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加工大型閥門內(nèi)花鍵孔的拉床設(shè)計(jì)

2018-10-30 來源：浙江暢爾智能裝備股份有限公司，浙江工作者：施金央劉中華應(yīng)森舜蔣瑩

摘要: 針對直徑為 2 ～ 3． 01 m 的大型閥門內(nèi)花鍵孔的加工，研發(fā)設(shè)計(jì)了一臺重型立式內(nèi)拉床。利用 AN-SYS 軟件對床身、溜板、工作臺等關(guān)鍵部件進(jìn)行有限元模擬分析，通過對比優(yōu)化筋板的結(jié)構(gòu)，有效解決了重型拉床的振動問題。

關(guān)鍵詞: 立式內(nèi)拉床; 內(nèi)花鍵孔; 振動; ANSYS

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，治污減排已成為國家發(fā)展的戰(zhàn)略之一，其中，污水處理設(shè)備是不可或缺的。閥門是污水處理設(shè)備中的主要零部件，閥門設(shè)有內(nèi)花鍵，加工內(nèi)花鍵需要拉削加工。加工小型閥門內(nèi)花鍵孔，普通小型內(nèi)拉床就可以完成。針對大型閥門的拉削，必須采用大噸位拉床，根據(jù)客戶要求，結(jié)合我公司技術(shù)實(shí)力，開發(fā)了一臺能加工大型閥門內(nèi)花鍵孔的拉床。

本文以內(nèi)拉床為背景，從方案設(shè)計(jì)入手，通過合理布局機(jī)床和零部件結(jié)構(gòu)，提高加工精度和可靠性，并在實(shí)際生產(chǎn)中獲得用戶的認(rèn)可。

1、機(jī)床方案的設(shè)計(jì)

1． 1 被加工零件基本情況

材料: 不銹鋼;

硬度: 210 ～ 250 HB;

外徑: 2 ～ 3． 01 m;

加工內(nèi)花鍵孔參數(shù):

模數(shù): 5． 08 mm

齒數(shù): 48

壓力角: 30°

零件如圖1 所示。

2 、機(jī)床整體布局

加工大型閥門花鍵孔機(jī)床由底座、床身、主溜板、工作臺及與大型閥門相匹配的工裝夾具部分組成。機(jī)床總高度達(dá)到 10 m，為了方便操作，安裝方式采用地坑式( 如圖 2 所示) ，挖地坑深 6．5 m。

3、關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)

由于被加工零件尺寸大、拉削力大( 最大工件需要 1 600 k N) 。設(shè)計(jì)過程中對機(jī)床的工作臺、床身、溜板等方面進(jìn)行了攻關(guān)，對溜板的安裝方式也進(jìn)行了重點(diǎn)分析，確保機(jī)床各方面達(dá)到使用要求。

3． 1 工作臺

工作臺是機(jī)床的主要承載部件，直接影響產(chǎn)品的加工精度。本次設(shè)計(jì)的工作臺采用鑄鐵件，根據(jù)設(shè)計(jì)的實(shí)際需要，將工作臺設(shè)計(jì)成圓形龜背式井蓋狀，內(nèi)壁設(shè)計(jì)有放射形加強(qiáng)肋，可將垂直于工作臺上的拉削力分解到圓形龜背周邊，再通過工作臺下方的端板傳遞到床身上。如圖 3 所示。

3． 2 床身

床身是機(jī)床的重要承載部件，為分體式的桶式結(jié)構(gòu)，鑄鐵件。設(shè)計(jì)中，考慮載荷大的問題，在床身四周外壁布米字形肋，床身內(nèi)腔前、后、左、右四壁安裝鑲鋼導(dǎo)軌，用于主溜板導(dǎo)向。

3． 3 溜板部分

溜板是機(jī)床的核心部件如圖 4、圖 5 所示，在拉削加工過程中起導(dǎo)向作用，直接決定了產(chǎn)品的加工精度。溜板的導(dǎo)向平穩(wěn)與否，直接決定了產(chǎn)品在加工中的穩(wěn)定性和加工質(zhì)量。

設(shè)計(jì)中，采用鉛垂線方向受力，使主油缸的牽引力與拉刀的拉削力在同一垂線上，溜板前、后、左、右都裝有滑動導(dǎo)軌面，限制了前、后、左、右 4 個自由度，4 個方向零力矩，使之上下運(yùn)行更平穩(wěn)。溜板中間設(shè)有圓孔，安裝接桿，接桿上端與夾刀體相連，下端與主油缸活塞桿相連。接桿直接承載活塞桿與拉刀的作用力和反作用力。溜板不承載拉削力，只起導(dǎo)向作用。接桿的連接方式: 接桿與活塞桿采用固動卡塊式連接; 接桿與夾刀體采用活動式連接。打破了傳統(tǒng)螺紋式連接，便于加工、裝配、拆卸，承載大噸位的拉削力，安全可靠。溜板兩側(cè)設(shè)有 4 個圓孔，用于清除切屑。

4、有限元分析結(jié)果

從云圖受力可知，床身最大應(yīng)力值為 146． 8 MPa，符合設(shè)計(jì)要求，證明床身此結(jié)構(gòu)形式是合理的。

5、結(jié)語

本形式立式內(nèi)拉床，以現(xiàn)有產(chǎn)品為基礎(chǔ)，從方案設(shè)計(jì)入手，先后完成工作臺、床身肋板結(jié)構(gòu)的研究與設(shè)計(jì)、機(jī)床的受力方式設(shè)計(jì)、溜板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及溜板與夾刀體和油缸的連接方式設(shè)計(jì)等內(nèi)容，開展了相關(guān)試驗(yàn)、生產(chǎn)，檢測產(chǎn)品達(dá)到設(shè)計(jì)精度，各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到技術(shù)要求，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期設(shè)計(jì)目的，順利通過驗(yàn)收。機(jī)床實(shí)物如圖 7 所示。以該形式為基礎(chǔ)的立式內(nèi)拉床，拉床獨(dú)有的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，解決了大噸位拉床振動問題，為更大噸位立式內(nèi)拉床的設(shè)計(jì)提供了一個實(shí)例。

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