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        大規(guī)格銑刀體輪轂型排列減重孔設(shè)計

        2024-02-26 09:53:10羅紅紅張懷緒
        金屬加工(冷加工) 2024年2期
        關(guān)鍵詞:用戶質(zhì)量設(shè)計

        羅紅紅,張懷緒

        陜西關(guān)中工具制造有限公司 陜西寶雞 721400

        1 序言

        在大型機械零件加工中,為了提高生產(chǎn)效率,常采用大直徑刀具,一次性完成工件表面的加工。某用戶在加工一大型零件時,要求采用D920mm×60mm大規(guī)格槽銑刀,一次性完成工件相關(guān)槽面的加工,如圖1、圖2所示。用戶根據(jù)其專用機床功率、刀具裝夾情況等,要求所設(shè)計加工的D920mm×60mm槽銑刀,成品總質(zhì)量不超過180kg。若按一般減輕刀體質(zhì)量的設(shè)計方法,很難達(dá)到用戶要求。筆者優(yōu)化相關(guān)設(shè)計參數(shù),采用輪轂型減重孔排列,進(jìn)行減重設(shè)計,減重效果好,滿足了用戶要求。

        圖1 刀具在機床上的安裝

        圖2 工件加工槽形

        2 刀具結(jié)構(gòu)設(shè)計

        用戶工件毛坯為鑄造件,材料HT250。工件毛坯槽形面單邊銑削余量2.5mm,工件槽形尺寸K=(60±0.15)mm,L=360mm,H=12mm。雖然工件毛坯槽形面銑削余量不大,但由于要保證槽形寬度等相關(guān)尺寸,要求槽銑刀的直徑及寬度等外形尺寸較大,導(dǎo)致刀具質(zhì)量較大。經(jīng)過測算,按正常步驟,完成刀體槽形及安裝孔等加工后,在刀體槽上裝配相關(guān)零件,最終該大規(guī)格槽銑刀成品質(zhì)量約為288kg,超過用戶對該槽銑刀質(zhì)量的要求,因此必須進(jìn)行刀體減重設(shè)計。

        綜合考慮用戶要求,該大型槽銑刀的刀片端面伸出量可調(diào)節(jié),刀具排屑流暢,切削輕快,本次所設(shè)計的D920mm×60mm大型槽銑刀的槽形結(jié)構(gòu)及安裝孔結(jié)構(gòu)尺寸如圖3、圖4所示。根據(jù)圖2工件槽形可知,主要加工上下兩側(cè)面,因此,左、右槽形分別設(shè)計帶+5°刃傾角,使切削鋒利。選用平行四邊形刀片,有效邊長設(shè)計為15.5mm×16mm,且?guī)?°側(cè)隙角,主要切削工件槽形底部H=12mm的底面。刀片后邊的調(diào)整塊用于調(diào)節(jié)刀片端面伸出量[1]??紤]到提高切削效率等因素[2],刀具總齒數(shù)設(shè)計為Z=60,其中,左、右齒槽數(shù)各30,均勻分布。

        圖3 刀具槽形

        圖4 安裝孔結(jié)構(gòu)

        成品刀具上所裝刀片、壓塊等零件為公司內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)件,其質(zhì)量已知。按刀具總齒數(shù)Z=60計算,成品刀盤上所裝各零件質(zhì)量如下。刀片總質(zhì)量為60×0.011=0.66(kg),雙頭螺釘總質(zhì)量為60×2×0.008=0.96(kg),壓塊總質(zhì)量為60×2×0.009=1.08(kg),調(diào)整塊總質(zhì)量為60×0.007=0.42(kg),成品刀盤上所裝零件總質(zhì)量合計0.66+0.96+1.08+0.42=3.12(kg),按刀盤成品質(zhì)量不超過180kg,則刀體質(zhì)量不超過180-3.12=176.88(kg)。

        3 調(diào)整設(shè)計刀體減重孔結(jié)構(gòu)及參數(shù)

        根據(jù)所設(shè)計刀體槽形及安裝孔等參數(shù),利用Solidworks繪制出刀體立體圖,再利用Solidworks軟件的質(zhì)量查詢功能,可方便得到刀體質(zhì)量。

        1)刀體材料為合金結(jié)構(gòu)鋼40Cr,其密度取0.785×10-5kg/mm3,不帶減重設(shè)計時,經(jīng)過質(zhì)量查詢刀體質(zhì)量為284.3kg,如圖5所示。

        圖5 不帶減重設(shè)計時刀體質(zhì)量

        2)若采用普通的減重設(shè)計方法,即在刀體上鉆減重孔,同時應(yīng)保證刀體強度(對于φ800~φ1000mm的大刀盤,一般相鄰孔壁距離應(yīng)>90mm)[3,4]。本次選取減重孔直徑50mm,考慮保證刀體強度的同時,按圓周均布兩排孔進(jìn)行減重設(shè)計。利用Solidworks軟件,經(jīng)過質(zhì)量查詢刀體質(zhì)量為262.3kg,如圖6所示。

        圖6 帶減重孔進(jìn)行減重設(shè)計時刀體的質(zhì)量

        3)綜合考慮工件毛坯槽形切削余量、用戶機床功率及用戶對刀體質(zhì)量的要求等因素,采用輪轂型排列減重孔的設(shè)計方法,即在刀體上沿圓周方向均布排列設(shè)計輪轂型減重孔,同時應(yīng)保證刀體強度(對于φ800~φ1000mm的大刀盤,一般相鄰減重孔壁厚H>100mm)[5,6]??紤]保證刀體強度的同時,沿圓周均布排列進(jìn)行輪轂型減重孔設(shè)計。減重孔槽形設(shè)計相關(guān)尺寸如圖7所示。按輪轂型排列減重孔加工好的刀體半成品如圖8所示。利用Solidworks軟件,經(jīng)過質(zhì)量查詢刀體質(zhì)量為175.89kg,如圖9所示。

        圖7 輪轂型排列時減重孔結(jié)構(gòu)尺寸

        圖8 按輪轂型排列減重孔設(shè)計加工的刀體半成品

        圖9 按輪轂型排列減重孔設(shè)計的刀體質(zhì)量分析

        刀盤上所裝零件質(zhì)量合計3.12kg,按輪轂型排列減重孔設(shè)計后的刀體質(zhì)量為175.89kg,最終成品刀盤總質(zhì)量為175.89+3.12=179.01(kg),滿足了用戶對刀盤總質(zhì)量不超過180kg的要求。

        4 刀盤的實際應(yīng)用

        用戶機床為大型龍門銑床,工件沿長度方向安裝在龍門銑床工作臺上,如圖10所示。將所設(shè)計的帶輪轂型減重孔的銑刀盤,通過專用銑刀桿安裝在龍門銑床主軸上,用戶材料為HT250,毛坯為鑄造件。使用硬質(zhì)合金刀片,按YG8選用,采用干式銑削。主軸轉(zhuǎn)速為60r/min,龍門銑床工作臺進(jìn)給速度為200mm/min,所加工工件的槽深為360mm。實際切削效果滿足用戶要求,刀盤質(zhì)量減輕后既方便了安裝使用,也提高了生產(chǎn)效率。

        圖10 帶輪轂型排列減重孔的銑刀盤銑削加工

        5 結(jié)束語

        對于大規(guī)格的銑刀盤,采用輪轂型減重孔排列進(jìn)行減重結(jié)構(gòu)設(shè)計,可有效減輕刀體質(zhì)量,特別是當(dāng)用戶機床電動機功率有限時,很方便用戶機床安裝使用。利用Solidworks等立體繪圖軟件的參數(shù)驅(qū)動設(shè)計功能及質(zhì)量等屬性查詢功能,可方便進(jìn)行幾種方案參數(shù)的比較優(yōu)化設(shè)計,從而滿足用戶對刀盤總體質(zhì)量的要求。本文大規(guī)格銑刀體輪轂型排列減重孔設(shè)計方法,可為同類其他大規(guī)格刀具減輕質(zhì)量設(shè)計時提供借鑒。

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