一種用于風(fēng)機(jī)軸套加工的機(jī)械裝備設(shè)計

方 飚

（中國船舶重工集團(tuán)公司第七一〇研究所，宜昌 443003)

一種用于風(fēng)機(jī)軸套加工的機(jī)械裝備設(shè)計

方 飚

（中國船舶重工集團(tuán)公司第七一〇研究所，宜昌 443003)

風(fēng)機(jī)軸套作為一種常見機(jī)械零件，在許多領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。隨著科技的快速發(fā)展，風(fēng)機(jī)軸套加工工藝與裝置設(shè)備也在不斷更新，加工機(jī)械裝備設(shè)計水平逐漸提升。本文在明確風(fēng)機(jī)軸套加工基本要求后，基于PLC從控制系統(tǒng)部分的電氣設(shè)計和執(zhí)行部分的設(shè)計兩方面，對用于加工風(fēng)機(jī)軸套的機(jī)械裝備設(shè)計進(jìn)行研究，旨在提高機(jī)械裝備的自動化水平。

風(fēng)機(jī)軸套加工 PLC 機(jī)械裝備 設(shè)計

1 風(fēng)機(jī)軸套加工的基本要求

在風(fēng)機(jī)軸套的加工過程中，一個成品風(fēng)機(jī)軸套應(yīng)為一個空心圓柱體形，但在小圓柱一端有銑銷切口平面和另一端有圓形鉆孔，稱之為粗牙螺孔。大圓柱半徑為8.1mm，小圓柱半徑為8mm，內(nèi)孔半徑為4mm。銑銷深度為0.35cm，高度為2mm，銑銷平面的粗糙度為3.2μm。這些尺寸參數(shù)是對風(fēng)機(jī)軸套加工的基本要求。只有加工完成后的軸套各項(xiàng)參數(shù)與上述相符，才是一個合格的產(chǎn)品。除了大小圓柱半徑與銑平面外，對于螺孔的加工精度也有著嚴(yán)格要求。螺孔鉆孔的位置應(yīng)與銑平面垂直的小圓柱端，且兩者之間的垂直度誤差必須控制在±0.5°以內(nèi)，螺孔直徑應(yīng)為5mm[1]。小圓柱鉆孔至大圓柱端內(nèi)孔時，需要進(jìn)行倒角處理和鉸孔處理，倒角的規(guī)格要求為45°×0.5。鉸孔處理是為了消除鉆孔過程中出現(xiàn)的加工毛刺和內(nèi)孔中的碎屑，以便得到光滑整潔的螺孔。需要注意的是，在軸套整個加工過程（鉆孔、銑平面、攻絲、倒角、鉸孔等）中，對于所有尺寸參數(shù)的加工誤差都必須控制在0.05mm以內(nèi)，以確保滿足加工要求。

2 風(fēng)機(jī)軸套加工機(jī)械裝備的設(shè)計

2.1 控制部分的設(shè)計

2.1 .1 PLC的選型

PLC的結(jié)構(gòu)構(gòu)成包括CPU、電源、存儲器、輸入輸出單元、I/O擴(kuò)展單元、外設(shè)接口、編程器等多種元件。目前，市場上銷售的PLC種類豐富。為了選擇一個符合本裝置設(shè)計的PLC，首先需要分析風(fēng)機(jī)軸套加工對裝置各方面的需求。由于存儲容量需求不大，重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)定時器、邏輯運(yùn)算、順序控制和計數(shù)器等功能即可，因而可以選擇CP1E系列PLC。為了保證端口數(shù)的充足，需要在PLC上增加一個擴(kuò)展模塊。該類型PLC最多可增加3個擴(kuò)展模塊，可以較好地滿足本機(jī)械裝備設(shè)計需求[2]。

2.1 .2 控制系統(tǒng)的電路設(shè)計

風(fēng)機(jī)軸套加工機(jī)械裝備的控制系統(tǒng)設(shè)計主要是指電氣設(shè)計、硬件方面的設(shè)計，包括主電路設(shè)計、電機(jī)設(shè)計、按鍵輸入設(shè)計、三相異步電機(jī)控制設(shè)計、PLC接線設(shè)計等。主電路設(shè)計，先借助斷路器和熔斷器將380V的外接電源接入主交流接觸器，將啟動按鈕和急停按鈕串聯(lián)安裝在接觸器的觸點(diǎn)上。啟動按鈕用于給主電路供電，而急停按鈕則用于緊急情況下電源的強(qiáng)制切斷。從PLC輸出的電流，在繼電器與交流接觸器配合的情況下，傳輸至各個電機(jī)中，以驅(qū)動這些電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。驅(qū)動三相異步電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，包括鉆孔電機(jī)、銑平面電機(jī)、分割器電機(jī)等[3]。另外，將兩個電壓分別為24V和48V的開關(guān)電源接入主電路，前者負(fù)責(zé)為繼電器、PLC、計數(shù)器、傳感器、指示燈供電，后者則為步進(jìn)電機(jī)供電。

三相異步電機(jī)的控制設(shè)計。由于本裝備涉及到的電機(jī)有多種，為了簡化電路設(shè)計，減少端口數(shù)量，可以將動作時間相同的倒角電機(jī)與鉸孔電機(jī)公用一個PLC輸出端口，驅(qū)動則采用公用繼電器與交流接觸器相結(jié)合的形式。攻絲電機(jī)的控制要實(shí)現(xiàn)攻絲與退絲，即正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)兩個關(guān)鍵功能，以將正轉(zhuǎn)交流接觸器的常閉觸點(diǎn)和反轉(zhuǎn)繼電器的輸出端以串聯(lián)方式連接起來，將反轉(zhuǎn)接觸器的常閉觸點(diǎn)和正轉(zhuǎn)繼電器的輸出端串聯(lián)起來，形成互鎖式轉(zhuǎn)動電路。

按鍵輸入設(shè)計。根據(jù)風(fēng)機(jī)軸套加工要求，對加工用機(jī)械裝備的運(yùn)作模式設(shè)計成手動與自動兩種。手動模式負(fù)責(zé)對裝備進(jìn)行檢修維護(hù)和調(diào)試，以及對機(jī)械裝備各個部件的操作和控制；而自動則在送料后由專機(jī)自動完成對毛坯工件的加工。為了實(shí)現(xiàn)上述兩種模式的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，除了需要添加上面提到的啟動按鈕、急停按鈕外，還需設(shè)置自動按鈕、電源按鈕、油泵按鈕以及手動模式啟動需要的轉(zhuǎn)動按鈕、鉆孔按鈕、送料按鈕、倒角按鈕、銑平面按鈕、氣缸按鈕等多種按鈕[4]。這些按鈕分別負(fù)責(zé)啟動不同的功能，在對按鍵輸入電路進(jìn)行設(shè)計時，可以采用帶鎖式方式設(shè)計自動模式，并將自動模式的常閉接口與手動模式電路串聯(lián)。這樣當(dāng)自動模式的按鈕啟動后，其他單步執(zhí)行的按鈕均停止工作，從而使兩種模式得以順利有序地執(zhí)行。PLC的接線設(shè)計在輸入輸出端分別接±24V的電源開關(guān)，以滿足各電路模塊的運(yùn)行需求。

2.2 執(zhí)行部分的設(shè)計

2.2 .1 夾具設(shè)計

夾具裝置主體主要由夾具體、夾緊裝置和定位元件組成。根據(jù)劃分標(biāo)準(zhǔn)的不同，它可以分為組合夾具、通用夾具、自動線夾具、數(shù)控機(jī)床夾具、齒輪機(jī)床夾具、鏜床夾具、銑床夾具、車床夾具、液壓夾具、氣動夾具、電動夾具、真空夾具等多種類型。盡管類型不同，適用范圍與條件不同，但它們基于的原理基本相同。本文研究的用于加工風(fēng)機(jī)軸套的機(jī)械裝備夾具設(shè)計，考慮到加工過程中需要用到大量氣缸，決定采用氣動夾具，并將氣體作為裝備的動力能源。

2.2 .2 銑平面結(jié)構(gòu)設(shè)計

銑平面加工設(shè)計包括兩方面，一個是銑刀類型的選擇，一個是銑平面機(jī)構(gòu)的設(shè)計，由上下牽引部分、電機(jī)、支架、水平牽引、銑刀等幾部分組成。銑刀種類各式各樣，有鋸齒形、立式銑刀、鍵槽銑刀、圓柱銑刀等。基于本風(fēng)機(jī)軸套加工機(jī)械裝備的銑平面結(jié)構(gòu)設(shè)計要求，所選銑刀應(yīng)能滿足工件加工精度要求，能有效簡化銑平面，由此本文選擇齒數(shù)較多的鋸齒形銑刀[5]。這種銑刀夾持較為方便，加工精度較高，即使在轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速較低時也可以得到較高的切削速度，因而能夠較好地保證工件銑平面加工精度。毛坯工件隨著圓盤轉(zhuǎn)動過程中，其運(yùn)動軌跡絕不能與銑刀的水平位置發(fā)生干涉。按照這一要求，銑平面結(jié)構(gòu)的設(shè)計應(yīng)將銑刀固定在三相異步電機(jī)轉(zhuǎn)軸上，且當(dāng)該工位夾具靜止后，從上下和水平兩個方向?qū)ぜM(jìn)行加工，以確保工件加工能夠得到滿足要求的銑平面。

2.2 .3 鉆孔設(shè)計

鉆孔結(jié)構(gòu)主要由鉆孔電機(jī)、液壓阻尼器、氣缸、電機(jī)安裝塊、調(diào)節(jié)構(gòu)件、導(dǎo)軌、滑塊等組成。在設(shè)計鉆孔結(jié)構(gòu)時，調(diào)節(jié)構(gòu)件和鉆孔氣缸安裝在最上部，鉆頭直接安裝在三相異步電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上，而上述這些所有裝置均安裝在兩套十字拖板上。這樣有利于安裝位置的調(diào)節(jié)，提高裝置的靈活性。由夾具夾緊毛坯工件后將其送至鉆孔裝置中，啟動電機(jī)，鉆孔氣缸通過電機(jī)安裝塊推動鉆孔電機(jī)向下移動，靠近毛坯工件對其進(jìn)行鉆孔加工。這一過程中，液壓阻尼器發(fā)揮著重要作用，它是對鉆頭向下移動靠近毛坯工件的下降速度進(jìn)行緩沖的有效手段，是保證工件加工順利進(jìn)行，保證工件加工精度不可缺少的元器件。

3 結(jié)語

通過分析得知，風(fēng)機(jī)軸套加工包括鉆孔、銑平面、倒角、鉸孔等多個環(huán)節(jié)。要保證工件加工精度滿足設(shè)計要求，必須保證每一環(huán)節(jié)的加工精度達(dá)到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，必須按照軸套各尺寸要求對工件進(jìn)行加工，并對加工用機(jī)械裝備各結(jié)構(gòu)模塊進(jìn)行科學(xué)設(shè)計，合理選型元器件，包括夾具、銑平面、鉆孔、控制系統(tǒng)等。

[1]王學(xué)軍.大型離心壓縮機(jī)產(chǎn)品精益設(shè)計研究與應(yīng)用[D].沈陽：東北大學(xué)，2009.

[2]任素波.偶數(shù)齒燒結(jié)機(jī)主運(yùn)動系統(tǒng)設(shè)計理論研究[D].秦皇島：燕山大學(xué)，2012.

[3]陳囿兆.一種行星式砂帶磨削裝置的研究[D].長沙：湖南大學(xué)，2010.

[4]張明松.履帶式風(fēng)力滅火機(jī)的設(shè)計模擬與實(shí)驗(yàn)研究[D].哈爾濱：東北林業(yè)大學(xué)，2014.

[5]高猛.工程機(jī)械發(fā)動機(jī)自調(diào)角節(jié)能冷卻風(fēng)機(jī)研究[D].阜新：遼寧工程技術(shù)大學(xué)，2012.

Design of Mechanical Equipment for Fan Bushing Machining

FANG Biao
(No.710 Research Institute of China Shipbuilding Industry Corporation, Yichang 443003)

Fan bushings are widely used in many fields as a kind of common mechanical parts. With the rapid development of science and technology, fan sleeve processing technology and equipment are constantly updated, processing machinery and equipment design level gradually improved. Based on the basic requirements of fan sleeve machining, this paper studies the design of mechanical equipment used to process the fan bushings based on the electrical design and the design of the executive part of the control system. The aim is to improve the automation level of mechanical equipment .

fan sleeve processing, PLC, mechanical equipment, design