鑄造閥閥座孔鏜車專機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)例分析

吳峰，謝志遠(yuǎn)

(1.江蘇方源集團(tuán)有限公司，江蘇南京 210036;2.江蘇省船舶管系附件工程中心，江蘇常州 213355)

本文介紹一種專用于鑄造法蘭閘閥閥座孔鏜加工的專機(jī)，該專機(jī)具有對孔鏜加工精度保障度好，加工效率高，勞動(dòng)強(qiáng)度低等優(yōu)點(diǎn)。

1 基本情況

某廠鑄造產(chǎn)品DN100法蘭閘閥(圖1)，材質(zhì)HT200，月產(chǎn)量3 000套左右。閥體閥座孔D110+0.0540需要鏜加工。

圖1 DN100鑄鐵法蘭閘閥尺寸圖

2 現(xiàn)狀

原生產(chǎn)工藝中，閥體閥座孔使用車床CA6140等通用設(shè)備單機(jī)人工鏜孔，操作人員勞動(dòng)量大，工序品質(zhì)不穩(wěn)定。加工品質(zhì)取決于操作人員的技能，受到操作人員的精神狀態(tài)的牽制，工序品質(zhì)不穩(wěn)定，嚴(yán)重影響后續(xù)關(guān)鍵工序的品質(zhì)合格率。單機(jī)操作，工作時(shí)間長，勞動(dòng)量大，操作人員身體難以承受，班產(chǎn)150套/班，效率低。而專用機(jī)床適用于生產(chǎn)批量大，生產(chǎn)條件穩(wěn)定，技術(shù)要求明確的產(chǎn)品工序，因此為解決現(xiàn)存在的問題，特設(shè)計(jì)鑄鐵法蘭閘閥鏜孔專機(jī)。

3 設(shè)計(jì)方案

閘閥閥座孔鏜孔專機(jī)系統(tǒng)由床身，鏜車動(dòng)力頭，分度回轉(zhuǎn)裝夾具，電器控制系統(tǒng)，液壓控制系統(tǒng)，操作控制系統(tǒng)、安全裝置以及其他輔助系統(tǒng)等組成(圖2)。

圖2 專機(jī)組合結(jié)構(gòu)圖

專機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)采用油缸直驅(qū)式鏜削動(dòng)力頭，通過三角帶傳動(dòng)。鏜車動(dòng)力頭系統(tǒng)見圖3。

圖3 油缸直驅(qū)式鏜車動(dòng)力頭結(jié)構(gòu)圖

本專機(jī)投資少，結(jié)構(gòu)簡單，工序品質(zhì)穩(wěn)定，加工效率高，操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度低。

4 分析

4.1 加工工藝

法蘭閘閥加工示意圖見圖4。

圖4 法蘭閘閥閥座孔加工示意圖

專機(jī)加工時(shí)，工件裝夾以已加工法蘭端面5和已加工閘閥出水孔4定位，鏜刀進(jìn)刀到待加工部位閥座孔3進(jìn)行加工;加工完畢后，卸下工件，以第二法蘭面定位，重復(fù)鏜加工另一端閥座孔。

4.2 定位裝置

定位部件是安裝平面和帶一定錐度的芯棒4，而且芯棒后面與高強(qiáng)度彈簧配合，在夾緊力的左右下，芯棒4可以自動(dòng)回縮調(diào)整，確保安裝平面的貼合。采用前道工序已加工過的閥體法蘭面和鏜加工過的出水孔作為到位基準(zhǔn)，通過平面平行度和軸向垂度兩個(gè)方向的基準(zhǔn)控制，確保加工精度。定位裝置見圖5。

4.3 夾緊裝置

圖5 裝夾定位圖

夾緊裝置見圖5，夾緊裝置由夾緊拉桿3和夾緊爪6組成，通過液壓系統(tǒng)控制。通過操作控制手柄2，在液壓夾緊過程中夾緊拉桿3先自動(dòng)回轉(zhuǎn)并后退，夾緊爪6回轉(zhuǎn)到與法蘭面上時(shí)(此時(shí)夾緊爪與法蘭面沒有接觸，避免了夾緊爪回轉(zhuǎn)時(shí)與法蘭面的摩擦力)，然后在液壓系統(tǒng)的作用下夾緊拉桿3平移后退，使夾緊爪6夾緊法蘭面，確保定位平面緊密貼合，芯棒定位到位。本夾緊爪的回轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)，便于工件的裝卸。夾緊裝置工作流程見圖6。

圖6 夾緊裝置工作流程圖

4.4 刀具

本專機(jī)采用自制鏜刀，由自制刀桿和可換刀頭組成。刀頭選用通用硬質(zhì)合金刀頭。刀桿安裝在油缸直驅(qū)式鏜車刀盤上。刀盤見圖7。

圖7 油缸直驅(qū)式鏜車刀盤

4.5 回轉(zhuǎn)裝置

專機(jī)工作臺采用液壓分度回轉(zhuǎn)工作臺。采用相對面兩工位。裝夾定位裝置見圖8。分度回轉(zhuǎn)裝置采用精密分度齒輪2，由液壓馬達(dá)齒輪4驅(qū)動(dòng)，在回轉(zhuǎn)前，由液壓系統(tǒng)自動(dòng)抬升分度齒輪2，使之產(chǎn)生浮動(dòng)間隙，便于回轉(zhuǎn)。分度到位后，液壓系統(tǒng)自動(dòng)泄壓，分度盤落下，與底座的預(yù)定位位置結(jié)合，固定分度定位位置。各工位夾緊裝置液壓系統(tǒng)采用獨(dú)立控制，每個(gè)裝夾部件上各有一個(gè)獨(dú)立的控制操作手柄。確保第一工位在加工工件的同時(shí)，第二工位能正常裝卸工件，有效的減少等待的輔助時(shí)間?；剞D(zhuǎn)分度盤的動(dòng)作流程見圖9。

圖8 回轉(zhuǎn)裝夾定位工位圖

圖9 分度盤動(dòng)作流程圖

4.6 電氣控制系統(tǒng)

本控制系統(tǒng)采用PLC控制中心，使液壓系統(tǒng)，電器系統(tǒng)、安全控制等有效聯(lián)動(dòng)(電氣控制原理圖略)。控制界面采用觸摸板，見觸摸屏控制面板主界面圖10。加工數(shù)據(jù)預(yù)先輸入后，操作人員僅需要操作觸摸屏控制子菜單界面圖11啟動(dòng)按鈕，并可以通過狀態(tài)切換按鈕在手動(dòng)和自動(dòng)之間切換，簡單可靠。加工中心由PLC控制，品質(zhì)由專機(jī)運(yùn)行精度保障，工序品質(zhì)穩(wěn)定，有效避免人的不穩(wěn)定因素的影響。

4.7 液壓系統(tǒng)

液壓系統(tǒng)通過PLC中心聯(lián)動(dòng)控制，各項(xiàng)參數(shù)設(shè)定后，聯(lián)動(dòng)運(yùn)行見圖12。

圖12 液壓聯(lián)動(dòng)示意圖

專機(jī)系統(tǒng)采用整體式液壓工作站，通過工作站控制滑臺，動(dòng)力頭，鏜刀小拖板，分度盤抬起，分度盤回轉(zhuǎn)等(液壓控制原理圖略)。

5 實(shí)踐應(yīng)用

專機(jī)經(jīng)30天的試用，性能穩(wěn)定，效果明顯。現(xiàn)從以下幾個(gè)方面介紹試用情況。

a)生產(chǎn)效率。專機(jī)采用兩工位回轉(zhuǎn)裝夾夾具，工件在加工的同時(shí)，在另一工位同步裝卸工件，節(jié)約輔助時(shí)間30% ～40%，班產(chǎn)250套/班。

b)產(chǎn)品品質(zhì)。專機(jī)加工，工序品質(zhì)由專機(jī)和工裝設(shè)計(jì)制造精度保障，加工參數(shù)設(shè)定好后，操作人員僅進(jìn)行工件裝卸和控制啟動(dòng)按鈕，從設(shè)計(jì)上消除人的不穩(wěn)定因素對品質(zhì)的影響，確保工序品質(zhì)的準(zhǔn)確和穩(wěn)定。

專機(jī)加工和原CA6140加工方式的30天產(chǎn)量品質(zhì)數(shù)據(jù)對比見表1，

表1 產(chǎn)量及品質(zhì)對此表

c)安全防護(hù)。由于采用兩工位模式，(見圖8回轉(zhuǎn)裝夾定位工位圖)，且工件加工面和安裝面在相對面，操作者工作時(shí)站位在工件安裝面，不直接接觸加工中心，有效避免飛屑及高速運(yùn)轉(zhuǎn)刀具傷害等安全隱患。

6 總結(jié)

本專機(jī)能夠充分滿足鑄造閘閥DN100閥座孔的鏜加工，人機(jī)操作界面簡單高效，加工尺寸精度保障度高，運(yùn)行安全可靠，可以推廣到其他規(guī)格產(chǎn)品或結(jié)構(gòu)相近產(chǎn)品的生產(chǎn)中。

［1］謝家瀛.《組合機(jī)床設(shè)計(jì)簡明手冊》［S］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

［2］雷天覺.《液壓工程手冊》［S］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1990.

［3］徐灝.《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》［S］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1999.

［4］成大先.《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》［S］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2010.