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摘 要

石油、化工、冶金及船舶等行业很多大型设备中都含有很多大型法兰。这些大型法兰的密封面在恶劣环境下比较容易损伤，损伤之后如果返厂维修就会造成很大的财力以及物力损失。这时就想通过小机床对大工件进行现场加工，避免大型法兰的运输从而达到省时省力的目的。

对于移动机床的研究主要从加工测量技术、移动机床的固定方式、移动机床如何进行现场调平找正、如何确保移动机床加工精度以及机床具体设计方案等主要几个方面进行讨论，然后根据具体的法兰加工方案得出移动机床设计所需参数。

机床的设计最终采用模块化设计原则，降低机床的制造周期。根据加工工艺方案确定加工参数，各个模块选用合适的标准件组合成符合加工要求的移动机床。机床能够根据大型法兰的直径进行调整，加工过程中具有调平功能以满足加工精度要求。

关键词：现场加工；大型法兰；移动机床

Abstract

Many large flanges are used in large equipment in petroleum, chemical, metallurgy and shipping industries. The sealing surface of these large flanges is easy to be damaged in bad environment. If the damage is returned to the factory for maintenance, great financial and material losses will be caused. At this time, we want to use small machine tools to process large parts on the spot, so as to avoid the transportation of large flanges and achieve the purpose of saving time and effort.

Mobile machine tool research is mainly discussed from processing and measuring technology, mobile machine fixed way, mobile machine how to conduct site leveling and move, how to ensure machining accuracy and the concrete design scheme of machine tools. Then according to the concrete flange processing plan required for mobile machine, we design parameters.

The modular design principle is adopted in the machine tool design to reduce the manufacturing cycle. According to the processing process plan to determine the processing parameters, each module selects the appropriate standard parts to be combined into the mobile machine tools with the processing requirements. The machine tool can be adjusted according to the diameter of the large flange.

Keywords: On-site processing; Large flange; Mobile machine

目录

摘 要 III

Abstract IV

第1章 绪论 1

1.1研究的目的与意义 1

1.2研究现状 1

1.2.1 测量技术研究 2

1.2.2加工设备研究 5

1.3 研究内容 7

第2章 大型法兰总体方案设计 9

2.1 法兰加工的总体要求 9

2.1.1 法兰现场加工的具体方案 9

2.1.2 机床安装调平 11

2.2 总体设计方案 12

2.3本章小结 14

第3章 移动式机床详细结构设计 15

3.1机床设计要求 15

3.2 机床主轴和进给系统选型设计 17

3.2.1 主轴的设计 17

3.2.2 机床进给系统设计 17

3.2.2.1 X轴进给系统 18

3.2.2.2 Z轴进给系统 19

3.2.3 位置反馈 20

3.3 用于圆周进给的装置设计 20

3.3.1 RV减速器的特点 21

3.3.2 驱动电机的选择 22

3.4 液压系统的设计思路 22

3.5 关键部件的校核 22

3.5.1 切削主轴的有限元分析 23

3.5.2 齿轮轴的有限元分析 24

3.6最终建模展示 25

3.7 本章小结 25

总结 26

参考文献 27

致谢 28

第1章 绪论

1.1研究的目的与意义

大型法兰多用于密封管道，对其密封性要求极高，并且这些管道多用于腐蚀、易燃易爆等恶劣的工作环境下，法兰的密封面很容易收到破坏，导致不得不进行返厂维修。在返厂维修的过程中，就有许许多多额外的工作量。比如：法兰的直径过大拆卸时间需要很久，要连同管道一起拆卸，运输过程中造成法兰的二次损伤等等。这些额外工作量不仅仅会加大维修成本，还会导致维修时间加长，造成生产进度的落后，对企业造成更多的伤害。所以为了避免法兰返厂维修造成的不必要损失，就出现了进行现场维修的加工方式，产生了可移动式加工机床。

对于移动式机床的要求不仅仅是能够现场加工那么简单。目前我国机床行业的发展不容乐观，近十年机床制造的水平不仅没有赶上国际步伐，反而存在着被扼杀的危险。通过改善机床的制造水平来改善我国的加工水平已经迫在眉睫。就现场加工这块，我国技术水平也落后国外很多，没有知名度较高且体系较大的企业，那么现场加工的设计方案以及用于现场加工机床也远不如国外。

所以就现场加工这个新兴不久的加工方式，我们更需要研制大量加工设备，满足法兰密封面加工光洁度、平整度达到设计要求，更加便利的为我国船舶、石油、化工、冶金等经常使用大型法兰的行业服务。

1.2研究现状

大型法兰加工过程中最难处理的就是工件的测量以及定位。对于传统机械加工，工件体积不大，能够很好的将工件进行定位，然后进行机械加工。但是对于大型法兰的现场加工，传统的加工固定方法就很不实用。首先法兰的体积很大，其密封面的测量与定位比较困难。其次，如果采用传统加工方式将法兰进行固定加工，那么加工机床的体积比法兰更大，运输困难不亚于运输大型法兰，那么采用良好的测量以及定位方式就是解决大型法兰现场加工的核心关键点。对于本文想要采用的小型专用机床进行加工的思路，就依赖于先进的测量技术了。

研究内容主要从两个方向出发，一方面要对测量技术进行研究。机床加工的精度依赖与测量技术的先进水平以及测量技术的选择。在先进且合适的测技术的帮助下，操作人员能够在机床加工过程中轻易的把握加工精度要求，对机床加工方案进行合适地调整。另一方面就是加工设备的选择。不管测量方式多么先进、精准，最后还是要通过机床进行加工。选择合适的加工设备，不仅可以降低加工难度与成本，还可以对加工方案进行优化，达到省时又省力的效果。

1.2.1 测量技术研究

大尺寸的测量范围一般可以由几米到几百米，在制造业大多数都是用于大型以及超大型构件的形状、尺寸以及位姿的测量。航空航天、船舶、水电、风电都有使用大型法兰或者其他的大型构件，那么如何对大型构件进行测量就是我们必须面对的一个挑战。随着科学的不断进步与发展，目前已经出现很多测量方式，根据测量原理进行划分，主要有两种方式：串联运动学以及光学两大类。其中串联运动学主要是通过接触进行测量，光学测量主要是通过空间非接触式。

接触式测量仪器的典型代表有三坐标测量机（CMM），其工作方式有两种，一种是单点式测量，一种是扫描式测量。单点式测量精度比较高，正常情况下是优于正负零点五微米，缺点就是测量速度比较慢。扫描式测量方式的速度一般大于8m/min，点位采集速度最大500点/秒，常用于大规模的采集。航空航天、模具等行业检测产品轮廓精度时，大多都采用三坐标测量仪。但是三坐标测量仪对安装地基的要求比较高，并且安装位置也比较固定，测量的空间相对比较有限，对于现场加工这种移动性较高并且加工环境并不是很理想的情况下，三坐标测量仪使用的频率并不高。

美国Arcsecond公司上个世纪90年代研发的室内定位测量系统iGPS,有着与GPS定位系统相类似的工作原理，移动的光电接收器根据固定的激光发射器投射光线的时间特征参数，计算自身相对于激光发射器的空间位置，以无线传输的形式将位置信息传回中心控制服务器^[1]。由于iGPS对大型构件的装配与检查进行测量非常方便，广泛应用于航天行业。iGPS测量在10米范围内的精度为0.1μm，然而大型法兰多用于密封性要求较高的工作环境下，其密封面的加工精度要求比较高，因此在连续加工的情况下iGPS并不能满足大型法兰的加工精度要求，因此不饿能采用iGPS测量系统进行测量。

双目视觉法^[2]是非接触式测量方式的一种具有代表性的测量方式。双目视觉法在测量过程中需要使用到两台相机，结构如图1.1，以三角测量法为原理，通过测量被测点在两个相机所形成的成像区域间的位置差别，测量出被测点在三位空间中的具体坐标。双目视觉法的测量原理以及设备比较简单，但是其测量精度就差了很多，这也是双目视觉法没有得到广泛应用的重要原因，因此不能够采用双目视觉法进行测量。

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