[发明专利]双动力头螺旋桨专用数控加工机床及加工方法

说明书

技术领域

本发明涉及制造螺旋桨的专用数控机床，属于机械加工设备技术领域，特别适用于对大型舰船用整体式螺旋桨的加工，同时也适用于对带回转轴的盘类零件进行的车铣复合加工。

背景技术

目前，对于大型整体式螺旋桨的加工基本上采用以下几种方式：1、先使用龙门式五轴联动数控铣床，对工件进行铣削，然后再采用人工打磨的方法，对未加工曲面进行打磨和修整；使用这种方法加工螺旋桨，需要多次装夹才能完成整个螺旋桨的加工，机床、刀具与螺旋桨的干涉和碰撞问题一直无法完全解决，而直径较大的螺旋桨翻转、装夹困难，耗时较多；加工过程中的再次装夹会对螺旋桨的加工精度造成不利影响。2、使用数控砂带磨床对螺旋桨进行磨削加工与人工打磨相结合的方法。这种加工方法，加工精度高，表面质量好，叶片型面几何精度高，但是复杂叶片砂带磨削采用五轴联动控制方法本身具有局限性，砂带及磨削特性基础研究深度不够，缺乏系统性，叶片型面这样的复杂曲面砂带磨削加工技术的发展时间不长，理论研究尚未形成完善体系，国内迄今的研究工作在砂带磨削叶片型面方面还处于简单探索的阶段；另外，由于砂带磨头自身结构的限制，使这种加工方式更适合于分体式螺旋桨的加工。如何提高大型螺旋桨的加工效率，缩短加工周期仍然是困扰着各大型螺旋桨加工企业的一个难题。

目前，大型船用螺旋桨加工企业多采用通用五轴联动数控龙门铣床和五轴联动数控立式车铣床对螺旋桨进行切削加工。韩国的大韩精密机械公司曾研发出型号为HPMC-110的螺旋桨专用加工设备，其加工负荷量最大为130吨，可加工直径为11米的船用螺旋桨。该机床采用龙门式结构，Z轴可倾斜，有利于加工螺旋桨重叠区域，但是不能同时对螺旋桨桨叶的上下表面同时加工。我国的武汉重型机床集团有限公司与华中科技大学研制成七轴五联动立式车铣复合加工机床，最大车削直径可达8米，最大车削高度2米，工作台直径7.2米。该机床具有加工重叠区域的备用铣头，但是无法实现双动力铣头同时切削加工。广州市敏嘉制造技术有限公司申请的专利号为200920053849.X的《六轴五联动螺旋桨加工中心》专利，没有采用传统的龙门结构，而是把主轴设置在Y向滑板上，螺旋桨横向设置。这种机床结构紧凑，提高了机床的刚度和精度，但由于空间的限制，该方案不适用于对大型船用螺旋桨的加工。

大型的螺旋桨加工过程中，由于大型螺旋桨叶片有重叠区域，相邻叶片间区域较为狭窄，加工时易发生干涉和过切，叶根部多是曲面形状，因此，机床、刀具与螺旋桨之间易发生干涉和碰撞。目前的螺旋桨加工设备，需要多次装夹才能完成螺旋桨的加工，而直径较大的螺旋桨翻转、装夹困难，耗时较多，加工过程中的再次装夹会对螺旋桨的加工精度造成影响。 

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种适合大型船用螺旋桨加工用、能同时对螺旋桨桨叶的上下表面进行加工且加工效率高的双动力头螺旋桨专用数控加工机床及加工方法。

本发明双动力头螺旋桨专用数控加工机床采用的技术方案是：包括上、下动力头系统和放置螺旋桨的旋转工作台，上动力头系统包括上底座、移动立柱、丝杠螺母机构、电机、导轨以及第一A/C直驱式双摆动力头；上底座上表面上设置X1轴向导轨，倒U型结构的移动立柱的纵梁底部与X1轴向导轨上之间连接第一丝杠螺母机构，X1轴向驱动电机通过第一丝杠螺母机构带动移动立柱沿X1轴向导轨来回滑动；移动立柱的横梁上设置Y1轴向导轨，Y1轴向导轨通过第二丝杠螺母机构连接Y1轴向滑板，Y1轴向驱动电机通过第二丝杠螺母机构带动Y1轴向滑板沿Y1轴向导轨来回滑动；Y1轴向滑板上设有Z1轴向导轨，Z1轴向导轨上设有Z1轴向滑板，Z1轴驱动电动机通过第三丝杠螺母机构带动Z1轴向滑板沿Z1轴向导轨来回滑动；Z1轴向滑板的下端是位于螺旋桨上方的第一A/C直驱式双摆动力头；

下动力头系统包括下底座、丝杠螺母机构、电机、导轨、B2轴组件和第二A/C直驱式双摆动力铣头；下底座上设有X2轴向导轨，X2轴向导轨上设有X2轴向滑板，下底座上还固接X2轴向驱动电机，X2轴向驱动电机通过第四丝杠螺母机构连接X2轴向滑板，带动X2轴向滑板沿X2轴向来回滑动；X2轴向滑板上设有Y2轴向导轨和Y2轴向驱动电机，Y2轴向导轨上设有Y2轴向滑板，Y2轴向驱动电机通过第五丝杠螺母机构连接Y2轴向滑板，带动Y2轴向滑板沿Y2轴向导轨来回滑动；Y2轴向滑板与可绕Y2轴旋转的B2轴组件滚动连接，B2轴组件内部设有扭矩驱动电机，B2轴组件的上端是位于螺旋桨下方的第二A/C直驱式双摆动力头。