现场法兰加工机走刀箱设计概况

为了适应公司发展及重工产品现场加工的需要, 我们进行技术创新, 设计了CZ1520/4000Ⅰ型现场法兰加工机。该加工机比国内同类产品功能显著增强, 除了横向自动走刀, 还可以实现纵向自动走刀;加工精度极大提高, 粗糙度可达Ra1.6;机体自重也降低了近50%。其先进性、实用性来自于。

(1) 多功能走刀箱的设计。 (2) 高精度芯轴轴承的使用。 (3) 芯轴与转臂制造、装配精度的保证。 (4) 直线导轨的运用。 (5) 变频调速电机的使用。

本文主要介绍走刀箱的设计概况。

1 参数选定

1.1 切削走刀量S的确定

走刀箱的设计参数是参考φ3米立式车床的加工特点选定的。

φ3米立式车床的正常切削走刀量S (mm/r) 见表1。

现场法兰加工机是一种便于运输、安装及拆卸的灵巧的机器设备, 适用于现场加工不易运输的大型工件;决定了它不具有永久的固定的基础且不能过于笨重。因此加工机的刚性相对φ3米立式车床较小, 切削深度及走刀量也略小于立式车床。考虑到所加工工件对表面粗糙度的一般性要求, Ra1.6可以满足使用需要。因此, 综合以上因素, 选定的切削量相对φ3米立式车床处于小段部分。

加工机的切削走刀量S (mm/r) 见表2。

1.2 模数m的确定

1.2.1 蜗轮、蜗杆模数的确定

蜗轮、蜗杆需自制。基于本公司的加工能力及车间现有的加工刀具, 确定蜗杆头数为Z=1, 左旋, 蜗杆直径系数q=12。考虑到其受力情况, 经强度计算, 确定模数m=3mm。

1.2.2 齿轮模数的确定

由于走刀箱内齿轮受力不大而且在能满足使用要求的情况下应尽量减小齿轮的外形尺寸。因此经设计计算, 确定高速级齿轮模数m=2.5mm, 低速级m=3mm, 齿宽b≥8mm。

1.3 传动比的确定

1.3.1 蜗轮、蜗杆传动比的确定

法兰加工机选用的变频减速电动机功率为11kW, 转速为1800r/min, 减速比为17。要将输入走刀箱的转速降下来, 还需一个较大的减速比。当蜗杆头数为1时, 对于中小功率传动, 常取蜗轮齿数Z2=30～50。为了尽量缩小走刀箱的外形尺寸, 使结构更紧凑, 并考虑到其内部空间的布置, 确定Z2=48。所以蜗轮、蜗杆的传动比为48。

1.3.2 齿轮传动比的确定

走刀箱靠蜗杆末端安装的圆柱齿轮 (Z=21) , 与法兰加工机芯轴上的大齿轮 (Z=152) 相啮合输入转速。蜗杆带动蜗轮, 进而带动齿轮机构旋转。输出端为一圆锥齿轮, 与横向刀架大丝杠上的圆锥齿轮相啮合, 驱动丝杠旋转, 其传动比为18∶17。丝杠的规格为T36×6左旋。因此可确定走刀箱的二级传动比i分别为 (见表3) 。

传动比i与切削走刀量S (mm/r) 的关系为 (见图1) 。

2 结构设计特点 (见下页图2)

2.1 设计A、B拨叉机构 (见下页图3)

通过A、B分别拨动双联滑移齿轮与固定齿轮相啮合, 即在Ⅰ档和Ⅲ档之间的相互转换, 可使法兰加工机实现所选定的4种切削走刀量。

2.2 设计C拨叉机构 (见下页图3)

在大型工件的加工过程中, 有时不仅仅要加工平面, 还需加工内孔及外圆, 因此该次设计便增加了纵向输出装置。当把C置于Ⅰ档, 实现横向走刀;置于Ⅲ档则实现纵向走刀。

2.3 设计D拨叉机构 (见下页图4)

D与走刀箱内一过桥齿轮架相联。当D从Ⅰ档换到Ⅱ档时, 参与传动的过桥齿轮由1个变为2个, 输出转向随之发生改变, 从而改变刀具走刀方向。

3 功能

3.1 使刀架沿丝杠作横向往复运动, 可以加工平面。切削走刀量为4级, 与拨叉档位关系见表4。

使刀杆沿刀头小丝杠作纵向往复运动, 可以加工大型工件的内孔及外圆。切削走刀量 (小丝杠的规格为T26×5) 为4级, 与拨叉档位关系见表5。

4 使用情况

目前, 制造完工的一台CZ1520/4000Ⅰ型法兰加工机已投入使用。该设备运行平稳, 使用可靠, 操作方便, 加工精度高于φ3米立式车床, 完全满足现场加工需要。不足之处是仅以圆锥销来承担过载保护功能没有在蜗杆上设计过载保护机构。

注:Ⅰ为蜗杆轴;Ⅱ为蜗轮轴;Ⅲ为齿轮轴;Ⅳ为齿轮轴;Ⅴ为丝杠

摘要：现场法兰加工机若要实现多级变速, 主要取决于走刀箱。因此走刀箱的设计是该机设计的重要部分。本文主要对走刀箱的设计情况进行了探讨。

关键词：走刀箱,切削走刀量,横向走刀,纵向走刀,拨叉机构

参考文献

[1] 成大先.机械设计手册 (第3版) [M].北京:化学工业出版社, 1997.