專利名稱：一種加工螺旋槳槳葉的支撐裝置及支撐方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及整體式船用螺旋槳槳葉的加工工裝，具體是在螺旋槳葉片加工過程中，用于確定支撐點(diǎn)的數(shù)量和位置，并且使用專用工裝對槳葉進(jìn)行固定。
背景技術(shù)：
目前，大型整體式螺旋槳的加工多采用通用五軸聯(lián)動數(shù)控龍門銑床或五軸聯(lián)動數(shù)控立式車銑床對螺旋槳進(jìn)行切削加工。對于整體式螺旋槳，槳葉懸臂距離較長，槳葉剛度差，加工過程中容易發(fā)生變形和振動。為了提高加工質(zhì)量和效率，必須對槳葉進(jìn)行較好的輔助支撐。螺旋槳槳葉外表面多是曲面形狀，沒有規(guī)則的平面或圓柱面用于支撐定位。螺旋槳槳葉的厚度不均勻，不同類型的螺旋槳，其槳葉的形狀也不同，但是，總體上是槳葉的邊 緣位置較薄，中心位置較厚；距離槳轂越近的位置越厚，距離槳轂越遠(yuǎn)的位置槳葉越薄。針對螺旋槳槳葉的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在螺旋槳的加工過程中，對槳葉的合理支撐是獲得較好的加工質(zhì)量的必要條件。目前，常用的方法是在螺旋槳槳葉邊緣位置布置千斤頂，對槳葉進(jìn)行支撐。使用這種方式支撐，支撐的點(diǎn)位置和數(shù)量主要通過現(xiàn)場操作人員的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)決定，因此，合理布置千斤頂?shù)奈恢幂^為困難；另外，使用千斤頂支撐螺旋槳不能準(zhǔn)確控制預(yù)緊力，如果預(yù)緊力過大，會導(dǎo)致螺旋槳變形，影響加工精度；使用千斤頂支撐螺旋槳耗費(fèi)時(shí)間較長，會降低加工效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種適合大型船用整體式螺旋槳槳葉的支撐裝置及支撐方法，可快速支撐螺旋槳槳葉，并可確定支撐點(diǎn)數(shù)量和位置，提高加工精度。本發(fā)明加工螺旋槳槳葉的支撐裝置采用的技術(shù)方案是由底座和位于底座上面的真空吸盤組件構(gòu)成，底座包括底部真空吸盤、底盤、液壓缸及活塞桿，底盤底部中間位置連接底部真空吸盤，底盤頂部中間位置設(shè)置液壓缸，活塞桿底端伸入液壓缸中；真空吸盤組件包括限位開關(guān)、彈簧、支架、頂桿、定位螺釘和頂部吸盤，活塞桿頂端連接支架底端，支架為圓筒形，支架內(nèi)腔中設(shè)有限位開關(guān)、彈簧和頂桿，限位開關(guān)固定連接底座且限位開關(guān)頂部連接彈簧，彈簧連接頂桿底端，頂桿頂端通過球形鉸鏈連接頂部吸盤，支架側(cè)壁設(shè)有可鎖緊頂桿的定位螺釘。本發(fā)明加工螺旋槳槳葉的支撐裝置的支撐方法采用的技術(shù)方案是包括如下步驟
1)對于直徑小于4米的螺旋槳槳葉，將支撐裝置的支撐點(diǎn)布置于螺旋槳葉的A、B、C、B2、C2五點(diǎn)位置，A點(diǎn)是槳葉距離槳轂中心最遠(yuǎn)端點(diǎn)，B點(diǎn)和C點(diǎn)是位于半徑為R2的圓上且是槳葉兩邊緣位置的兩點(diǎn)，B2點(diǎn)和C2點(diǎn)位于半徑為R3的圓上且是槳葉兩邊緣位置的兩點(diǎn)，R2=Rl+0. 75D，R3=Rl+0. 4*D，Rl為槳轂半徑，D為槳葉最大半徑與槳轂半徑Rl之差；
2)對于直徑大于4米的螺旋槳槳葉，將支撐裝置的支撐點(diǎn)布置于螺旋槳葉的A12、B12、C12、B22、C22、B32、C32七點(diǎn)位置，A12點(diǎn)是槳葉距離槳轂中心最遠(yuǎn)端點(diǎn)，B12點(diǎn)和C12點(diǎn)位于半徑為R12的圓上且是槳葉兩邊緣位置的兩點(diǎn)，B22點(diǎn)和C22點(diǎn)位于半徑為R22的圓上且是槳葉兩邊緣位置的兩點(diǎn)，B32點(diǎn)和C32點(diǎn)位于半徑為R32的圓上且是槳葉兩邊緣位置的兩點(diǎn)，R12=R42+0. 84D2，R22=R42+0. 6D2, R32=R42+0. 3*D2，R4 為槳轂半徑，D2 為槳葉最大半徑與槳轂半徑之差；
3)將一個(gè)支撐裝置放置于輔助工作臺上，并使底部真空吸盤吸附在輔助工作臺上表面上，頂部吸盤與螺旋槳槳葉下表面的曲面接觸；由液壓缸推動活塞桿向上運(yùn)動，頂部吸盤逐漸壓緊螺旋槳槳葉，直到頂桿壓緊限位開關(guān)后，啟動限位開關(guān)，控制液壓缸停止，擰緊定位螺釘，完成一個(gè)支撐點(diǎn)的支撐；
4)重復(fù)步驟3)，完成其它支撐裝置的支撐。進(jìn)一步地，本發(fā)明將輔助工作臺表面分成多個(gè)區(qū)域，并對每個(gè)區(qū)域編號，將支撐裝置支撐在與所述支撐點(diǎn)相對應(yīng)的所述區(qū)域。本發(fā)明采用上述方案后，具有的有益效果是
I、本發(fā)明在支撐裝置頂部安裝真空吸盤以吸附和支撐螺旋槳槳葉，能快速完成支撐， 提高支撐裝置的剛度；通過定位螺釘、液壓缸、彈簧、限位開關(guān)調(diào)節(jié)吸附和支撐的預(yù)緊力，提高螺旋槳槳葉的支撐效果。2、本發(fā)明通過對螺旋槳槳葉進(jìn)行分析和計(jì)算，確定支撐裝置所在的區(qū)域，在螺旋槳切削加工過程中能合理選擇支撐點(diǎn)數(shù)量和科學(xué)布置支撐點(diǎn)位置。3、通過輔助工作臺可以確定支撐裝置的位置，從而相對準(zhǔn)確地確定支撐點(diǎn)的位置。4、本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，適合實(shí)際應(yīng)用。


圖I是本發(fā)明加工螺旋槳槳葉的支撐裝置 圖2是圖I所示結(jié)構(gòu)的剖視放大 圖3是圖2中真空吸盤組件5的結(jié)構(gòu)連接放大 圖4是圖I所示支撐裝置的工作狀態(tài) 圖5是圖4中輔助工作臺3的俯視 圖6是圖4中支撐裝置2用于支撐直徑小于4米的螺旋槳葉I時(shí)的支撐位置 圖7是圖4中支撐裝置2用于支撐直徑大于4米的螺旋槳葉I時(shí)的支撐位置 圖中I、輔助工作臺，2、支撐裝置，3、螺旋槳，4、底座，5、真空吸盤組件，6、底部真空吸盤，7、底盤，8、液壓缸，9、液壓缸蓋，10、活塞桿，11、橡膠墊片，12、限位開關(guān)，13、彈簧，14、支架，15、定位螺釘，16、頂桿，17、頂部吸盤。
具體實(shí)施例方式如圖I所示，本發(fā)明加工螺旋槳槳葉的支撐裝置由真空吸盤組件5和底座4構(gòu)成，真空吸盤組件5位于底座4的上面，底座4和真空吸盤組件5通過螺栓連接。如圖2所示，底座4包括底部真空吸盤6、底盤7、液壓缸8、液壓缸蓋9以及活塞桿10，在底盤7的底部中間位置安裝底部真空吸盤6，底盤7和底部真空吸盤6之間使用螺紋連接。在底盤7頂部中間位置安裝液壓缸8，液壓缸8與底座7之間采樣螺栓連接。液壓缸蓋9通過螺紋連接液壓缸8頂面?；钊麠U10的底端伸入液壓缸8中，活塞桿10的頂端連接真空吸盤組件5，液壓缸8的側(cè)壁加工進(jìn)油孔和出油孔，向液壓缸8中注入液壓油，能推動活塞桿10上下運(yùn)動，進(jìn)而推動真空吸盤組件5上下運(yùn)動。如圖2和圖3所示，真空吸盤組件5包括橡膠墊片11、限位開關(guān)12、彈簧13、支架14、頂桿16、定位螺釘15和頂部吸盤17。支架14為圓筒形，活塞桿10的頂端通過螺栓連接支架14的底端，在活塞桿10和支架14之間安裝橡膠墊片11。圓筒形支架14的內(nèi)腔中安裝限位開關(guān)12、彈簧13和頂桿16，限位開關(guān)12位于支架14內(nèi)腔底部，限位開關(guān)12通過螺紋固定在底座4上，限位開關(guān)12頂部連接彈簧13，彈簧13連接頂桿16底端，頂桿16頂端通過球形鉸鏈連接位于頂桿16上方的頂部吸盤17。頂桿16與支架14內(nèi)腔間隙配合。在支架14的側(cè)壁上開一個(gè)螺孔，用于安裝定位螺釘15，定位螺釘15鎖緊頂桿16外壁，用于固定頂桿16的位置。頂桿16受到上部壓力以后，能夠壓縮彈簧13，進(jìn)而自動調(diào)節(jié)高度，并通過定位螺釘15固定。本發(fā)明可在一個(gè)底座4的上方布置三個(gè)真空吸盤組件5，三個(gè)真空吸盤組件5沿活·塞桿10頂端的圓周方向均勻布置，即在活塞桿10的頂端布置的三個(gè)支架14沿活塞桿10頂端的圓周方向均勻布置。如圖4所示，在加工螺旋槳槳葉I時(shí)，將本發(fā)明的支撐裝置2放置于輔助工作臺3上，并使底部真空吸盤6吸附在輔助工作臺3上表面上，使頂部吸盤17與螺旋槳槳葉I下表面的曲面充分接觸。輔助工作臺3是一塊平板，輔助工作臺3的形狀與螺旋槳槳葉I從上至下投影在輔助工作臺3的投影形狀相似，輔助工作臺3的工作面積大于螺旋槳槳葉I的投影面積。由于不同螺旋槳槳葉I的投影面積不同，為了放置支撐裝置2，輔助工作臺3取其中螺旋槳槳葉I投影面積較大值作為參考值。在安裝輔助工作臺3之前先建立工件坐標(biāo)系，工件坐標(biāo)系原點(diǎn)為螺旋槳中心。通過原點(diǎn)，且垂直于工作平面且平分槳葉的平面，這一平面與輔助工作臺3交于一條直線，以這條直線為X軸；以機(jī)床Z軸作為工件坐標(biāo)系的Z軸；根據(jù)機(jī)床工作臺的不同，安裝輔助工作臺3的方法也不同，現(xiàn)根據(jù)機(jī)床工作臺的類型說明輔助工作臺3的安裝方法對于圓形機(jī)床工作臺，螺旋槳的中心應(yīng)該與機(jī)床工作臺中心重合；某一槳葉的中心線，應(yīng)該是機(jī)床工作臺上的一條T型槽。在該T型槽上確定兩個(gè)點(diǎn)并做標(biāo)記，兩點(diǎn)坐標(biāo)是(Rl+200mm，0，0)和(Rl+4250mm,0,0), Rl是槳轂直徑。安裝輔助工作臺3，確保輔助工作臺3底面的定位槽與機(jī)床工作臺上確定的T型槽對齊，并且輔助工作臺3的前端定位槽與點(diǎn)(Rl+200mm，0，0)對齊，后端定位槽與點(diǎn)(Rl+4250mm，0，0)對齊。對于矩形機(jī)床工作臺，首先應(yīng)該劃線確定螺旋槳中心在機(jī)床工作臺上的位置，并確保螺旋槳某一槳葉的中心線是機(jī)床工作臺上的一條T型槽。在該T型槽上確定兩個(gè)點(diǎn)并做標(biāo)記，兩點(diǎn)坐標(biāo)是(Rl+200mm，0，0)和(Rl+4250mm，0，
O), Rl是槳轂直徑。安裝輔助工作臺3，確保輔助工作臺3底面的定位槽與機(jī)床工作臺上確定的T型槽對齊，并且輔助工作臺3的前端定位槽與點(diǎn)(Rl+200mm，0，0)對齊，后端定位槽與點(diǎn)(Rl+4250mm，0，0)對齊。安裝輔助工作臺3以后，再安裝螺旋槳，使螺旋槳的中心位于設(shè)定好的位置；同時(shí)，螺旋槳槳葉I的中心線與機(jī)床工作臺上的一條T型槽對齊。如圖5所示，將輔助工作臺3表面分成多個(gè)區(qū)域，并對每個(gè)區(qū)域進(jìn)行編號，如Al，A2等。輔助工作臺3表面區(qū)域可以劃分圓形、方形、矩形等，具體劃分方法沒有限制。圖5僅采用圓環(huán)形劃分，劃分區(qū)域時(shí)，先將輔助工作臺3劃分成七段同心圓環(huán)，然后將每個(gè)圓環(huán)劃分成多段區(qū)域即可。螺旋槳槳葉I在加工過程中的振動和彈性變形主要受到兩個(gè)因素影響。第一個(gè)因素是螺旋槳槳葉I的直徑，第二個(gè)因 素是螺旋槳槳葉I的厚度。因此，支撐裝置2的支撐點(diǎn)應(yīng)該布置在遠(yuǎn)離槳轂的位置，或者布置在槳葉厚度較薄的邊緣位置。根據(jù)螺旋槳數(shù)控加工實(shí)際經(jīng)驗(yàn)和有限元軟件仿真分析的結(jié)果，對于直徑小于4米的螺旋槳，使用5個(gè)本發(fā)明支撐裝置2就可以滿足加工要求；對于直徑在4米到8米之間的螺旋槳，使用7個(gè)本發(fā)明支撐裝置2可以滿足加工要求。如圖6所示，對于直徑小于4米的螺旋槳，首先應(yīng)該將支撐裝置2的支撐點(diǎn)布置于螺旋槳的最遠(yuǎn)端的A點(diǎn)，Rl為槳轂半徑，D為螺旋槳最大半徑與槳轂半徑Rl之差，R3=Rl+0. 4*D ;點(diǎn)B2和C2位于圓R3上，且分別位于螺旋槳的邊緣位置；R2=Rl+0. 75D ;點(diǎn)B和C位于圓R2上，且分別位于螺旋槳的邊緣位置；把支撐點(diǎn)布置在點(diǎn)A、B、C、B2、C2位置，可以很好的支撐螺旋槳槳葉I。通過提取這五個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)，然后找到每個(gè)點(diǎn)在輔助工作臺I上對應(yīng)的區(qū)域。如圖6所示，將輔助工作臺I劃分為其對應(yīng)的區(qū)域分別是F3、E2、E3、C1和C4。將支撐裝置2支撐在該對應(yīng)的區(qū)域。如圖7所示，對于直徑大于4米的螺旋槳，首先應(yīng)該將支撐裝置2的支撐點(diǎn)布置于螺旋槳的最遠(yuǎn)端的A12點(diǎn)，R42為槳轂半徑，D2為螺旋槳最大半徑與槳轂半徑之差，R32=R42+0. 3*D2 ;點(diǎn)B32和C32位于半徑為R32的圓上，且分別位于螺旋槳葉的邊緣位置；R22=R42+0. 6D2 ;點(diǎn)B22和C22位于圓R22上，且分別位于螺旋槳葉的邊緣位置；R12=R42+0. 84D2 ;點(diǎn)B12和C12位于圓R12上，且分別位于螺旋槳葉的邊緣位置；把支撐點(diǎn)布置在點(diǎn)A12、B12、C12、B22、C22、B32、C32位置，可以很好地支撐螺旋槳槳葉I。通過提取這七個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)，然后找到每個(gè)點(diǎn)在輔助工作臺I上對應(yīng)的區(qū)域；如圖7，其對應(yīng)的區(qū)域分別是F3、E2、E3、D2、D4、BI 和 B4。通過以上方法，能夠快速地確定支撐裝置2的支撐點(diǎn)的位置。將支撐裝置2放置于輔助工作臺I的位置上后，檢查定位螺釘15，確認(rèn)其處于非鎖緊的放松狀態(tài)，此時(shí)，因?yàn)閺椈?3頂緊支撐桿16，所以支撐桿16處于最上端；彈簧13最大壓緊力為20N，最小預(yù)緊力為5 N。由液壓缸8推動活塞桿10向上運(yùn)動，隨著活塞桿10的上升，頂部吸盤17接觸螺旋槳槳葉I的下表面曲面，并逐漸壓緊，由于頂桿16和支架14內(nèi)圓柱面之間采用間隙配合，所以頂桿16會壓緊彈簧13，直到頂桿16壓緊限位開關(guān)12，頂桿16壓緊限位開關(guān)12后，啟動限位開關(guān)12，發(fā)出電信號，啟動出油孔的電磁換向閥，液壓油從液壓缸8中流出，液壓缸8停止向上推動活塞桿10，活塞桿10停止上升。此時(shí)擰緊定位螺釘15，完成一個(gè)支撐點(diǎn)的支撐。然后再依次進(jìn)行其它支撐裝置2的安裝，直到所用支撐裝置2安裝完畢。
權(quán)利要求
1.一種加工螺旋槳槳葉的支撐裝置，由底座(4)和位于底座(4)上面的真空吸盤組件(5)構(gòu)成，其特征是底座(4)包括底部真空吸盤(6)、底盤(7)、液壓缸(8)及活塞桿(10)，底盤(7)底部中間位置連接底部真空吸盤(6)，底盤(7)頂部中間位置設(shè)置液壓缸(8)，活塞桿(10)底端伸入液壓缸(8)中；真空吸盤組件(5)包括限位開關(guān)(12)、彈簧(13)、支架(14)、頂桿(16)、定位螺釘(15)和頂部吸盤(17)，活塞桿(10)頂端連接支架(14)底端，支架(14)為圓筒形，支架(14)內(nèi)腔中設(shè)有限位開關(guān)(12)、彈簧(13)和頂桿(16)，限位開關(guān)(12)固定連接底座(4)且限位開關(guān)(12)頂部連接彈簧(13)，彈簧(13)連接頂桿(16)底端，頂桿(16)頂端通過球形鉸鏈連接頂部吸盤(17)，支架(14)側(cè)壁設(shè)有可鎖緊頂桿(16)的定位螺釘(15)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種加工螺旋槳槳葉的支撐裝置，其特征是活塞桿(10)的頂端設(shè)有三個(gè)真空吸盤組件(5)，這三個(gè)真空吸盤組件(5)沿活塞桿(10)頂端的圓周方向 均勻布置。
3.—種如權(quán)利要求I所述支撐裝置的支撐方法，其特征是包括如下步驟 1)對于直徑小于4米的螺旋槳槳葉，將所述支撐裝置的支撐點(diǎn)布置于螺旋槳葉的A、B、C、B2、C2五點(diǎn)位置，A點(diǎn)是槳葉距離槳轂中心最遠(yuǎn)端點(diǎn)，B點(diǎn)和C點(diǎn)是位于半徑為R2的圓上且是槳葉兩邊緣位置的兩點(diǎn)，B2點(diǎn)和C2點(diǎn)位于半徑為R3的圓上且是槳葉兩邊緣位置的兩點(diǎn)，R2=Rl+0. 75D，R3=Rl+0. 4*D，Rl為槳轂半徑，D為槳葉最大半徑與槳轂半徑Rl之差； 2)對于直徑大于4米的螺旋槳槳葉，將所述支撐裝置的支撐點(diǎn)布置于螺旋槳葉的A12、B12、C12、B22、C22、B32、C32七點(diǎn)位置，A12點(diǎn)是槳葉距離槳轂中心最遠(yuǎn)端點(diǎn)，B12點(diǎn)和C12點(diǎn)位于半徑為R12的圓上且是槳葉兩邊緣位置的兩點(diǎn)，B22點(diǎn)和C22點(diǎn)位于半徑為R22的圓上且是槳葉兩邊緣位置的兩點(diǎn)，B32點(diǎn)和C32點(diǎn)位于半徑為R32的圓上且是槳葉兩邊緣位置的兩點(diǎn)，R12=R42+0. 84D2，R22=R42+0. 6D2, R32=R42+0. 3*D2，R4 為槳轂半徑，D2 為槳葉最大半徑與槳轂半徑之差； 3)將一個(gè)所述支撐裝置放置于輔助工作臺上，并使底部真空吸盤(6)吸附在輔助工作臺上表面上，頂部吸盤(17)與螺旋槳槳葉下表面的曲面接觸；由液壓缸(8)推動活塞桿(10)向上運(yùn)動，頂部吸盤(17)逐漸壓緊螺旋槳槳葉，直到頂桿(16)壓緊限位開關(guān)(12)后，啟動限位開關(guān)(12)控制液壓缸(8)停止，擰緊定位螺釘(15)，完成一個(gè)支撐點(diǎn)的支撐； 4)重復(fù)步驟3)，完成其它所述支撐裝置的支撐。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的支撐方法，其特征是將輔助工作臺表面分成多個(gè)區(qū)域，并對每個(gè)區(qū)域編號，將所述支撐裝置支撐在與所述支撐點(diǎn)相對應(yīng)的所述區(qū)域。
全文摘要
本發(fā)明公開一種加工螺旋槳槳葉的支撐裝置及支撐方法，支撐裝置由底座和位于底座上面的真空吸盤組件構(gòu)成，底座包括底部真空吸盤、底盤、液壓缸及活塞桿，底盤底部中間位置連接底部真空吸盤，底盤頂部中間位置設(shè)置液壓缸，活塞桿底端伸入液壓缸中；真空吸盤組件包括限位開關(guān)、彈簧、支架、頂桿、定位螺釘和頂部吸盤；對螺旋槳槳葉進(jìn)行分析和計(jì)算，確定支撐裝置所在的區(qū)域，對于直徑小于4米的螺旋槳槳葉，將支撐裝置的支撐點(diǎn)布置于螺旋槳葉的五點(diǎn)位置，對于直徑大于4米的螺旋槳槳葉，將支撐裝置的支撐點(diǎn)布置于螺旋槳葉的七點(diǎn)位置，能快速完成支撐，提高支撐裝置的剛度和提高螺旋槳槳葉的支撐效果。
文檔編號B23Q3/08GK102886699SQ20121041745
公開日2013年1月23日 申請日期2012年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月29日
發(fā)明者張勝文, 劉傳倫, 方喜峰, 朱成順 申請人:江蘇科技大學(xué)