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加工大型阀门内花键孔的拉床设计
2018-10-30  来源:浙江畅尔智能装备股份有限公司, 浙江工  作者: 施金央 刘中华 应森舜 蒋莹

       摘要: 针对直径为 2 ~ 3. 01 m 的大型阀门内花键孔的加工,研发设计了一台重型立式内拉床。利用 AN-SYS 软件对床身、溜板、工作台等关键部件进行有限元模拟分析,通过对比优化筋板的结构,有效解决了重型拉床的振动问题。

       关键词: 立式内拉床; 内花键孔; 振动; ANSYS

       随着经济的发展,治污减排已成为国家发展的战略之一,其中,污水处理设备是不可或缺的。阀门是污水处理设备中的主要零部件,阀门设有内花键,加工内花键需要拉削加工。加工小型阀门内花键孔,普通小型内拉床就可以完成。针对大型阀门的拉削,必须采用大吨位拉床,根据客户要求,结合我公司技术实力,开发了一台能加工大型阀门内花键孔的拉床。

       本文以内拉床为背景,从方案设计入手,通过合理布局机床和零部件结构,提高加工精度和可靠性,并在实际生产中获得用户的认可。

       1、机床方案的设计

       1. 1 被加工零件基本情况

       材料: 不锈钢;
       硬度: 210 ~ 250 HB;
       外径: 2 ~ 3. 01 m;
       加工内花键孔参数:
       模数: 5. 08 mm
       齿数: 48
       压力角: 30°

       零件如图1 所示。
  

       2 、机床整体布局

       加工大型阀门花键孔机床由底座、床身、主溜板、工作台及与大型阀门相匹配的工装夹具部分组成。机床总高度达到 10 m,为了方便操作,安装方式采用地坑式( 如图 2 所示) ,挖地坑深 6.5 m。
 
  

       3、 关键部件设计

       由于被加工零件尺寸大、拉削力大( 最大工件需要 1 600 k N) 。设计过程中对机床的工作台、床身、溜板等方面进行了攻关,对溜板的安装方式也进行了重点分析,确保机床各方面达到使用要求。

       3. 1 工作台

       工作台是机床的主要承载部件,直接影响产品的加工精度。本次设计的工作台采用铸铁件,根据设计的实际需要,将工作台设计成圆形龟背式井盖状,内壁设计有放射形加强肋,可将垂直于工作台上的拉削力分解到圆形龟背周边,再通过工作台下方的端板传递到床身上。如图 3 所示。
 
  

       3. 2 床身

床身是机床的重要承载部件,为分体式的桶式结构,铸铁件。设计中,考虑载荷大的问题,在床身四周外壁布米字形肋,床身内腔前、后、左、右四壁安装镶钢导轨,用于主溜板导向。

       3. 3 溜板部分

       溜板是机床的核心部件如图 4、图 5 所示,在拉削加工过程中起导向作用,直接决定了产品的加工精度。溜板的导向平稳与否,直接决定了产品在加工中的稳定性和加工质量。
 
 
  

       设计中,采用铅垂线方向受力,使主油缸的牵引力与拉刀的拉削力在同一垂线上,溜板前、后、左、右都装有滑动导轨面,限制了前、后、左、右 4 个自由度,4 个方向零力矩,使之上下运行更平稳。溜板中间设有圆孔,安装接杆,接杆上端与夹刀体相连,下端与主油缸活塞杆相连。接杆直接承载活塞杆与拉刀的作用力和反作用力。溜板不承载拉削力,只起导向作用。接杆的连接方式: 接杆与活塞杆采用固动卡块式连接; 接杆与夹刀体采用活动式连接。打破了传统螺纹式连接,便于加工、装配、拆卸,承载大吨位的拉削力,安全可靠。溜板两侧设有 4 个圆孔,用于清除切屑。

       4、 有限元分析结果

       从云图受力可知,床身最大应力值为 146. 8 MPa,符合设计要求,证明床身此结构形式是合理的。
 
  

       5、 结语

       本形式立式内拉床,以现有产品为基础,从方案设计入手,先后完成工作台、床身肋板结构的研究与设计、机床的受力方式设计、溜板的结构设计及溜板与夹刀体和油缸的连接方式设计等内容,开展了相关试验、生产,检测产品达到设计精度,各项指标达到技术要求,实现了预期设计目的,顺利通过验收。机床实物如图 7 所示。以该形式为基础的立式内拉床,拉床独有的设计特点,解决了大吨位拉床振动问题,为更大吨位立式内拉床的设计提供了一个实例。
 
  

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