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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