螺桿銑床分體式鏈板排屑器及水箱的設(shè)計(jì)

□ 王長興 □ 朱 凱

1.沈陽工大科技開發(fā)有限公司 沈陽 110020 2.沈陽嘉華電力電器有限公司 沈陽 110020

1 設(shè)計(jì)背景

螺桿作為石油工業(yè)設(shè)備上常見的工業(yè)零件,有著廣泛的應(yīng)用。隨著我國石油工業(yè)的長足發(fā)展,我國對(duì)各種型號(hào)的螺桿需求量逐年增加,進(jìn)而增大了對(duì)螺桿銑床的需求量。為了滿足不同用戶的實(shí)際生產(chǎn)使用需求,對(duì)螺桿銑床排屑器及水箱的性能要求越來越高。排屑器及水箱作為螺桿銑床的重要組成部分,其性能的優(yōu)劣直接影響到螺桿銑床對(duì)工件的加工精度。在加工過程中,為工件提供的冷卻液和及時(shí)有效地將高溫切屑排出,可以在一定程度上減少工件的熱變形,有利于螺桿的加工,提高了螺桿的加工精度和準(zhǔn)確度。筆者通過對(duì)排屑器及水箱的基本類型進(jìn)行介紹,并對(duì)主要組成部分的結(jié)構(gòu)進(jìn)行選型分析,從實(shí)際出發(fā),設(shè)計(jì)一種分體式鏈板排屑器及水箱,以滿足使用需求達(dá)到最優(yōu)效果。

2 排屑器基本類型

2.1 連接方式

按照排屑器與床身防護(hù)的連接方式可分為連體式排屑器與分體式排屑器。

(1) 連體式排屑器。連體式排屑器與車床的防護(hù)相連,加工時(shí)產(chǎn)生的切屑直接落入連體式排悄器中由其排出,切屑液由其過濾后重復(fù)使用,效率高,適用于切屑排量大、整體性強(qiáng)的螺桿銑床。缺點(diǎn)是由于螺桿銑床的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致安裝、拆卸維護(hù)不方便。

(2) 分體式排屑器。分體式排屑器及水箱與螺桿銑床的防護(hù)分體安裝,加工時(shí)產(chǎn)生的切屑落在螺桿銑床上,由重力作用滑入分布式排屑器中由其排出,設(shè)備靈活可移動(dòng)。缺點(diǎn)是底部空間小,排屑器及水箱的高度受限,排屑量小,容易造成切屑的堆積。

2.2 排屑方式

按照排屑器排屑方式的不同可分為螺旋式、刮板式和鏈板式。

(1) 螺旋式排屑器。螺旋式排屑器的工作原理為,通過旋轉(zhuǎn)的葉片對(duì)切屑進(jìn)行螺旋輸送,適用于顆粒狀、馬蹄狀、塊狀的切屑。

(2) 刮板式排屑器。刮板式排屑器的工作原理為,驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)鏈輪鏈條,在刮板的作用下,切削沿其運(yùn)動(dòng)方向完成輸送,刮板式排屑器適用于各種形狀的切屑。

(3) 鏈板式排屑器。鏈板式排屑器的工作原理為,在鏈板上安裝等距離的小刮板,切削落在鏈板上,通過小刮板的作用下完成輸送。其特點(diǎn)是排屑效率高,適用于小顆粒、馬蹄狀、塊狀、絲狀的切屑。

3 水箱冷卻泵基本原理

水箱是工件加工時(shí)的重要冷卻裝備。通常情況下與排屑器設(shè)計(jì)為一體。為了防止切屑回流至冷卻泵中,在排屑器和水箱之間加有過濾裝置,冷卻液通過冷卻泵的作用噴淋于工件上,對(duì)加工中的工件、切屑和刀具進(jìn)行降溫,有效地提高了螺桿的加工精度,延長了刀具的使用壽命。噴淋后的冷卻液通過排液器回流至水箱中完成循環(huán),噴淋的流速越大,降溫的作用就越明顯。通常采用高揚(yáng)程的水泵。冷卻泵和其它液下泵一樣,電機(jī)位于泵的上方,通過兩半連接塊直接與冷卻泵連接。進(jìn)液口在泵體錐底部直接抽吸液體,出口在上方。冷卻泵原理為:需要抽吸的機(jī)床冷卻液由泵體的底部導(dǎo)流座進(jìn)入冷卻泵葉輪,在葉片高速旋轉(zhuǎn)的動(dòng)力下,揚(yáng)程與吸力均有增大;冷卻液進(jìn)入導(dǎo)流器壓力室后,速度減小,動(dòng)能再轉(zhuǎn)換為勢能,最后壓力冷卻液經(jīng)出水口排出,達(dá)到噴淋的效果。

4 分體式鏈板排屑器及水箱結(jié)構(gòu)選型

通過對(duì)螺桿銑床的結(jié)構(gòu)、加工螺桿時(shí)產(chǎn)生的切削大小、生產(chǎn)效率、排屑效率、過濾效果及制造成本等因素進(jìn)行綜合考慮,選用分體式鏈板排屑器及水箱,其組成部分如圖1所示。

圖1 分體式鏈板排屑器及水箱組成部分

5 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

5.1 輸送效率選擇與輸送量計(jì)算

當(dāng)分體式鏈板排屑器及水箱采用小角度輸送布置時(shí),輸送角為0°～15°,輸送效率計(jì)算:

ηc=ηC

(1)

式中:ηc為小角度輸送布置時(shí)的輸送效率;η為輸送效率;C為傾斜因數(shù)。

輸送量計(jì)算:

Q0=3 600BHVη

(2)

式中:Q0為輸送量;B為機(jī)槽高度;H為承載機(jī)槽高度;V為刮板鏈條速度。

計(jì)算所得的Q0必須滿足:

Q0≥Qmax

(3)

式中:Qmax為實(shí)際最大輸送量。

5.2 驅(qū)動(dòng)電機(jī)選型

驅(qū)動(dòng)電機(jī)選擇三相異步電機(jī),采用鏈條傳動(dòng),可得電機(jī)功率為:

(4)

式中:P0為所需電機(jī)功率;K為電機(jī)功率備用因數(shù),鏈板式排屑器取1.3～1.5;Fm為驅(qū)動(dòng)輪圓周力;ηi為驅(qū)動(dòng)裝置傳動(dòng)功率。

ηi=η1η2

(5)

式中:η1為電機(jī)傳動(dòng)效率,為0.92～0.94;η2為鏈傳動(dòng)效率,為0.85～0.90。

5.3 鏈條選型

主要根據(jù)輸送鏈條的最大張力來進(jìn)行選取,必須滿足:

Fr≤[F]

(6)

式中:F為鏈條最大張力;[F]為鏈條許用載荷;r為鏈條使用因數(shù)。

r=rvrlru

(7)

式中:rv為速度因數(shù),當(dāng)速度不大于0.32 m/s時(shí),取1.0,當(dāng)速度為0.32～0.5 m/s時(shí),取1.2;rl為長度因數(shù),當(dāng)輸送機(jī)長度不大于50 m時(shí),取1.0,當(dāng)輸送機(jī)長度L0大于50 m時(shí),取L0/50;ru為物料性能因數(shù),對(duì)于一般塊切屑,取1.0,對(duì)于顆粒較小的切屑,取1.1～1.2。

5.4 鏈條長度計(jì)算

鏈板鏈條類型選擇滾動(dòng)鏈條,長度計(jì)算:

Ls=C+2L

(8)

式中:Ls為鏈板鏈條長度;C為鏈條長度偏差值;一般取1.1倍鏈輪周長;L為輸送距離。

5.5 水泵選型

為了保證螺桿的加工精度,螺桿加工中需要大量的切削液對(duì)加工工件進(jìn)行降溫,為了避免水泵的堵塞,回收的切削液在循環(huán)使用時(shí),需安裝過濾網(wǎng)保證水泵的安全工作。螺桿加工中對(duì)切削液需求量大,采用揚(yáng)程大于4 m的三相水泵。

5.6 主軸軸承選型

主軸軸承主要依據(jù)尺寸精度、基本額定負(fù)荷、轉(zhuǎn)速來進(jìn)行選擇。滾動(dòng)軸承是現(xiàn)代機(jī)器中廣泛應(yīng)用的部件之一,依靠主要部件間的滾動(dòng)接觸來支承轉(zhuǎn)動(dòng)零件。

在一般條件下工作的軸承,只要選擇類型合適,易于安裝、維護(hù)。排屑器在使用過程中容易造成軸承的磨損,應(yīng)及時(shí)給予潤滑措施。

5.7 鏈條滑道設(shè)計(jì)

鏈條滑道的設(shè)計(jì)直接影響到排屑器的運(yùn)行效果,筆者采用上下軌雙層滑道,使鏈條的運(yùn)行更加平穩(wěn)。滑道安裝于機(jī)身側(cè)壁,既提高了自身強(qiáng)度,又減少了切屑對(duì)鏈條的干涉。

5.8 機(jī)身及水箱設(shè)計(jì)

結(jié)合實(shí)際工況,設(shè)計(jì)機(jī)身的高度為220 mm,寬度為350 mm,機(jī)槽為多次折彎制成,既提高了自身強(qiáng)度,又節(jié)省了人力物力。在機(jī)身前部安裝水箱,可防止切屑堵塞水泵,在連接處安裝金屬過濾網(wǎng),保證水泵的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

5.9 其它輔助裝置設(shè)計(jì)

張緊裝置安裝在排屑器及水箱的機(jī)頭部分,通過調(diào)節(jié)絲杠帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)鏈輪的位置,進(jìn)而達(dá)到張緊的作用。在機(jī)身頭尾各安裝兩個(gè)吊裝環(huán),方便移動(dòng)。裝屑小車收集從排泄口排出的切屑,方便處理。

6 應(yīng)用效果

排屑器及水箱故障率過高導(dǎo)致機(jī)床停機(jī)而造成用戶的經(jīng)濟(jì)損失是一種非常常見的情況,造成排屑器及水箱的故障原因一般為使用不當(dāng)或設(shè)計(jì)不合理,在運(yùn)行過程中被卡死。針對(duì)這兩種情況,設(shè)計(jì)優(yōu)化和使用培訓(xùn)必不可少。排屑器及水箱作為收集和運(yùn)輸加工中的切屑、輸送和回收冷卻液的裝置,是螺桿加工銑床的重要組成部分。在螺桿加工中需要大量的冷卻液為毛坯料和加工刀具進(jìn)行降溫,排屑器及水箱的使用效果,直接影響了螺桿的加工精度及刀具的使用壽命,進(jìn)而減少了因刀具損壞對(duì)螺桿加工產(chǎn)生的不合格率。通過對(duì)排屑器及水箱的優(yōu)化設(shè)計(jì),提高了排屑器及水箱的效率,解決了螺桿銑床在加工螺桿中因?yàn)榕判疾患皶r(shí)和冷卻效果不佳產(chǎn)生的精度問題。

7 結(jié)束語

合理的螺桿銑床排屑器及水箱設(shè)計(jì),不僅需要扎實(shí)的理論基礎(chǔ),更要從實(shí)際出發(fā),充分了解使用時(shí)的具體要求,從被加工螺桿的材料、實(shí)際的切屑量、切屑的大小形狀、切削冷卻液的多少、具體的工作環(huán)境及工況等方面因素,再結(jié)合螺桿銑床的自身結(jié)構(gòu),不斷地進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化,才能找到適合的機(jī)型。筆者重點(diǎn)通過對(duì)螺桿銑床排屑器及水箱的分類和結(jié)構(gòu)介紹、影響其使用效果的多方面因素進(jìn)行分析,最終采用分體式鏈板排屑器及水箱,得到滿足使用需求的最優(yōu)效果,解決了螺桿銑床在螺桿加工中因?yàn)榕判疾患皶r(shí)及冷卻效果不佳產(chǎn)生的精度問題,保證了螺桿的加工質(zhì)量。