大型曲轴数控车铣机床进给系统的技术研究

《大型曲轴数控车铣机床进给系统的技术研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、第1章绪论第1章绪论1.1选题背景及意义船用曲轴是船用柴油机的关键部件，对船舶的安全起着至关重要的作用，被视为船用柴油机的“心脏”。对于推动几万到几十万吨远洋船舶航行的低速柴油机，用于传递巨大扭矩的曲轴是制造要求极高的重要零件。船用曲轴的主要作用是：把活塞的往复直线运动通过连杆变成螺旋桨的回转运动；同时，把各缸所做的功汇集起来向外输出，并驱动柴油机的附属设备，如[1]柴油机的喷油泵、进排气阀、空气分配器等。船用曲轴的工作环境十分恶劣，受力状况也比较复杂。工作过程中不仅要承受柴油机各缸交变的气体力、往复的惯性力和离心力，还要承受由这些力所产生的弯矩和

2、扭矩。曲轴在这些力的和力矩的作用下将会产生非常复杂的交变应力。因此，船用曲轴应具有足够的抗疲劳强[2-3]度和结构刚度。图1.1半组合式单拐曲轴的组成原理[4]根据船用曲轴制造方法的不同，大体分为两大类：一类是由一整根钢料毛坯锻造而成的整体式曲轴，又称全纤维曲轴，主要用在中小型船舶的柴油发动机和发电机以及高速冲程的柴油机中，这种类型的曲轴我国早已实现国产化；另一类是由锻造和铸造的曲柄红装或焊接的组合式曲轴，主要用于大中型船舶的低速二[5]冲程柴油机中。其中，组合式曲轴又可分为全组合式曲轴和半组合式曲轴。全组合式曲轴是把主轴颈、曲拐销、曲臂分别加工，

3、然后通过盈配合（红套等）组合起来，而半组合式曲轴（如图1.1）则是将曲拐（曲拐销和曲臂）和主轴颈分别制[6]造，然后组装起来。组合式曲轴（如图1.3）主要用在万吨轮柴油机上。1沈阳理工大学硕士学位论文大型船用曲轴整体质量大,加工精度要求高,制造技术难度很大。同时，由于船用曲轴的重要地位，加工完成后的曲轴必须获得国际制造许可证和船级社的工厂[7]认可，只有通过了认可的曲轴才有人敢使用。可以说，能否具有大型船用曲轴制[8]造能力代表了一个国家的船舶配套业的制造水平。目前，国际上大型船用曲轴市[9]场由日本、韩国、捷克、西班牙等少数几个国家高度垄断着。图

4、1.2万吨巨轮图1.3万吨巨轮上的大型曲轴当今航运业正遭受着百年不遇的国际金融危机的冲击，紧张的资金链和低迷的货运要求使得“经济型船舶”供不应求。所谓“经济型船舶”，是指既能满足国际环保要求，又能降低运营成本，同时安全性能又好的船舶。船用曲轴是关系到[10]船舶安全的重要部件，因此，对船用曲轴加工技术的研究具有重大意义。1.2大型曲轴加工技术国内外研究现状1.2.1国内研究现状我国对大型曲轴制造技术的研究起步相对较晚。早在上世纪90年代末，国家造船总公司就着手解决大型曲轴的制造问题，从几个少数发达国家引进先进的超大功率低速曲轴加工的车铣机床。但由于

5、大型船舶柴油机曲轴加工设备投资非常巨大，技术和设备的引进一直到21世纪初才得以成行，但也仅限于图1.4所示的整体精加工机床。曲轴整个的制作过程可大致分为制造毛坯、粗加工、中间热处理、红套、精加工等步骤，涉及到材料、弯锻模拟、热加工、动力学分析等多方面的技术问题。设计并生产一台CNC大型曲轴加工车铣中心，除了大型机床设计与制造的一般技术外，还需要很多先进技术的支持。就拿车铣机床上的巨型盘铣刀而言，无论从结构还是技术上都是世界顶尖的高科技。这把超级大刀重35吨，直径5.5米，有2第1章绪论200多片组合刀齿可以在14分钟内实现快速换刀。技术上的尖端从一

6、个侧面可以解释为什么全世界只有四台此类机床和为什么只有极少数国家能生产大型船用曲轴。图1.4超大型曲轴的精加工机床图1.5单柱立车机床在大型曲轴制造和加工过程中，曲拐的制造和加工是重中之重，是曲轴制造过程中的“瓶颈”。目前，仅是这种大型曲拐的毛坯制造技术在黑龙江、辽宁、上海等地已经是研究了好多年，但还没有使毛坯制造技术趋于完善。而曲轴的加工设备更是明显落后于国外，图1.5是我国加工大型曲轴所用的普通单柱立式车床，其加工效率和精度都是很低的。随着中国造船工业的快速发展和大型船只订单的日益增多，大型曲轴的外购问题变得越来越突出，严重的制约了我国造船业的

7、发展。为改变我国“船等机，机等轴”的尴尬局面，国家给予了高度重视，一些中央领导也在不同的场合对大型曲轴的制造提出了一些要求。我国对大型曲轴制造技术的研究才真正拉开序幕。在毛坯制造技术方面，大型船用曲轴由于受冶炼和锻造能力的限制，无法生产整体式曲轴。国内能够生产大型曲轴锻件毛坯的厂家只有一重集团与鞍钢重机。[11]曲轴毛坯主要采用锻造的方法，材质大多采用优质合金结构钢。国内对大型曲轴毛坯锻造工艺的研究如下：2001年一重集团公司水压机锻造厂对特大型船用曲轴曲拐锻造工艺进行了研[12]究，分析了曲轴的块型锻造法、环锻法、模锻法、弯锻法等几种锻造工艺，并

8、对弯锻法锻造曲拐采用1:2的比例进行了模拟实验研究。实验取得了预期效果，性能完全满足要求。2004年上海电气总公司与中国科