与支撑导向架的一对下层Y向导向凹槽相互配合活动连接；所述下层加工机构的并 联加工机构的结构和安装方式与上层加工机构的完全一致；所述下层Y向驱动装置包括下 层Y向电机座、一对下层Y向轴承座、下层Y向驱动电机、一对下层Y向轴承、下层Y向滚珠 丝杠、下层Y向联轴器、下层Y向丝杠螺母，所述下层Y向电机座和一对下层Y向轴承座分 别按照上述顺序固定在支撑导向架的中空部位的下端的Y方向上，下层Y向驱动电机和一 对下层Y向轴承分别安装在下层Y向电机座和一对下层Y向轴承座内，下层Y向滚珠丝杠 的两端分别通过一对下层Y向轴承支撑，下层Y向滚珠丝杠通过下层Y向联轴器与下层Y 向驱动电机相连，下层Y向丝杠螺母固定连接在下层固定架的下平面，下层Y向滚珠丝杠与 下层Y向丝杠螺母旋和连接； 所述第二加工装置的结构与第一加工装置完全一致； 所述工作台包括工作台底座、旋转台、轴承二、固定工装、旋转电机、联轴器二，所述旋 转台通过轴承二连接设置在工作台底座的上平面，所述旋转电机设置在工作台底座的内 部，并通过联轴器二与旋转台连接，所述固定工装包括三爪卡盘和固定端盖，所述三爪卡盘 设置在旋转台上，螺旋桨固定设置在旋转台的上平面，螺旋桨的下端通过三爪卡盘固定其 轮毂，上端通过固定端盖固定。
2.如权利要求1所述的一种用于加工螺旋桨的机床，其特征在于：所述基座的上平面 设有两个圆弧轨道，所述圆弧轨道以基座的中心为圆心；所述第二加工装置的底座的下平 面还设有数个滚轮，所述滚轮设置在两个圆弧轨道内，所述滚轮之间的距离与两个圆弧轨 道之间的距离相等。
3. 如权利要求1所述的一种用于加工螺旋桨的机床，其特征在于：所述定位板的定位 孔二到支撑轴孔二之间的距离与上层固定架的定位孔一到支撑轴孔一之间的距离相等。
4. 如权利要求1所述的一种用于加工螺旋桨的机床，其特征在于：所述定位板的定位 孔二到支撑轴孔二之间的距离与下层固定架的定位孔三到支撑轴孔三之间的距离相等。
5. 如权利要求1所述的一种用于加工螺旋桨的机床，其特征在于：所述上层Y向驱动 装置和下层Y向驱动装置的行程相等。
【文档编号】B23C3/18GK104384585SQ201410442514
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年9月3日 优先权日:2014年9月3日
【发明者】方喜峰, 张思崇, 许钦桓, 汪通悦, 彭世警, 许风明 申请人:江苏科技大学