一种用于风机轴套加工的机械装备设计.pdf

现代制造技术与装备 1 0 0 2 0 1 6第 1 1期 总第 2 4 0期 1 风机轴套加工的基本要求 在风机轴套的加工过程中，一个成品风机轴套应为一 个空心圆柱体形，但在小圆柱一端有铣销切口平面和另一 端有圆形钻孔，称之为粗牙螺孔。大圆柱半径为 8.1mm，小 圆柱半径为 8mm，内孔半径为 4mm。铣销深度为 0.35cm， 高度为 2mm，铣销平面的粗糙度为 3.2μm。这些尺寸参数 是对风机轴套加工的基本要求。只有加工完成后的轴套各 项参数与上述相符，才是一个合格的产品。除了大小圆柱 半径与铣平面外，对于螺孔的加工精度也有着严格要求。 螺孔钻孔的位置应与铣平面垂直的小圆柱端，且两者之 间的垂直度误差必须控制在 0.5以内，螺孔直径应为 5mm[1]。小圆柱钻孔至大圆柱端内孔时，需要进行倒角处理 和铰孔处理，倒角的规格要求为 45 0.5。铰孔处理是 为了消除钻孔过程中出现的加工毛刺和内孔中的碎屑，以 便得到光滑整洁的螺孔。需要注意的是，在轴套整个加工 过程（钻孔、铣平面、攻丝、倒角、铰孔等）中，对于所 有尺寸参数的加工误差都必须控制在 0.05mm 以内，以确保 满足加工要求。 2 风机轴套加工机械装备的设计 2 . 1 控制部分的设计 2 . 1 . 1 P L C的选型 PLC的结构构成包括CPU、 电源、 存储器、 输入输出单元、 I/O 扩展单元、外设接口、编程器等多种元件。目前，市场 上销售的 PLC 种类丰富。为了选择一个符合本装置设计的 PLC，首先需要分析风机轴套加工对装置各方面的需求。由 于存储容量需求不大，重点实现定时器、逻辑运算、顺序 控制和计数器等功能即可，因而可以选择 CP1E 系列 PLC。 为了保证端口数的充足，需要在 PLC 上增加一个扩展模块。 该类型 PLC 最多可增加 3 个扩展模块，可以较好地满足本 机械装备设计需求 [2]。 2 . 1 . 2 控制系统的电路设计 风机轴套加工机械装备的控制系统设计主要是指电气 设计、硬件方面的设计，包括主电路设计、电机设计、按 键输入设计、三相异步电机控制设计、PLC 接线设计等。主 电路设计，先借助断路器和熔断器将 380V 的外接电源接入 主交流接触器，将启动按钮和急停按钮串联安装在接触器 的触点上。启动按钮用于给主电路供电，而急停按钮则用 于紧急情况下电源的强制切断。从 PLC 输出的电流，在继 电器与交流接触器配合的情况下，传输至各个电机中，以 驱动这些电机运转。驱动三相异步电机运转，包括钻孔电 机、铣平面电机、分割器电机等 [3]。另外，将两个电压分 别为24V和48V的开关电源接入主电路， 前者负责为继电器、 PLC、 计数器、 传感器、 指示灯供电， 后者则为步进电机供电。 三相异步电机的控制设计。由于本装备涉及到的电机 有多种，为了简化电路设计，减少端口数量，可以将动作 时间相同的倒角电机与铰孔电机公用一个 PLC 输出端口， 驱动则采用公用继电器与交流接触器相结合的形式。攻丝 电机的控制要实现攻丝与退丝，即正转与反转两个关键功 能，以将正转交流接触器的常闭触点和反转继电器的输出 端以串联方式连接起来，将反转接触器的常闭触点和正转 继电器的输出端串联起来，形成互锁式转动电路。 按键输入设计。根据风机轴套加工要求，对加工用机械 装备的运作模式设计成手动与自动两种。手动模式负责对装 备进行检修维护和调试，以及对机械装备各个部件的操作和 控制；而自动则在送料后由专机自动完成对毛坯工件的加工。 为了实现上述两种模式的正常运转，除了需要添加上面提到 的启动按钮、急停按钮外，还需设置自动按钮、电源按钮、 油泵按钮以及手动模式启动需要的转动按钮、钻孔按钮、送 料按钮、倒角按钮、铣平面按钮、气缸按钮等多种按钮 [4]。 这些按钮分别负责启动不同的功能，在对按键输入电路进行 设计时，可以采用带锁式方式设计自动模式，并将自动模式 的常闭接口与手动模式电路串联。这样当自动模式的按钮 启动后，其他单步执行的按钮均停止工作，从而使两种模式 得以顺利有序地执行。PLC 的接线设计在输入输出端分别接 24V 的电源开关，以满足各电路模块的运行需求。 2 . 2 执行部分的设计 2 . 2 . 1 夹具设计 夹具装置主体主要由夹具体、夹紧装置和定位元件组 成。根据划分标准的不同，它可以分为组合夹具、通用夹 具、自动线夹具、数控机床夹具、齿轮机床夹具、镗床夹 具、铣床夹具、车床夹具、液压夹具、气动夹具、电动夹具、 真空夹具等多种类型。 尽管类型不同， 适用范围与条件不同， 但它们基于的原理基本相同。本文研究的用于加工风机轴 套的机械装备夹具设计，考虑到加工过程中需要用到大量 气缸，决定采用气动夹具，并将气体作为装备的动力能源。 2 . 2 . 2 铣平面结构设计 铣平面加工设计包括两方面，一个是铣刀类型的选择， 一个是铣平面机构的设计，由上下牵引部分、 （下转第102页） 一种用于风机轴套加工的机械装备设计 方 飚 （中国船舶重工集团公司第七一〇研究所，宜昌 443003 摘 要风机轴套作为一种常见机械零件，在许多领域有着广泛应用。随着科技的快速发展，风机轴套加工 工艺与装置设备也在不断更新，加工机械装备设计水平逐渐提升。本文在明确风机轴套加工基本要求后，基于 PLC 从控制系统部分的电气设计和执行部分的设计两方面，对用于加工风机轴套的机械装备设计进行研究，旨在 提高机械装备的自动化水平。 关键词风机轴套加工 PLC 机械装备 设计 现代制造技术与装备2016年11月-正文-20161205.indd 1002016/12/19 103243 现代制造技术与装备 1 0 2 2 0 1 6第 1 1期 总第 2 4 0期 2 实验验证 仅制作上述排屑过滤机尾部部分，采用两个楔形筛滚 筒进行实验。实验装置如图 3、图 4 所示。具体的楔形筛滚 筒刮板排屑过滤机实验内容、方法和结论，如表 2 所示。 图 3 实验装置示意图 图 4 实验装置楔形筛滚筒 表 2 楔形筛滚筒刮板排屑过滤机实验 序号内容方法结论 1 过滤精度 （μm） 采用 100μm 滤纸抽样检测过滤 后切削液，未见滤纸残留颗粒 过滤精度达到 100μm 2 单滚筒筒流量 （L/Min） 采用流量计检测 实测流量 347.5L/Min 3 结语 本文设计了一种采用楔形筛滚筒的刮板排屑过滤机， 通过实验对流量进行了验证。与传统排屑机相比，该设计 装置的过滤精度与处理流量大大提高，有利于降低水箱配 置，降低脏液箱清理频率。采楔形滚筒缝隙的外小内大结 构可有效防止缝隙堵塞，且采用不锈钢条刷清理楔形滚筒， 避免了传统排屑机采用净液反冲，提高了过滤效率。 Design of Scraper Chip Filter with Wedge Screen Drum H E G u o f e n g N i n g x i a S h a r e d Ma c h i n e A c c e s s o r y C o . , L t d . , Y i n c h u a n 7 5 0 0 2 1 Abstract T h i s p a p e r d e s c r i b e s t h e m a i n m e t h o d s o f c u t t i n g f l u i d f i l t r a t i o n a n d a n a l y z e s t h e a d v a n t a g e s a n d d i s a d v a n t a g e s o f t h e e x i s t i n g m a c h i n e t o o l c u t t i n g f l u i d , a n d d e s i g n s a s c r a p e r c h i p f i l t e r w i t h w e d g e s c r e e n d r u m . I n t h i s p a p e r , t h e c h i p f i l t e r h a s h i g h p r e c i s i o n a n d g o o d f i l t r a t i o n p e r f o r m a n c e . I t h a s a g o o d p r o s p e c t o f m a r k e t a p p l i c a t i o n . Key words m a c h i n e t o o l , c u t t i n g f l u i d , f i l t e r , w e d g e s c r e e n d r u m , s c r a p e r c h i p f i l t e r r o w （上接第 100 页）电机、支架、水平牵引、铣刀等几部分组 成。铣刀种类各式各样，有锯齿形、立式铣刀、键槽铣刀、 圆柱铣刀等。基于本风机轴套加工机械装备的铣平面结构 设计要求，所选铣刀应能满足工件加工精度要求，能有效 简化铣平面，由此本文选择齿数较多的锯齿形铣刀 [5]。这 种铣刀夹持较为方便，加工精度较高，即使在转轴转速较 低时也可以得到较高的切削速度，因而能够较好地保证工 件铣平面加工精度。毛坯工件随着圆盘转动过程中，其运 动轨迹绝不能与铣刀的水平位置发生干涉。按照这一要求， 铣平面结构的设计应将铣刀固定在三相异步电机转轴上， 且当该工位夹具静止后，从上下和水平两个方向对工件进 行加工，以确保工件加工能够得到满足要求的铣平面。 2 . 2 . 3 钻孔设计 钻孔结构主要由钻孔电机、液压阻尼器、气缸、电机 安装块、调节构件、导轨、滑块等组成。在设计钻孔结构 时，调节构件和钻孔气缸安装在最上部，钻头直接安装在 三相异步电机的转轴上，而上述这些所有装置均安装在两 套十字拖板上。这样有利于安装位置的调节，提高装置的 灵活性。由夹具夹紧毛坯工件后将其送至钻孔装置中，启 动电机，钻孔气缸通过电机安装块推动钻孔电机向下移动， 靠近毛坯工件对其进行钻孔加工。这一过程中，液压阻尼 器发挥着重要作用，它是对钻头向下移动靠近毛坯工件的 下降速度进行缓冲的有效手段，是保证工件加工顺利进行， 保证工件加工精度不可缺少的元器件。 3 结语 通过分析得知，风机轴套加工包括钻孔、铣平面、倒 角、铰孔等多个环节。要保证工件加工精度满足设计要求， 必须保证每一环节的加工精度达到设计标准，必须按照轴 套各尺寸要求对工件进行加工，并对加工用机械装备各结 构模块进行科学设计， 合理选型元器件， 包括夹具、 铣平面、 钻孔、控制系统等。 参考文献 [1] 王学军 . 大型离心压缩机产品精益设计研究与应用 [D]. 沈阳 东北大学，2009. [2] 任素波 . 偶数齿烧结机主运动系统设计理论研究 [D]. 秦皇岛 燕山大学，2012. [3]陈囿兆.一种行星式砂带磨削装置的研究[D].长沙湖南大学， 2010. [4] 张明松 . 履带式风力灭火机的设计模拟与实验研究 [D]. 哈尔 滨东北林业大学，2014. [5] 高猛 . 工程机械发动机自调角节能冷却风机研究 [D]. 阜新 辽宁工程技术大学，2012. Design of Mechanical Equipment for Fan Bushing Machining F A N G B i a o N o . 7 1 0 R e s e a r c h I n s t i t u t e o f C h i n a S h i p b u i l d i n g I n d u s t r y C o r p o r a t i o n , Y i c h a n g 4 4 3 0 0 3 Abstract F a n b u s h i n g s a r e w i d e l y u s e d i n m a n y f i e l d s a s a k i n d o f c o m m o n m e c h a n i c a l p a r t s . Wi t h t h e r a p i d d e v e l o p m e n t o f s c i e n c e a n d t e c h n o l o g y , f a n s l e e v e p r o c e s s i n g t e c h n o l o g y a n d e q u i p m e n t a r e c o n s t a n t l y u p d a t e d , p r o c e s s i n g m a c h i n e r y a n d e q u i p m e n t d e s i g n l e v e l g r a d u a l l y i m p r o v e d . B a s e d o n t h e b a s i c r e q u i r e m e n t s o f f a n s l e e v e m a c h i n i n g , t h i s p a p e r s t u d i e s t h e d e s i g n o f m e c h a n i c a l e q u i p m e n t u s e d t o p r o c e s s t h e f a n b u s h i n g s b a s e d o n t h e e l e c t r i c a l d e s i g n a n d t h e d e s i g n o f t h e e x e c u t i v e p a r t o f t h e c o n t r o l s y s t e m . T h e a i m i s t o i m p r o v e t h e a u t o m a t i o n l e v e l o f m e c h a n i c a l e q u i p m e n t . Key words f a n s l e e v e p r o c e s s i n g , P L C , m e c h a n i c a l e q u i p m e n t , d e s i g n 现代制造技术与装备2016年11月-正文-20161205.indd 1022016/12/19 103244