強(qiáng)力旋壓機(jī)旋輪座體設(shè)計

許成鶴，徐恒秋，李琳琳

(吉林工程技術(shù)師范學(xué)院，吉林 長春 130052)

旋壓成型技術(shù)是我國金屬工業(yè)壓力加工技術(shù)領(lǐng)域中的重要組成技術(shù)之一。創(chuàng)新技術(shù)優(yōu)勢明顯，具有實用經(jīng)濟(jì)價值[1]。正是由于這種新技術(shù)優(yōu)勢，旋壓制造工藝在我國國民經(jīng)濟(jì)中的各種機(jī)械制造應(yīng)用中得到了廣泛的應(yīng)用，特別是在超大型特種機(jī)械零件的旋壓制造應(yīng)用中。在該領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的技術(shù)作用[2]。

1 強(qiáng)力旋壓機(jī)旋輪座分析

1.1 旋輪座本體分析

旋壓機(jī)本體焊接結(jié)構(gòu)的主要組成部分是采用統(tǒng)一式全鋼焊接機(jī)體結(jié)構(gòu)。圖1中的梁結(jié)構(gòu)為正六邊形箱形梁結(jié)構(gòu)，由兩個箱形焊接件通過連接螺栓預(yù)緊連接而成。主軸箱在承受壓力的同時旋壓工件，與其他主軸部件不同的是，主軸箱內(nèi)部采用鑄鋼材料。每個主軸柱通過四個主軸拉緊連接螺栓與主軸箱內(nèi)的預(yù)緊螺栓連接。傳動液壓缸直接穿入傳動軸，固定在橫紡機(jī)下半梁上，活塞桿與旋壓機(jī)輪座底部相連。傳動架與旋轉(zhuǎn)軸座相對運(yùn)動的車架表面結(jié)構(gòu)設(shè)計上設(shè)有直線導(dǎo)軌，為旋轉(zhuǎn)軸座的縱向相對運(yùn)動提供固定導(dǎo)向。

圖1 旋輪座本體結(jié)構(gòu)簡圖

旋輪座的三部分：旋鈕、旋輪座本體、連接架相互作用。連接架為滑枕提供足夠的傳動長度使其運(yùn)動，并構(gòu)成往復(fù)運(yùn)動副，如圖2所示。

圖2 橫向滑塊(滑枕)的導(dǎo)向裝置

1.2 旋輪座零件分析

1.2.1 旋輪座零件的功用分析

鏈傳動是常見的一種傳動比較高效的傳動方式，廣泛的應(yīng)用于機(jī)械傳動中，強(qiáng)力旋壓機(jī)通常由鏈條、旋輪、強(qiáng)力旋壓機(jī)旋輪座構(gòu)成，顯然強(qiáng)力旋壓機(jī)件5-旋輪座體在其中發(fā)揮必不可少的作用，起到了支撐、固定旋輪的作用，保證了傳動過程中的穩(wěn)定性和高效。而件1-旋輪軸是用來連接旋輪與傳動機(jī)構(gòu)的裝置，當(dāng)電機(jī)的驅(qū)動力輸出通過主軸箱的減速機(jī)構(gòu)時聯(lián)軸器會將動力輸送給件1-旋輪軸，再通過件8-鍵連接起來，由件1-軸的轉(zhuǎn)動帶動末端執(zhí)行件旋輪的轉(zhuǎn)動，最終達(dá)到動力輸出的目的[3-4]。件5-旋輪座上又固定滑塊通過滑塊連接導(dǎo)軌，滑塊安裝在滑道內(nèi)，通過滑塊的轉(zhuǎn)動用滾動摩擦的方式減小了滑動的阻力，一個旋輪座大約有六個有滑塊的滑道，用來增加滑動的穩(wěn)定性以及承受滑動過程中的件5-旋輪座對導(dǎo)軌的壓力，減小了壓強(qiáng)同時提高了導(dǎo)軌的使用壽命并且保證了導(dǎo)軌的使用精度。旋輪是類似于車床刀具的一個部件，利用旋輪的旋轉(zhuǎn)可實現(xiàn)工件的無切屑加工。

1.2.2 旋輪座重要零件的設(shè)計

按照300kN設(shè)計了該旋輪座體，通過計算旋輪軸強(qiáng)度、軸承受力，選配軸承型號，滿足旋輪軸軸端徑跳≤0.02mm、端跳≤0.02mm，旋輪座體配有潤滑油注油口，兩端配有密封圈，防止?jié)櫥毫魅胄喿w。由于旋輪所傳遞的縱向推力比較大，但是并沒有很大的沖擊，僅僅是通過力的作用擠壓成型，所以可以選用調(diào)質(zhì)過的40Cr作為旋輪軸的制作材料[5-6]; 旋輪軸的前端根據(jù)旋輪設(shè)計的尺寸要求制作為1：4的圓錐面，與旋輪相配合并安裝螺母，同時應(yīng)有足夠的的軸肩[7]；為保證ZG270-500旋輪頭座的足夠安裝尺寸，軸應(yīng)設(shè)置為階梯軸的形式，安裝3個軸承以保證轉(zhuǎn)動的平穩(wěn)性，減小其擺動與變形,采用配合為H7/k6基孔制過渡配合；最后安裝聯(lián)軸器，用螺栓對軸上的兩個半聯(lián)軸器進(jìn)行連接[8]。 如圖3和圖4所示。圖5為旋輪座裝配簡圖。

圖3 旋輪軸簡圖設(shè)計

1-旋輪軸；2-內(nèi)壓蓋；3-前法蘭蓋；4-前擋圈；5-旋輪座體；6-后擋圈；7-后法蘭蓋

圖5 旋輪座裝配簡圖

2 機(jī)械加工工藝規(guī)程制訂

考慮生產(chǎn)企業(yè)現(xiàn)有設(shè)備條件，采用車床進(jìn)行大批量生產(chǎn)。

該零件有較為簡單的結(jié)構(gòu)形狀，但考慮其外形尺寸變化大且對力學(xué)性能有較高的要求，可以考慮鍛造或鑄造，經(jīng)過對比后毛坯采用砂型鑄造中的機(jī)器造型，可以更好地保證尺寸精度和表面質(zhì)量，與所要的設(shè)計零件工藝分析相契合。加工工藝路線見表1。

表1 加工工藝路線

3 專用機(jī)床夾具設(shè)計

3.1 接受設(shè)計任務(wù)、明確加工要求

由于本設(shè)計主要用于大批量生產(chǎn)，且要求加工精度很高，考慮經(jīng)濟(jì)性原因，使用數(shù)控車床加工價格不如設(shè)計專用夾具加工，故而設(shè)計任務(wù)主要就是用于加工強(qiáng)力旋壓機(jī)旋輪座體中兩個孔的專用的車床夾具。

3.2 確定定位方案、選擇定位元件

限制6個自由度對、孔進(jìn)行定位。

第一定位基準(zhǔn)：側(cè)面限制三個自由度

第二定位基準(zhǔn)：內(nèi)槽面、?40mm底面

第三定位基準(zhǔn)：三個定位擋銷

3.3 確定夾緊方案、設(shè)計夾緊機(jī)構(gòu)

該工件夾緊時可采用螺旋夾緊或者氣動夾緊，但氣動夾緊需要設(shè)置夾緊氣缸和分度轉(zhuǎn)位氣缸，這就大大增加了勞動者的工作強(qiáng)度，經(jīng)濟(jì)性差，最終確定為增力比大、自鎖性好的螺旋夾緊機(jī)構(gòu)、斜鍥夾緊機(jī)構(gòu)聯(lián)合機(jī)構(gòu)代替氣動系統(tǒng)夾緊工件[9]。

夾緊工件后，工件與擋銷、夾具體連為一體從而組成剛性系統(tǒng)。

3.4 設(shè)計分度裝置及其他輔助裝置

采用軸向分度裝置對要求較高垂直度的兩個孔進(jìn)行加工，同時可以保證生產(chǎn)效率，減小安裝誤差。 為了提高夾具的使用壽命采用了在件7-分度盤和件11-彎板之間采用件9-襯套過渡的方法。

采用加件2-平衡配重塊的方式改變夾具在設(shè)計結(jié)構(gòu)時不對稱的缺陷。

增加夾具體的壁厚并設(shè)置加強(qiáng)肋可以最大程度增加夾具體的剛度、強(qiáng)度[10]。

3.5 夾具的操作過程

夾具設(shè)計如圖6所示。

1-圓盤；2-配重塊；3-墊圈；4-螺釘；5-螺釘；6-壓板7-分度盤8-定位銷；9-襯套；10-分度手柄；11-彎板；12-對定機(jī)構(gòu)；13-襯套；14-鎖緊螺母；15-墊圈

夾具的調(diào)整：先利用件8-定位銷固定在件7-分度盤的對定機(jī)構(gòu)的定位孔中，然后把件14-鎖緊螺母手動擰緊，固定分度；接下來裝夾工件：利用件5-螺釘、件6-壓板、件8-定位銷進(jìn)行一次夾緊，緊接著使用螺旋夾緊機(jī)構(gòu)、斜鍥夾緊機(jī)構(gòu)聯(lián)合機(jī)構(gòu)代替氣動系統(tǒng)進(jìn)行工件的二次夾緊；鏜削第一個孔；分度：使件14-鎖緊螺母松開，拔出對定機(jī)構(gòu)中的8-定位銷然后轉(zhuǎn)動分度盤位置達(dá)到需要，接下來將件8-定位銷插入分度盤進(jìn)行鎖緊；鏜削另一個孔，保證兩個孔的高垂直度；卸下工件。

3.6 夾具的使用特點

在長時間的實驗后得知該夾具體在滿足加工工藝要求的基礎(chǔ)上還保證了成本低，壽命長，加工效率高等特點。

4 旋輪座與試驗件

旋輪滑體見圖7，旋輪座體見圖8，旋壓成形產(chǎn)品見圖9。

圖7 旋輪滑體

圖8 旋輪座體實物圖

圖9 旋壓成形產(chǎn)品實物圖

5 結(jié)論

旋輪座的尺寸和結(jié)構(gòu)上的精度直接影響強(qiáng)力旋壓機(jī)整體設(shè)計，故而首先對強(qiáng)力旋壓機(jī)的旋壓輪座的一些關(guān)鍵部件進(jìn)行了技術(shù)分析，然后進(jìn)行了加工工藝規(guī)程設(shè)計，制定工藝路線并選擇加工方法。最后有針對性的對加工精度較高孔的裝夾進(jìn)行了定位夾緊設(shè)計同時經(jīng)過分析比較對夾具設(shè)計進(jìn)行調(diào)整。

研究結(jié)果是通過對強(qiáng)力旋壓機(jī)的旋轉(zhuǎn)輪座部件進(jìn)行系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分析，深入揭示了旋壓機(jī)輪座上一些重要關(guān)鍵點的結(jié)構(gòu)變形和運(yùn)動規(guī)律，從而實現(xiàn)自主研發(fā)的強(qiáng)力旋轉(zhuǎn)，設(shè)計流暢。為旋壓機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了重要的技術(shù)支持。

旋轉(zhuǎn)輪座部件的分析與結(jié)構(gòu)設(shè)計是本文的主要學(xué)術(shù)研究課題，以確保旋壓機(jī)部件的本體滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計的實際需要。重點針對旋輪座體的關(guān)鍵件的大批量生產(chǎn)時依舊需要保證高的垂直度要求作出研究，但對于旋轉(zhuǎn)座體結(jié)構(gòu)設(shè)計中涉及的一些關(guān)鍵問題尚未引起系統(tǒng)的分析和深入研究，這些問題已引起外界的廣泛關(guān)注。對于新型強(qiáng)力旋壓機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)水平的不斷提高，仍不乏重要的指導(dǎo)意義。