大型盘类零件车削加工设计
大型盘类零件车削加工设备设计
傅俊杰
! 中国矿业大学#江苏徐州&&%447"
摘要! 对一种用于超大型盘类零件圆周车削加工设备作了初步的研究-对设备的工作原理(加工特点(主传动系统作
了简要的分析和说明/本加工设备结构简单-便于制作(运输(安装和调整-能满足一般的加工需要/它可用于大型水电(水泥(化工设备中的大型圆盘类零件的加工/
关键词! 超大型盘类零件. 车削加工. 加工设备. 主传动系统
[’%66文献标识码! H 66文章编号! %44%$-77%" &44/#/$4,&$-中图分类号! *
$$5L H +E C B V =IE L H 6H E JM E C @>F >G 6J>C I JD E C @F >G %? H BI =@E L H %M E @J $M J@GH ? D JM H A M JE H A J@E ?
T Ua R>9C A 1C >EU >C_A B F C G ; C>@E >Y*A :1>@F R &&%447-! 1C >E! ! -W "
&I=&Q ? E @JD E E >R^E :G RB C >@YA _C :A G 1E G C F RF A Y ^@YC G F 8@-:-=]BC >:C ]QA RG G C >@F ]A:C E Q G C A F E C >G B E >FQ E G C F ; F G A =8A B A C >GB F G B R:G RB A 5L G C F :_A >CA >G^R^E :\G RB C >@-G -^B E >F]@C e C >@E >YE Y9RF G C >@5L G :E >=A A G G 1A >AA YF AB E Q :RG G C >@5L G :E >DA RF A Y G R^E :G RB A Q E B @A $F :E Q A ]QE G A ]EB G F C >G 1A YA _C :A F G]B@E >Y:1A =C :E Q ]B@5
U H VW =@B ? Q G B E $Q E B @A $F :E Q A ]QE G A ]EB G F A G E Q $G RB >C>@=E >R^E :G RB C >@E >R^E :G RB C >@YA _C :A E C >G B E >FQ E G C F ; F G A =&U . . . . . .
67引言
一般来说-直径不太大的圆盘类零件可在中小型
立式车床上加工-若零件的直径很大-如大型水电(水泥(化工设备中所用到的大型圆盘! 环" 类零件--这就需要用超大型的机床%’=有时其外径可达%4j
或者设计专用的加工设备对其进行加工/据了解-在我国的大型企业中%4=直径的立式车床已经十分罕见-目前我国最大的立式车床是德国生产的%’=立式车床-而对于直径在%’=以上的零件加工几乎没有什么成熟的加工设备/重要的是-由于零件超常的尺寸和重量-给运输和装卸带来了极大的困难/因此-需要研制一种简单(实用(造价低(便于运输的加工设备到产品安装现场来完成此类零件的圆周车削加工任务/
便加工出工件的轴向厚度.
! -" 有可变速的驱动行走装置-保证加工设备沿圆周方向均匀旋转.
! #" 刀架可在导轨中作微量手动移动-并安装在一个能回转一定角度的圆盘上-以满足加工锥面的需要/
%5-6加工系统的组成及工作原理
87加工设备概述
%5%6设计思想
本加工设备的设计与一般的车削加工机床不同-我们可以使工件固定-把刀具调整到工件表面所需的尺寸并围绕工件的几何中心作旋转运动-每旋转%周轴向进给一定距离-逐步加工出工件的整个圆周表面/这样-在切削用量不大的情况下-所需的电机功率很小-它所消耗的动力主要是用于克服切削阻力和设备自身的惯性力/对加工设备的要求仅是能够进行圆周切削和变速/这样的加工设备结构简单-容易实现/
图%6设备传动系统
%5&6设计要求
! %" 加工设备安装在一个可绕工件几何中心旋转的转臂上-转臂设计成可伸缩的形式.
! &" 刀架可沿工件的轴向移动一定的距离-以
加工设备的主要传动系统如图%所示-%为被加工的超大型圆盘工件-其半径K 可在#=以上-厚度
-材料为由多块板材焊接或拼接而成%’4==为’4j
普通碳素钢. &为回转支承座-由底盘(心轴(圆锥滚子轴承等组成-用螺栓将其与工件上的工艺孔联接并调定在工件的几何中心位置上. -为转臂-由U 型钢(工字钢等焊接而成-用螺栓紧固在回转支承座的轴承外圈上-转臂底架下可设置若干滚动轮架! 图%中未画出"-用于支撑右端悬臂的转臂架和变速箱/. 主运动由双速电机, 经过1$2轴的两对固定齿轮
出驱动轮的行走速度-加工外圆的计算公式为&
K 工
E p E ! -" 驱
K G 工$
=". 式中&K 工为被加工工件的半径! =
="/6G 为驱动轮中心与工件加工面的距离! =
注意&若是加工内圆柱面时-其计算公式则为&
K 工
E p E 驱
G M K 工l M 此时的G 为内圆加工面到驱动轮的距离-大约为
%444==-这样-在驱动轮转速相同的情况下-内圆&7"(2$3轴的两对滑移齿轮! -, ) ) ’-(-4) ! &4)
/4"(3$4轴的两对滑移齿轮! ##) -&(&4) ’/"-#4(&’) 再经过4$5轴的挂轮组的降速部分! &4)
-4"-最后由%对皮带轮! %’(%/" 传动-’(-4)
! 0%&4z%74" 将运动和动力提供给驱动轴6/驱动0
//4B) =C >"-通过驱动轴共有%4种不同的转速! -4j
轮%#! 外层为耐磨橡胶材料" 在工件表面上的运动-克服切削阻力(整个加工设备的惯性力和摩擦阻力进行圆周运动-若驱动轮的直径选定-刀具即可得到相应的切削速度-以适应不同加工条件的需要/
设备的切削进给系统为里外两个-分别用于加工内外圆柱面/它们由进给刀架座7(丝杠螺母((手轮%4(转盘%%(刀夹%&(车刀等组成/刀夹装在转盘上-将转盘上的刻度调整好并用螺钉将其紧固后-即可加工工件的圆柱面或圆锥面/因为加工%转才需要轴向进给一定距离-要实现自动进给比较困难-考虑到加工的轴向尺寸不大-可采用人工手动定期进给或采用间歇缓进机构进给/
97加工设备的运动关系&5%6驱动轴转速的设定
考虑到加工设备的安装和调试方便-其传动部分的体积和重量都不宜过大-因此所选用双速电机的功
率为-)
#5’SV-转速为,%4) %##4B) =C >/! %" 主运动传动路线
电机{%##4}(&4){-, (’-}{##(-&,%401&702-4(/403&4(’/
}
{&4(#4
4&’(-’}
00
%&4! 驱动轴"
-4(-4
%74! &" 驱动轴的各级转速
主运动平衡式6F 主p
F 电$D 1$2D 2$3D 3$4! %" 可计算出驱动轴的%4级转速! B
) =C >" 分别为&-4(#4(/4(74(%&4(%,4(&-4(-&’(#,4(//4/
为方便使用-实用中可将各驱动轴转速所对应的各级变速齿轮的位置和挂轮配比做成选择表-以供加工时选择使用/
&5&6切削速度的设定
! %" 驱动轮的行走速度
由图%所示的关系-驱动轮的行走速度为&
E (=驱F 驱! %$&" 驱%444k /4
! &" 式中&=驱为驱动轮直径! =
=". 6F 驱为驱动轮转速! B ) =C >".
6&为皮带和驱动轮的摩擦滑动率-可取&p 45%/
! &" 车刀的切削速度
当驱动轴的转速和驱动轮直径确定之后-可计算
加工的切削速度则要比外圆加工要小得多/
例如-加工一个外圆柱面-取驱动轮的直径为%’4==-K 为’444==-G 为&44=
=-F 驱为%&4B) =C >时-则可分别计算出驱动轮的行走速度和车刀的切削速度/
由式! &"-驱动轮的行走速度为&
E (=驱F 驱2(k %’4k %&4k 45(
驱%444k /4%444k /4
p 457’! =) F " 由式! -"-车刀的切削速度为&
E p E K 工
驱
K p 457’’444p 4577工
$G ’444$&44! =) F " 当然-在使用时若需要其它的切削速度时-只要变换驱动轴的转速即可选择使用/
要说明的是-在进行实际加工的时候-若选择的切削用量较高-设备的功率不能满足需要时-可降低切削速度或减少背吃刀量-只要能满足正常的切削需要即可-加工效率并不是主要目的-保证人身和设备的安全以及工件的加工质量才是第一位的/因此在选择切削用量时-应根据被加工工件的材料(钢板厚度(直径大小(最大切削力等因素来合理选择/
:7加工系统切削力与切削功率的验算-5%6切削力计算
可用车削力指数计算公式来初步计算-即&
, p 159, Y , 2, 222J #E N , 2%, 2
! #" 按加工中碳钢的一般条件-用X
*%’刀头-正常的几何角度-中等切削速度-可得&
, 457#2p
%/#45#E $45%’
J 若取5J p
#==-#p %==) B -由式! #" 可得&, %/#45457#J #E $45%’p %/#4k #k %457#k /4$45%’
2p p -’’4! " "
实际上-刀具旋转%周才轴向手动进给%次-且在很短距离内完成-所以切削力的大小主要由背吃刀量和切削速度决定/
-5&6切削功率与电机功率计算
! %" 切削功率
车削时的切削功率计算公式为H 2p , 2) E 2
! ’"
) Z 0)
p 4577=) F ! 即F 驱p %&4B) =C >"-可得&若取E H -’’4k 4577p -%&#! V " p -5%! SV " 2p
考虑此加工设备的驱动力要克服进给抗力(设备重力和摩擦阻力-可取
%5&H H ! /" :p 2
由式! /" 可得&
%5&k -5%p -5,&! SV " H :p
! &" 电机功率由电机功率计算公式
H :
! , " H ! SV " O 2
45(/式中&2为加工设备的总效率-取2p
-5,&
p #5%-! SV " 可得&H O 45(
) =C >时-电机功率为实际上-当转速为%&4B
#5’SV! %##4B) =C >"-完全可满足切削用量不太大时的加工需要/
为了增大驱动力-加工设备可采用前后轮双驱动-驱动轴为两个-每根轴上有两个轮子-里侧的为空套轮-只起支承作用-外侧的为驱动轮-固定在驱动轴上-驱动加工设备沿工件圆周运动/驱动力的大小与电机的功率(设备的重量(切削进给阻力(驱动轮的数量和宽度(驱动轮与工件的摩擦系数等因素有关-设计时应综合考虑/
"
此加工设备可以对零件的外(内圆柱面进行粗精
加工-还可对圆周附近上的倒角(斜面(沟槽等进行加工/
本加工设备的结构设计与普通机床相同-因篇幅所限-这里不再赘述/
; 7结束语
本文介绍的这种加工设备主要应用于超大直径圆盘或圆环零件的圆周表面的加工-不需要专门的加工机床-造价低-加工方法简单可行-设备的安装和调整也比较方便/尤其是对于一些超大型的难以运输的圆盘类零件进行加工时-可因地制宜-就地加工-加工周期短-能满足一般的外圆加工需要/另外-此加工设备的结构也很简单-普通的机械厂均可自行生产和制作/
参考文献
0%1戴曙5金属切削机床2. 35北京&机械工业出版社-%(7%5,5
0&1李洪5机械加工工艺手册2. 35北京&北京出版社-%((45%&5
作者简介! 傅俊杰-男-副教授-研究方向为制造技术(自动化加工(检测技术等-发表论文&4余篇/电话&4’%/$-77’7’4-O $=E C Q R>9C A ^R?%/-5:
4#$%(收稿日期$&44’$
((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((
$$关注科研动态%解读市场走向" 汽车零部件#$
#汽车零部件$是由广东省汽车行业协会(机械工业汽车零部件产品质量监督检测中心! 广州" 联合创办
的以汽车零部件产品资讯及技术发展为内容的技术性刊物-是*机械工业汽车零部件产品质量监督检测中心+885:1C >EE ]G:5:
的-&44/年创刊-双月刊-逢单月出版-精美全彩色大%/开-面向全国发布/
%%广东省汽车行业协会汇集了汽车零部件#汽车零部件$的创办-得力于主办方坚强的信息和技术后盾%产业信息. 机械工业汽车零部件产品质量监督检测中心掌握了汽车零部件产品的技术研发及质量动态/刊物采
编人员有着专业的技术知识(敏锐的市场触觉-充分集合网络和杂志媒体的综合宣传优势-密切为广大读者和客户关注汽车零部件的科研动态-解读行业市场走向. 刊物编辑人员有着多年丰富的媒体运作经验-以现代先进的信息技术-采用严格的作业规范-优质服务-精良制作-确保客户信息得到物超所值的宣传效果/#汽车零部件$为了让读者更加全面了解相关产品和市场供求信息-每年将参加几十个汽车零部件相关的
885:1C >EE ]G:5:
件企业形象宣传和产供信息搭建最经济(最有效的传播平台/
#汽车零部件$是汽车零部件生产者(经销者信息交流(市场促销的重要渠道(更是汽车零部件采购者的完美向导/
欢迎广大汽车零部件企业惠登广告!
地址&广州市黄埔区茅岗路7&7号#汽车零部件$编辑部66邮编&’%4,44
-#’%电话&! 4&4" -&-7(/44(-&-7(7&-$传真&-&-7(/44
885:1C >EE ]G:5: