導(dǎo)語：數(shù)控系統(tǒng)在船用柴油機(jī)曲軸加工的運(yùn)用一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

柴油主機(jī)是船舶動力系統(tǒng)的關(guān)鍵零部件，柴油主機(jī)利用柴油等化石燃料資源燃燒產(chǎn)生的熱能，將其轉(zhuǎn)化為曲軸的動能，進(jìn)而推動船舶螺旋槳轉(zhuǎn)動，使船舶產(chǎn)生前進(jìn)的動力。柴油主機(jī)是一個非常復(fù)雜的動力學(xué)系統(tǒng)，包含了上千個零部件，在這些零部件中，曲軸作為柴油主機(jī)往復(fù)運(yùn)動的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件，將主機(jī)活塞產(chǎn)生的壓力轉(zhuǎn)化為力矩，傳遞柴油主機(jī)的全部功率。在船舶的正常運(yùn)行過程中，柴油主機(jī)產(chǎn)生源源不斷的動力，柴油主機(jī)的動力通過曲軸傳遞給螺旋槳，因此，曲軸的受力狀態(tài)非常復(fù)雜，曲軸結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度也直接決定了柴油主機(jī)的使用壽命。由于船舶柴油主機(jī)曲軸的加工難度較大，加工精度要求高，在世界范圍內(nèi)，具備高精度、高強(qiáng)度曲軸加工的企業(yè)為數(shù)不多，研究曲軸的數(shù)控加工有非常重要的意義。傳統(tǒng)曲軸的加工方法是在普通機(jī)床上進(jìn)行，不僅加工效率低，而且加工精度較差。比如采用車床進(jìn)行船舶柴油主機(jī)的曲軸加工，受到車床剛性的影響，可加工的柴油機(jī)曲軸直徑和寬度受到限制。此外，普通機(jī)床進(jìn)行柴油主機(jī)曲軸加工時，還會由于機(jī)床的振動導(dǎo)致加工誤差增大，甚至導(dǎo)致曲軸產(chǎn)生變形。本文研究的重點(diǎn)是一種基于數(shù)控系統(tǒng)的船用柴油機(jī)曲軸加工機(jī)床，通過分析柴油主機(jī)的加工工藝，建立曲軸加工的坐標(biāo)系，設(shè)計(jì)了一種船用柴油機(jī)曲軸數(shù)控加工系統(tǒng)。

1船舶柴油機(jī)曲軸的結(jié)構(gòu)與加工工藝研究現(xiàn)狀

船用柴油機(jī)主軸包含多個零部件，如齒輪，飛輪等，其示意圖如圖1所示。目前，針對柴油主機(jī)曲軸的加工設(shè)備，主要以銑削和磨削設(shè)備為主，比如車床、車銑加工中心等加工設(shè)備。這些加工設(shè)備主要作用于曲軸的粗加工。曲軸要想滿足質(zhì)量要求，還需要進(jìn)行多次的精加工，這些精加工設(shè)備包括磨床、曲柄銷磨床等。由于曲軸結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工難度和加工精度高，目前，國內(nèi)外相關(guān)研究領(lǐng)域針對曲軸加工的研究非常廣泛。本文為了提高對船用柴油主機(jī)曲軸加工的質(zhì)量，對曲軸加工的工藝進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。船用柴油機(jī)曲軸加工的工藝難點(diǎn)如下：1）曲軸的直徑以及表面粗糙度對于曲軸的強(qiáng)度有非常重要的影響，同時，曲軸的圓柱度要求也較高，普通機(jī)床難以滿足。2）曲軸的傳動比與曲軸加工過程的圓跳度息息相關(guān)，因此，在加工過程中，必須通過提高機(jī)床的穩(wěn)定性來提高曲軸加工的圓跳度。3）曲軸不同模塊相對于統(tǒng)一基準(zhǔn)的平行度要求較高，需要精確到0.01mm級別。4）法蘭是曲軸進(jìn)行力矩傳輸?shù)闹饕b置，連接曲軸主體和齒輪，因此，法蘭的加工精度有重要意義。通常，法蘭的加工需要兼具位置度和平面度的要求，平面度在0.02mm以上，才能保證柴油主機(jī)曲軸的裝配精度。5）曲軸安裝孔的加工精度必須要滿足±0.1的偏差以及形位公差要求。

2基于數(shù)控系統(tǒng)的船用柴油機(jī)曲軸加工技術(shù)研究

2.1曲軸數(shù)控加工刀具的運(yùn)動分析。在進(jìn)行船用柴油主機(jī)曲軸的數(shù)控加工機(jī)床設(shè)計(jì)之前，必須要對加工過程的刀具軌跡進(jìn)行研究。所謂刀具軌跡，是數(shù)控機(jī)床在加工過程中刀具的運(yùn)行軌跡，刀具軌跡直接決定了加工過程的材料去除量，以及加工的精度。在數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)時，刀具軌跡以文件的形式存儲在處理器中，形成機(jī)床代碼，并規(guī)劃后續(xù)的刀具位置和進(jìn)給量。數(shù)控機(jī)床中的工件加工過程，實(shí)際上就是一個軸系的綜合運(yùn)動變換過程。針對船用柴油主機(jī)曲軸的特點(diǎn)，本文建立曲軸數(shù)控加工過程的坐標(biāo)系如圖2所示。−XwWwZwo−XtWtZto−XmWmZm在曲軸數(shù)控加工過程的坐標(biāo)系中，動坐標(biāo)系定位于工具上，刀具坐標(biāo)系定位于刀具上，靜坐標(biāo)系為。o−XwWwZwo−XtWtZtFiFi+1Qi,i+1動坐標(biāo)系和刀具坐標(biāo)系任意相鄰的點(diǎn)和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣為，記為：Qi,i+1=P(ri+1,i)•M(ni,si)，(1)式中：P(ri+1,i)為平移變換矩陣，P(ri+1,i)=1Xi+1,j1Yi+1,j1Zi+1,j1。(2)nini=(li,lm,ln)siM(ni,si)為坐標(biāo)轉(zhuǎn)換過程的方向矢量；為運(yùn)動副的位移；為沿矢量方向的變化矩陣，M(ni,si)=11sili1simisini1。(3)2.2船用柴油機(jī)主軸的數(shù)控加工系統(tǒng)設(shè)計(jì)。結(jié)合曲軸加工的工藝要求，本文設(shè)計(jì)1種基于五軸機(jī)床的曲軸數(shù)控加工機(jī)床，該機(jī)床包括軸系加工系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、切削液循環(huán)系統(tǒng)、工作臺驅(qū)動系統(tǒng)等，具體原理圖如圖3所示。1）控制系統(tǒng)曲軸數(shù)控加工機(jī)床的控制系統(tǒng)是整個數(shù)控機(jī)床的核心，主要包括中央處理器、內(nèi)存以及數(shù)據(jù)采集板卡等。控制系統(tǒng)可以進(jìn)行曲軸加工過程的刀具軌跡插值運(yùn)算，同時控制工作臺驅(qū)動系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)動，進(jìn)行誤差的補(bǔ)償。2）軸系加工系統(tǒng)軸系加工系統(tǒng)是柴油機(jī)主軸材料去除的關(guān)鍵，本文我們采用的五軸數(shù)控加工機(jī)床，可以實(shí)現(xiàn)加工刀具6個自由度的運(yùn)轉(zhuǎn)，完成曲軸加工的一次成型。需要注意的是，軸系加工系統(tǒng)的刀具有多種分類，分別進(jìn)行曲軸加工過程的材料去除、粗加工、半精加工、精加工等步驟。3）工作臺驅(qū)動系統(tǒng)工作臺驅(qū)動系統(tǒng)決定了加工過程的工件進(jìn)給量，需要注意材料進(jìn)給的速度和穩(wěn)定性。工作臺驅(qū)動系統(tǒng)接收控制系統(tǒng)的指令，并將這些指令轉(zhuǎn)化為脈沖信號，進(jìn)而控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。4）切削液循環(huán)系統(tǒng)船舶柴油機(jī)曲軸為了滿足較高的強(qiáng)度和剛度要求，選用的材料多為鈦合金等高強(qiáng)度材料。這些材料在進(jìn)行切削加工時會產(chǎn)生大量的熱量，為了防止曲軸產(chǎn)生熱變形，必須要配備切削液循環(huán)系統(tǒng)。本文對該船用柴油機(jī)主機(jī)的數(shù)控機(jī)床加工精度進(jìn)行了誤差統(tǒng)計(jì)，得到不同進(jìn)給速度下的精度誤差曲線如圖4所示。

船舶柴油主機(jī)的曲軸加工決定了柴油主機(jī)的使用壽命，研究柴油機(jī)曲軸的高效、高質(zhì)量加工有重要的意義。本文研究的重點(diǎn)是基于曲軸的加工工藝與加工坐標(biāo)系，設(shè)計(jì)了一種曲軸的數(shù)控加工機(jī)床，并對該機(jī)床的原理組成進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。

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作者:郁晗 單位:無錫工藝職業(yè)技術(shù)學(xué)院