力矩电机的机械特性可以在现代伺服驱动装置的控制下实现较高的刚度，因此可以代替原来机械传动装置实现直接驱动。目前已经有采用力矩电机为核心动力元件的数控回转工作台和数控摆角铣头等产品。这些产品在体积功率比上还不如机械传动装置当，但由于其没有传动间隙，没有磨损，传动精度和效率高等优势，已经开始在精密装备上推广使用[12]。

1.2 课题的提出及其研究的意义

船用螺旋桨是船舶必备的推进器部件, 其制造精度及表面质量将直接影响到推进系统的出力、效率、运行稳定性、机组寿命和制造成本，加工出高质量的螺旋桨对于船舶的发展起到重要作用。而由于螺旋桨是复杂的自由曲面零件，其设计与制造难度较高。传统的螺旋桨加工方法是通过普通铣床初加工，加上大量的人工修磨来完成的，此方法费时费力，且精度难以保证。随着数控加工技术的发展，螺旋桨逐渐采用加工中心来制造，但是加工效率并不理想，如何充分利用加工中心，设计新的机床结构，以提高加工效率和加工质量，是目前研究的重点和难点。

市场上专门为大型船用螺旋桨加工定做的机床多为龙门式加工中心，如武重的CKX5680。此类加工中心的加工面积大，精度高，CKX5680机床最大加工直径达8.5米，最大承重160吨，定位精度达0.025毫米，但是加工中心本身的体积庞大，制造困难，而且其只能对螺旋桨的上表面进行加工，不能在一次装夹下完成螺旋桨的正反面加工。

对此，我们思考设计一种五轴联动的卧式加工中心，使其既能满足螺旋桨加工的各个方面的要求，又能最大限度的缩小机床的体积，降低机床的生产成本。许多大型螺旋桨叶片的正面投影中叶片都是有少量重叠部分的，所以很多机床的设计只能按照立式或者龙门式的机床设计方案来设计，国外很多公司则是将螺旋桨叶片分叶制造再与轮毂组装而成。这些过程使得螺旋桨的加工周期大大拉长，不能适应快速变化的市场需求。为此，我们思索能否在不影响螺旋桨推进性能的基础上，设计出投影存在合理空隙的螺旋桨，而这种螺旋桨可以使用中型机床进行加工。

第二章  加工中心总体方案设计

2.1 五轴联动数控加工中心的结构

（1）立式加工中心

立式加工中心指主轴轴心线为垂直状态设置的加工中心。其结构形式多为固定立柱式，工作台为长方形，无分度回转功能，适合加工盘、套、板类零件。立式加工中心结构简单、占地面积小、价格相对较低[10]。

（2）卧式加工中心

卧式加工中心指主轴轴线为水平状态设置的加工中心。卧式加工中心通常采用双立柱框架式结构形式，主轴箱在两立柱之间，沿导轨上下移动。这种结构刚性大，热对称性号，稳定性高。与立式加工中心相比较，卧式加工中心的结构复杂，占地面积大，重量大，价格也较高[10]。

（3）龙门式加工中心

龙门式加工中心形状与龙门铣床结构相似。龙门式加工中心主轴多为垂直设置[10]。

（4）万能加工中心

万能加工中心也称五面加工中心。这类加工中心具有立式和卧式加工中心的功能，工件一次装夹后，能完成除安装面外的所有侧面和顶面的加工[10]。

（5）虚轴加工中心

他改变了传统机床的结构，通过连杆的运动，实现主轴多自由度的运动，完成工件复杂曲面的加工[10]。