2MW风电机轮毂加工数控机床夹具及分度转台的设计与研究

摘要

当前由于能源紧缺、环境污染等问题给人类社会带来许多影响，已成为人类生存和发展必需解决的紧迫问题。随着各国工业化进程的加快，地球上不可再生能源消耗加剧，其产生的废气、废水、废渣等已经造成了环境污染，生态失衡的恶劣影响。因此，清洁、可再生能源的开发利用已成为世人所瞩目的研究课题。 风力发电作为一种可再生、清洁能源日益受到各国的重视。就全球风电产业来说，欧美如德国、西班牙、美国、丹麦等国家处于风电产业发展的领先地位，他们既是世界上主要的风能市场也是风电设备的供应商。 虽然，我国目前正在大力提高风电设备国产化的装备能力，但是，国内的风电设备大多数依赖进口的局面尚未得到根本改变。并且，为数不多的几家风电设备制造企业，也全都是采用昂贵的大型加工中心来加工风电设备，生产成本高、生产效率低。兰州理工大学受天水星火机床有限责任公司的委托，研究设计一套风力发电机轮毂加工的专用数控机床，试图实现低成本、高效率的生产风力发电设备，本课题所设计的内容则是该套设备的一部分。 本文介绍了用于加工大型风力发电机轮毂的自动化专用夹具以及与其配合实现分度回转的工作台。重点阐述了夹具的结构设计、工作原理以及可转位工作台的改造过程。具体包括如下内容： （1）数控分度转台。利用星火机床厂现有产品立车工作台进行改造，使其具有数控、分度、定位、回转等功能，成为能够满足风电机轮毂加工要求的数控分度转台。 （2）专用自动化夹具。由于风力发电机轮毂是一个结构复杂、体积庞大的专用部件，在现有的夹具中是很难找到对其有效的夹具。而本课题根据其结构及外形特征设计了一种在加工风力发电机轮毂过程中能够对其实旋有效夹紧，并且可以提高加工工效的专用夹具。文中详细的阐述了其各个部分的结构设计及具体的工作过程。 （3）夹具受力分析。文中先后计算出了车削力与钻削力，并对其产生的影响进行比较，得出了风电机轮毂在加工过程中所受到的最大外力及扭矩。基于这些数据，确定主压紧液压缸的型类及型号，并研究设计夹具与之相关的结构，保证了轮毂加工的稳定、高效。 （4）夹具的精度分析。本文对所设计的夹具进行了位置及回转转角等方面的精度分析与计算，通过对他们的验算，可以保证风电机轮毂的加工精度。 （5）夹具零部件的有限元分析。由于这种大型夹具缺少可借鉴资料，文中对夹具的重要部件中心柱进行了有限元分析验证。由于中心柱受的是拉力，所以通过有限元分析软件ANSYS对其进行模拟分析与计算，确定夹具在受力状态下依然能够保证风电机轮毂的加工精度与工作的稳定性。 通过各方论证证明，本课题设计的自动化夹具能够满足加工精度的要求，并且定位装夹方便，提高了生产效率。该套设备已在试制中。 本课题在设计研究过程中，发现仍有许多方面需要进一步的深入研究，希望本课题的设计对风电设备国产化、规模化能起到一些参考价值的作用。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表索引

声明

第1章绪论

1.1风力发电产业概述

1.1.1风力发电产业的发展历史

1.1.2风力发电产业的发展现状与趋势

1.2风电设备发展概况

1.2.1风电机的组成及其主要部件制造状况

1.2.2风电机加工设备状况

1.3分度转台的国内外应用状况与发展趋势

1.3.1分度转台的功能与分类

1.3.2数控转台的发展现状与趋势

1.4夹具的国内外研究现状与发展趋势

1.4.1夹具的功用

1.4.2夹具的分类与构成

1.4.3夹具的研究现状与发展趋势

1.5本课题研究的目的与意义

1.5.1本课题研究的主要目的

1.5.2本课题研究的主要内容

1.5.3本课题研究的现实意义

第2章风电机轮毂加工工艺路线

2.1风电机轮毂特征描述

2.1.1风电机轮毂外形结构

2.1.2风电机轮毂加工要求

2.2风电机轮毂加工工艺路线

2.3本章小结

第3章分度转台的改造

3.1分度转台改造的原因

3.2分度转台的定位机构

3.3分度转台的压紧机构

3.4本章小结

第4章自动化夹具的结构设计

4.1夹具的工作原理

4.2夹具底座

4.3自动定心机构

4.4中心柱机构

4.5边柱机构

4.6孔口侧边楔形调整块及孔口辅助夹紧机构

4.6.1孔口侧边楔形调整块机构

4.6.2孔口辅助夹紧机构

4.7夹具的液压系统

4.7.1夹具液压系统的工作原理

4.7.2切削力、切削功率及扭矩的计算

4.7.3液压缸的选型及液压力的计算

4.8本章小结

第5章自动化夹具的精度分析

5.1夹具精度概述

5.2与夹具相关的误差

5.2.1定位误差△D

5.2.2对刀误差△T

5.2.3夹具误差△J

5.2.4安装误差△A

5.2.5加工方法误差△G

5.3自动化夹具定位误差的分析与验算

5.3.1定位误差△D的产生原因、性质及计算步骤

5.3.2夹具定位误差的计算方法

5.3.3夹具定位误差的分析与验算

5.4本章小结

第6章自动化夹具系统的有限元分析

6.1有限元分析软件(ANSYS)的概述

6.1.1有限元法的基本思想

6.1.2 ANSYS软件的功能及分析流程

6.2夹具中心柱的有限元分析与验证

6.2.1中心柱在ANSYS中的建模

6.2.2中心柱模型的网格划分与施加边界条件及载荷

6.2.3中心柱模型的ANSYS求解结果

6.3本章小结

结 论

参考文献

致 谢

附录