（机械制造及其自动化专业论文）现场修复机床模块化设计与动态特性分析.pdf

m o d u l a rd e s i g na n dd y n a m i cp r o p e r t ya n a l y s i s o ff i e l dr e p a i r i n gm a c h i n et o o l b y y a n g j i a n j u n b e ( g a n s uu n i v e r s i t yo ft e c h n o l o g y ) 1 9 9 5 at h e s i ss u b m i t t e di np a r t i a ls a t i s f a c t i o no ft h e r e q u i r e m e n t sf o rt h ed e g r e eo f m a s t e ro fe n g i n e e r i n g 1 n m e c h a n i c a lm a n u f a c t u r ea n da u t o m a t i o n i nt h e s c h o o lo fm e c h a n i c a la n de l e c t r o n i c a le n g i n e e r i n g o f l a n z h o uu n i v e r s i t yo ft e c h n o l o g y s u p e r v i s o r p r o f e s s o rr u iz h i y u a n a p r i l ，2 0 1 1 9 川2 哪3 5川8川8iii-y 兰州理工大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取 得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其 他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个 人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果 由本人承担。 作者签名： 日期：砌年6 月7 e l 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查 阅和借阅。本人授权兰州理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入 有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本 学位论文。 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密口。 ( 请在以上相应方框内打“ ) 作者签名：喇 导师签名：忠知义导师签名：龟多南泛 日期：硎年多月7 日 日期：2 o 1 年6 月7 日 一 现场修复机床模块化设计与动态特性分析 目录 摘孚兽l a b s t r a c t i i 第一章绪论_ 一1 1 1 国内外大型装备修复技术概况_ 1 1 2 大型装备修复的技术难点- 3 一 1 3 机床模块化设计与动态设计的国内外研究动态一4 一 1 4 课题的提出及意义一8 一 1 5 本章小结- 9 一 第二章现场修复机床机械结构设计的基础理论与方法1 0 2 1 快速分解与组装机床机械结构设计方法一l o 一 2 2 机械结构建模理论与方法一1 l 一 2 3 机械结构模态分析一1 3 2 4 结合面模态分析一1 5 2 5 本章小结一1 6 一 第三章基于快速分解与组装的现场修复机床机械结构设计1 7 3 1 修复机床模块化设计的必要性一1 7 3 2 机床结构的模块化设计及方法一1 8 3 3 基于功能分析的机械结构模块化设计一2 2 3 4 修复机床的总体方案拟定一2 5 3 5 机床横梁部件的模块化设计一2 8 3 6 本章小结一2 9 一 第四章现场修复机床机械结构的模态分析与方案改进3 0 - 4 1 修复机床模态分析的必要性一3 0 一 4 2 机械系统动力学建模一3 0 一 4 3 机床的动态特性分析一3 9 4 4 机床机械结构的改进一4 3 硕十学位论文 4 5 改进后机床纵梁建模及模态分析4 4 4 6 改进后机床横梁建模及模态分析4 8 4 7 改进后机床立柱建模及模态分析5 4 4 8 本章小结5 7 第五章现场修复机床结合面特性分析s 8 5 1 修复机床结合面模态分析的必要性5 8 5 2 结合面联接类型5 8 5 3 修复机床结合面的动态特性分析6 3 5 4 本章小结6 5 一 结论。6 6 参考文献6 8 致谢。7 2 附录a 攻读学位期间所发表的学术论文目录7 3 现场修复机床模块化设计弓动态特件分析 插图索引 图1 - 1x c x 3 0 0 0 便携式平面铣床2 图1 - 2c h t 系列现场孔加工机床2 图3 - 1 机床功能结构分解模型2 0 一 图3 - 2 基于模块矩阵的模块规划及模块化产品设计一2 1 图3 - 3 模块化设计结构层次划分2 4 一 图3 4 修复机床功能树2 5 - 图3 5 纵梁几何模型一2 6 - 图3 6 横梁几何模型一2 6 - 图3 - 7 小立柱滑座组件几何模型2 7 一 图3 8 机床几何模型2 7 - 图3 - 9 试切中的现场修复机床2 8 - 图3 1 0 横梁滑座的几何模型2 9 - 图舢1 四面体单元一3 5 - 图4 - 2 横梁的有限元模型4 0 - 图4 - 3 横梁的结点位移前侧4 0 一 图4 4 横梁的结点位移后侧一4 1 一 图4 - 5 横梁的应力前侧4 1 - 图4 - 6 横梁的应力后侧4 1 图4 - 7 横梁的第一阶模态振型4 2 图4 8 横梁的第二阶模态振型4 2 图4 9 横梁的第三阶模态振型4 2 图4 1 0 横梁的第四阶模态振型4 2 图4 1 1 横梁的第五阶模态振型一4 2 图4 - 1 2 横梁的第六阶模态振型4 2 图4 1 3 改进横梁几何模型4 3 图4 1 4 改进立柱几何模型4 3 图4 - 1 5改进后机床总体布局4 4 - 图4 1 6 纵梁模跫4 4 图4 1 7 纵梁有限元模型4 5 图4 - 1 9 纵梁的第二阶模态振型4 6 图4 1 8 纵梁的第一阶模态振型4 6 图4 - 2 1 纵梁的第四阶模态振型4 7 图4 2 0 纵梁的第三阶模态振型4 7 图4 - 2 2 纵梁的第五阶模态振型4 8 图4 - 2 3 横梁模型4 8 图4 2 4 横梁有限元模型4 9 图4 - 2 5 横梁的第一阶模态振型5 0 图4 - 2 6 横梁的第二阶模态振型5 0 图4 - 2 7 横梁的第三阶模态振型51 图4 2 8 横梁的第四阶模态振型5 1 - 图4 - 2 9 横梁的第五阶模态振型5 2 硕士学位论文 图4 3 0 横梁的第六阶模态振型- 5 2 一 图4 3 1 横梁的第七阶模态振型一5 3 - 图4 - 3 2 横梁的第八阶模态振型5 3 一 图4 3 3 立柱实体模型- 5 4 - 图4 3 4 立柱有限元模型一5 4 图4 3 5 立柱的第一阶模态振型5 5 一 图4 3 6 立柱的第二阶模态振型- 5 5 - 图4 3 7 立柱的第三阶模态振型一5 6 图4 - 3 8 立柱的第四阶模态振型5 6 图4 3 9 立柱的第五阶模态振型5 7 - 图5 - 1 结合面等效动力学模型6 2 图5 - 2 结合面等效模型的几种形式一6 2 一 图5 3 结合面模型组成6 2 图5 4 修复机床的结合面分布一6 4 图5 - 5 双纵梁横梁结合面- 6 4 - 图5 - 6 横梁一立柱结合面6 5 一 图5 - 7 立柱一主轴箱结合面一6 5 - 附表索引 表4 1 纵梁的固有频率和变形表4 5 - 表4 - 2 横梁的固有频率和变形表4 9 - 表4 - 3 立柱的固有频率和变形表- 5 5 硕士学位论文 摘要 电力、石油化工、冶金等行业配备了大量大型、超大型装备，用于承担生产过程中的 关键任务。这类装备主体结构件的规格尺寸大，材料性能要求苛刻，机械加工难度大，制造、 运输、安装困难，造价昂贵，其易损部位只能在运行现场进行定期修复。本文针对大型装备 现场修复的技术特点，研究了现场修复机床设计的总体布局拟定，满足便携性、快速分解与 精确组装要求的模块化设计方法，及影响机床整机动态性能的主要因素等内容。 本文研究内容围绕以下技术难点： ( 1 ) 大型装备的制造材料通常加工困难，修复切削力引起的激振响应，严重地影响修 复质量。现场修复机床作业空间狭小、人机总重量受限等工作条件，决定了无法通过增大结 构及尺寸参数来满足现场修复机床对刚度特别是动态刚度的要求。在机床总重量限定条件 下，提高大切削激励作用机床的动态特性，是大型装备修复的技术难点。 ( 2 ) 大型装备修复部位结构复杂多样性，要求机床模块化。不同功能模块进行组合， 可简便快速地实现不同类型表面的修复。因为运送通道的限制，现场修复机床必须分解成功 能模块，才能运进修复现场，完成修复任务。故基于功能需求的模块化设计是大型装备修复 的技术难点。 ( 3 ) 为满足模块化的需要，需为各模块设置必要的标准接口以实现机床的快速分解与 组装。接口的设置增加了结合面数量，较之常规机床增加了载荷传递层次，削弱了机床刚度。 结合面动态特性对修复机床整机动态特性的影响远远大于对常规机床的影响，成为大型装备 修复的又一技术难点。 本文提出一种广义模块化派生设计方法，以确定机床的结构模块；应用机械系统动力学 与有限元技术，分析修复机床的关键部件动力学特性，并对结构进行了改进设计。通过结合 面动态特性分析，对结合面参数识别方法进行探讨。 本论文的主要研究内容如下： ( 1 ) 分析了大型装备修复部位的结构特征和修复机床苛刻运行环境特点，分析大型装 备修复的技术难点。 ( 2 ) 针对大型装备修复技术困难，应用模块设计思想，提出了“基于功能需求模块化 设计 的模块派生方法，设置了标准模块接口，按此方法拟定了修复的总体方案，并成功试 制应用。补充完善了模块化设计方法体系，解决了大型装备在狭小通道和空间中运送、工作 以及修复结构和修复功能多样性需要的技术难题。 ( 3 ) 针对现场修复机床无基础、结构尺寸和机床总重量受限等约束条件，分析了机床 主要功能模块动态特性，提出了改进方案，分析了改进后机床的纵梁、横梁及立柱等关键部 件的动力学特性，为有效改善机床性能提供了理论依据。 ( 4 ) 针对模块化不可避免增加的结合面对机床动态特性的影响，分析了机床结合面动 态特性、探讨了结合面参数识别方法。 本文对提高机床性能，促进现场修复设备研发水平，具有理论和现实意义。 关键词：现场修复机床；功能需求；模块化设计；动态特性 现场修复机床模块化设计动态特性分析 i i 一i i i 一 i 毫曼曼皇曼曼曼皇 a b s t r a c t ag r e a tq u a n t i t yo fl a r g ee v e ns u p e r l a r g ee q u i p m e n tu n d e r t a k ec r i t i c a lt a s k si np o w e r , p e t r o c h e m i c a l ，m e t a l l u r g i c a li n d u s t r i e s t h em a i ns t r u c t u r es p e c i f i c a t i o n so ft h ee q u i p m e n ti s g r e a ta n d t h er e q u i r e m e n t so fm a t e r i a l sp e r f o r m a n c ei sr i g o r i ti sd i f f i c u l tt om a c h i n i n ga n dt h e q u a l i t yi n d e xi sh i g h t om a n u f a c t u r e ，t r a n s p o r t ，i n s t a l l a t i o ni sh a r d i ti sv e r ye x p e n s i v e ，t h e d a m a g e a b l ep a r t so fi tc a nb er e p a i r e di nt h ew o r kf i e l dr e g u l a r a c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i c s o ft h et e c h n o l o g yo ff i e l dr e p a i r i n g , t h ee n t i r ed i s t r i b u t i o n ，t h et r a g b a r k e i t ，t h em o d u l a rd e s i g n p r o c e d u r e so ft h er a p i dd i s a s s e m b l i n ga n dt h ep r e c i s ea s s e m b l y ，a n dt h em a j o rf a c t o r , w h i c h i m p a c td y n a m i cp e r f o r m a n c eo f s i t er e p a i rm a c h i n ea n do t h e re l e m e n th a sb e e nr e s e a r c h e d t h et e c h n i q u ea p o r i ai sb e e nr e s e a r c h e da n ds o l v e di nt h ed i s s e r t a t i o na sf l o w i n g ： ( 1 ) t h em a t e r i a l so fl a r g ee q u i p m e n tu s u a l l y a r ed i f f i c u l t - t o - m a c h i n e ，s ot h em a c h i n et o o l m u s tp r o v i d ee n o u g hp o w e r t h er e s p o n s eo fe x c i t a t i o nw h i c hc a u s e db yc u t t i n gw o u l d i n f l u e n c et h er e p a i rq u a l i t y d r a wac o n c l u s i o nf o r mt h em a c h i n ew o r k i n gc o n d i t i o n so f r e p a i r i n gt h ed a m a g e da r e ao fl a r g e - s i z e de q u i p m e n t ，t h a tb yi n c r e a s i n gt h es t r u c t u r es i z ec a n n o tm e e tt h em a c h i n er e q u i r e m e n t so fs t i f f n e s so fe s p e c i a l l yt h ed y n a m i cs t i f f n e s s t oe n s u r e t h er e p a i rq u a l i t yi nt h el i m i t e dc o n d i t i o n so ft h et o t a lw e i g h ta n dt h ed y n a m i cc h a r a c t e r i s t i c o fm a c h i n eb yb i gi n c e n t i v ee f f e c t ，i sat e c h n i c a ld i f f i c u l t i e so fl a r g ee q u i p m e n tr e p a i r e d ( 2 ) t h er e p a i rp a r t s o fl a r g ee q u i p m e n th a v ev a r i o u ss t r u c t u r e s ，s oi tr e q u i r e s m o d u l a r z a t i o no ft h em a c h i n et o o lw h i c hu s e df o rr e p a i r i n g w i t ht h ec o m b i n a t i o no fd i f f e r e n t f u n c t i o n s ，t h em a c h i n et o o lc a ne a s i l ya n dq u i c k l yr e p a i rd i f f e r e n tt y p e so fs u r f a c e b e c a u s eo f t h el i m i t e do ft r a n s p o r t a t i o nc o n d i t i o n s ，t h em a c h i n et o o ls h o u l db ed e c o m p o s e ds o m e f u n c t i o n a lm o d u l e ss ot h a ti tc a nb et r a n s p o r t e di n t ot h er e p a i rs i t et oc o m p l e t et h er e p a i rt a s k t h e r e f o r e ，t h em o d u l a rd e s i g nb a s e do n t h er a t i o n a lf u n c t i o n a l d e c o m p o s i t i o na n d c o m b i n a t i o ni sat e c h n i c a lp r o b l e m st ob es o l v e di nr e p a i r i n go fl a r g ee q u i p m e n t ( 3 ) t om e e tt h en e e do fm o d u l a r z a t i o n ，i ts h o u l db es e tn e c e s s a r ys t a n d a r di n t e r f a c e sf o r e a c hm o d u l ei no r d e rt oa c h i e v et h er a p i dd e c o m p o s i t i o na n da s s e m b l yo fm a c h i n et o o l s h o w e v e r , t h ei n t e r f a c e ss e ti n c r e a s et h en u m b e ro fj o i n ts u r f a c e ，i e i n c r e a s el o a dt r a n s f e r l e v e l sc o m p a r e dt oc o n v e n t i o n a lm a c h i n et o o l s ，r e d u c e dt h es t i f f n e s so fm a c h i n et 0 0 1 t h e i m p a c to fd y n a m i cc h a r a c t e r i s t i c so fj o i n ts u r f a c et ot h o s eo fc o m p l e t em a c h i n et o o li sf a r g r e a t e rt h a nt h ei m p a c tt oc o n v e n t i o n a lm a c h i n et o o l s ，i th a sb e c o m ea n o t h e rm a j o rt e c h n i c a l d i f f i c u l t i e so fl a r g ee q u i p m e n tr e p a i r i n g b ya p p l y i n gt h ep r o p o s e dd e s i g nm e t h o dw h i c h d e r i v e df r o mg e n e r a l i z e dm o d u l a r z a t i o n ， t h es t r u c t u r em o d u l eo ft h em a c h i n et o o lw a sc o n f i r m e d ；a p p l y i n gm e c h a n i c a ls y s t e m d y n a m i c sa n d f i n i t ee l e m e n tt e c h n i q u e s ，t h ed y n a m i c a lc h a r a c t e r i s t i c so ft h ek e yc o m p o n e n t s o ft h em a c h i n et o o lw a sa n a l y z e d ，a n dt h ei m p r o v e ds t r u c t u r ew a sp r o p o s e d t h et h e s i sa l s o a n a l y z e st h ed y n a m i cc h a r a c t e r i s t i c so fj o i n ts u r f a c e s ，d i s c u s st h ep a r a m e t e r si d e n t i f i c a t i o n m e t h o do ft h ej o i n ts u r f a c e s m a i na c h i e v e m e n t sa r ea sf o l l o w s ： ( 1 ) a n a l y s i so nt h es t r u c t u r ec h a r a c t e r i s t i c so fr e p a i rp a r t so fl a r g ee q u i p m e n t sa n dt h e n 硕：学位论文 !hi,=- i iii i i i | - - , i 鼍 c h a r a c t e r i s t i c so fh a r s hw o r k i n ge n v i r o n m e n to fm a c h i n et o o l ，f i n dt h et e c h n i c a ld i f f i c u l t i e so f l a r g ee q u i p m e n tr e p a i r i n g ( 2 ) a i ma tt h et e c h n i c a ld i f f i c u l t i e so fl a r g ee q u i p m e n tr e p a i r i n g ，b yt h ea p p l i c a t i o no f m o d u l ed e s i g ni d e a ，t h em o d u l ed e r i v e dm e t h o dw a sp r o p o s e d ”m o d u l a rd e s i g nb a s e do n f u n c t i o n a lr e q u i r e m e n t s ”，t h es t a n d a r dm o d u l ei n t e r f a c ew a ss e t ，t h eo v e r a l lr e s t o r a t i o np l a n w a sd e v e l o p e da c c o r d i n gt ot h i sm e t h o da n dw a sa p p l i e ds u c c e s s f u l l yi nt h et r i a l s t h e m o d u l a rd e s i g nm e t h o d o l o g yw a sc o m p l e m e n t e d ，i th a ss o l v e dt h et e c h n i c a lp r o b l e m ss u c ha s t h ed e l i v e r ya n dw o r k i n gi nan a r r o wc h a n n e lo rs p a c eo fm a c h i n et o o l ，r e p a i rs t r u c t u r ea n d d e s i r e df u n c t i o n a ld i v e r s i t y ( 3 ) a i ma tt h ec o n s t r a i n tc o n d i t i o n ss u c ha sn ob a s i s ，s t r u c t u r es i z ea n dr e s t r i c t e dt o t a l w e i g h to ft h eo n - s i t er e p a i rm a c h i n et o o l s ，t h ed y n a m i cc h a r a c t e r i s t i c so fm a i nf u n c t i o n a l m o d u l e so fm a c h i n et o o lw a sa n a l y s e d ，t h ei m p r o v e ds c h e m ew a si m p r o v e da n dt h ed y n a m i c c h a r a c t e r i s t i c so ft h ek e yp a r t sa f t e ri m p r o v e m e n ts u c ha st h er a i l s ，b e a m sa n dc o l u m n so ft h e m a c h i n et o o lw e r ea n a l y s e d ，t h er e s u l t ss h o wt h a tt h em a c h i n ep e r f o r m a n c ew a si m p r o v e ( 4 ) a i ma t t h ei n f l u e n c et h a ti n e v i t a b l ei n c r e a s ej o i n ts u r f a c e st ot h ed y n a m i c c h a r a c t e r i s t i c so fm a c h i n et o o l sc a u s e db ym o d u l a rd e s i g n ，t h ed y n a m i cc h a r a c t e r i s t i c so ft h e j o i n ts u r f a c eo fm a c h i n et o o lw e r ea n a l y s e d ，t h ep a r a m e t e ri d e n t i f i c a t i o nm e t h o do ft h ej o i n t s u r f a c ew a sd i s c u s s e d n et h e s i st a k et h ew o r k i n gc h a r a c t e r i s t i c so fr e p a i rm a c h i n et o o la st h eb a c k g r o u n d ， d i s c u s sa n di m p r o v et h em o d u l a rd e s i g nm e t h o d o l o g y 1 n h eo v e r a l ld e s i g np r o j e c to fm a c h i n e t o o lf o rr e p a i r i n gw a ss t u d i e do u tb a s e do nf u n c t i o n a la n a l y s i s ，t h ed y n a m i cc h a r a c t e r i s t i c so f m a i nm e c h a n i c a ls t r u c t u r e so fm a c h i n et o o lw e r ea n a l y s e d ，t h ew e a kl i n k sw e r ef o u n d ，t h e p r o g r a m so fs t r u c t u r ew e r ei m p r o v e d ，t h ep e r f o r m a n c e so fm a c h i n et o o lw e r ei m p r o v e d ，a n dt h e d y n a m i cc h a r a c t e r i s t i c si nt e r m so fj o i n ts u r f a c e sw e r ed i s c u s s e d t of u r t h e ri m p r o v et h e p e r f o r m a n c ea n dp r o m o t et h er e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n tl e v e lo fo n - s i t em a c h i n et o o lf o r r e p a i r i n g , t h er e s e a r c ho ft h ep r o j e c th a v ev e r yi m p o r t a n tt h e o r e t i c a la n dp r a c t i c a ls i g n i f i c a n c e k e yw o r d s ：h e l dr e p a i r i n gm a c h i n et o o l ；f u n c t i o n a lr e q u i r e m e n t s ；m o d u l a rd e s i g n ；d y n a m i cp r o p e r t y i i i 硕士学位论文 第一章绪论 世界制造业的实践证明，制造业直接创造着社会财富，工业化国家真正财富中的 6 0 纷8 0 是制造业创造的【1 l o 电力、石油化工、冶金、造船等行业，均配备大量大 型、超大型装备承担生产过程中的关键任务。如：核岛、大型汽轮发电机、反应釜、 大型炼化反应器、换热器、大型烟机、冶金轧辊，等等。这些装备的主体结构件规格 尺寸大，材料性能要求苛刻，机械加工难度大、质量要求高，制造、运输、安装极为 困难，造价昂贵，往往只能进行定期的现场修复。 1 1 国内外大型装备修复技术概况 1 1 1 国外研究现状及技术发展趋势 大型装备的修复技术研究与应用方面，美国、德国等工业发达国家的技术、 设备已比较成熟，产品门类较齐全，已形成系列且应用了大量新技术，拥有大量 专利。总趋势呈现“五化 、“三高 、“三低 的特点。 “五化”即：小型化、数字化、模块化、功能多样化、系列化。 ( 1 ) 现场修复可供设备安装及操作人员活动的区域通常在高空或其工作空间 极其狭小。机床结构小型化，以便机床在极小空间内安装、拆装及吊运。( 2 ) 修 复形面越来越复杂，只有采用数字控制，方可保证修复形面的形位精度。( 3 ) 便 于快速组装并安装到位。将机床按功能划分为不同的模块，加工时再根据实际需 要将各模块总装成一台机床，不但方便运送，而且有效增大机床行程。( 4 ) 现场 修复通常需要在复杂的工作环境中实现多种加工工艺，加工各种复杂形面，所以 “一机多能、“一次装夹，多次加工 ，将提高修复效率，提高机床利用率。( 5 ) 现场修复机床专用性强，重型生产装备结构复杂多样，必须由不同类型、规格的 机床实现修复。只有将机床产品系列化，才能满足市场需要。 “三高 即：机床的高精度、高效率、高环境适应能力。 ( 1 ) 大型或超大型装备的设计制造精度越来越高，高精度的修复可达到设备 初始设计精度。( 2 ) 大型装备通常工作在高温、高压工况下，材料性能较高，切 削性能较差，高效率的机床才能有效提高现场修复效率。( 3 ) 能在复杂环境下工 作，实现多种工艺方法，方可满足市场的需要。 “三低 即：机床重量轻、体积小、能耗低。 现场数控机床的环境和工作特点要求机床结构必须减小体积、减轻重量，方便拆 现场修复机床模块化设计与动态特性分析 装、搬运、安装。某些重型生产装备的承重能力较低，必须控制机床的重量，以确保 修复质量和安全。同时，能源问题日益凸出，节能降耗是经济发展的必然要求。 1 1 2 国内研究现状及技术发展趋势 我国工业发达地区的少数小企业针对本地区大型企业的特殊需求，研制了一 些辅助或具有一定技术含量的现场修复设备。国有大型企业的专业修复公司也开 发了一些针对其特殊修复任务的辅助设备。如：广东新成机械技术有限公司的x c x 系n d , 型便携式平面铣床( 图1 1 ) ，该铣床主要技术特点为：纵、横向采用电动 或液压驱动，垂直方向手动进刀，主轴采用液压驱动。河北卓为电工机械制造有 限公司的c h t 系列现场孔加工机床( 图1 2 ) ，该机床主要技术特点为：主轴采用 图1 - 1x c x 3 0 0 0 便携式平面铣床 图1 - 2c h t 系列现场孔加工机床 气动驱动，高精度预载线性导轨螺旋齿轮传动，但进给系统仍然为手动驱动。 这些机床虽然能在一定程度解决设备修复中的技术困难，但只限于完成简单修复 任务，功能单一，性能较弱，技术含量较低，设备操作复杂，自动化程度不高， 修复质量很大程度上取决于操作人员经验，基本属于半人工半机械的状态。而且 产品较单一，尚未形成系列化。对于大型装备再制造过程中的相关技术，如：修 复机床的定位技术、修复机床的数字化与自动化技术、以及机床多功能化、复杂 空间形面修复技术等方面尚处于初步探索阶段。大型装备的修复技术在我国目前 还没有一套科学完整的理论体系和深入的研究基础。 因为国内技术水平相对较低，目前用于大型或特大型装备的现场修复专用机 床为国外垄断。 结合面的修复方案通常是切除受损表面的缺陷层，或是将受损表面处理后在 该表面熔覆一层与大型设备制造材料性能相近的材料，以补充受损量，再进行切 除以修复到设计精度。无论是设备制造材料还是熔覆材料，都具有良好的机械、 化学性能，且都属难加工或极难加工材料，对修复机床的切削能力和修复范围、 特别是修复精度要求较高。型面的复杂化与技术指标的提高，使得人工和半人工 的修复技术已远远不能满足修复要求，迫切需要一套具有较强切削能力、且能实 现一定复杂程度型面较高精度的现场修复机床。 对于修复加工而言，现场修复机床工作通常工作在壳体内部或外部。在壳体 内部，修复机床通常只能通过人孔等狭小的通道将机床运入。满足修复面行程要 求的切削难加工材料的机床装配起来后无法通过人孔。必须将机床分解成不同功 能模块，运进壳体后再快速高精度地组装成整机，才能完成任务。 藏 修复机床通常没有类似常规机床的坚实的地基基础，只能借助壳体内部现场 的结构，因地制宜地定位和固定机床。其次，现场结构的支撑能力往往很有限， 又为满足运送方便性需要，机床总重受到限制，使得机床主要支承件结构尺寸受 到限制，机床刚度特别是动态刚度成为影响机床工作性能的关键。 在壳体外部，同样由于安装的需要和缺乏可靠的基础等原因，机床须快速的 分解和高精度的快速组装，机床刚度特别是动态刚度是设计现场修复机床的核心 问题。 1 2 2 大型装备修复的技术难点 大型装备的制造材料通常是难加工材料，机床必须提供足够的功率，且机床 对由切削引起的激振响应，会严重地