0 引言

      隨著製（zhì）造業的發展， 國內閥門體這種批量較大的零件（jiàn）， 其製造精度和質量穩（wěn）定性的要求（qiú）也在不斷提高。經過反（fǎn）複調研， 作者了解（jiě）到目前的閥門（mén）製造業對閥門體的加工（gōng）基本是采（cǎi）用多（duō）台普通（tōng）車床進行分序加工， 需多次定位裝夾加工， 操作者多次上下料（liào）， 加工效率低、零件成品（pǐn）合格率低。隨著國內數控機床應用的飛速發展和普及， 專（zhuān）門針對閥門體開發設（shè）計一種一次裝夾定（dìng）位多工序複合加（jiā）工（gōng）的數控閥門專用機床越來越成為閥門製造業用戶的迫切需求。

      1 機床總體（tǐ）方案設計構想

      閘閥是一種應用非常廣（guǎng）泛的閥門， 其閥（fá）門體材料（liào）為鑄鐵， 流過介質為液體（tǐ）， 尤其以水（shuǐ）作為介（jiè）質時， 因鏽蝕損壞， 屬易耗件， 市場需求量極大。圖1 為一典型（xíng）閥門體零（líng）件圖， 零件呈“T” 字形， 須加工左右法藍端麵、水線、內部閥芯密封麵， 加工（gōng）質量要求（qiú）主要集中於閥門兩內端密封麵的對稱度、平行（háng）度和表麵質量。

      數控專用機床的（de）設計關鍵在於如何實現（xiàn）針對零件的多工（gōng）序、多（duō）台設備反複裝夾定位加（jiā）工（gōng）多工序、盡可能設（shè）計為（wéi）單台設備一次裝夾定位複合加工， 從而提高加工效率、零件質量穩定性， 同時在設計過程中必須充分考慮模塊化（huà）的設計理念， 並將之運用到專用機床設計中。

      長期以來， 閥門體的加工用5 台普通車床完（wán）成一件閥門體（tǐ）的所需加工工序， C1： 加（jiā）工上端麵； C2： 加工（gōng）左（zuǒ）端麵、锪（huō）水線及倒角（jiǎo）； C3： 加工右端麵、锪水（shuǐ）線（xiàn）及倒角； C4： 加工右端內密封麵及倒角； C5： 加工左端內密封麵及倒角， 加工節拍大約28 分（fèn）鍾/件， 其（qí）中80%的時間用於（yú）零件的輔助定位（wèi）裝夾上， 按一個班8 小時計算， 一個（gè）班計一個月僅能生產500 多件。同時由於多次定位裝夾， 定位基準和使用基準不一致（zhì）， 加工後其主要工作麵對稱度要（yào）求難以控製， 零件尺寸一致性較（jiào）差。由於操作工人加工過程中人為的（de）因素， 因此零件質量穩定性（xìng）差、加工經濟性也較差。總體設計方案如圖2 所示（shì）， 采用立式加工中心底座結構， 去掉原機床立柱， 保留兩個移動軸， 在原立柱部（bù）分安裝兩個主軸動力頭， 移動工（gōng）作台上安裝（zhuāng）回轉台， 夾具裝夾（jiá）工件置於回（huí）轉（zhuǎn）台上， 靠轉台轉位180°， 從而（ér）實（shí）現對（duì）零件的雙麵加工。

      從典型零件（圖（tú）1） 可見， 技術要求較一般， 精度等級不高， 主（zhǔ）要是兩內端麵的密封性， 因此為保證密封麵的平行度， 考慮（lǜ）用（yòng）鏜床的徑（jìng）向刀架原理來（lái）加工內端麵，問（wèn）題的關鍵是如（rú）何（hé）開發一種較（jiào）適合車床使用相（xiàng）應（yīng）規格（gé）較小的（de）徑向刀架（jià）。考慮到采用最少的裝夾（jiá）次數， 實現多工序加工， 設計考慮了以下兩個工藝方案： ①銑外端麵、锪水線； 鏜內端麵、倒角， 加工節拍大約5 分鍾/件；②锪水線、倒角； 鏜外端麵、內端麵， 加工節拍（pāi）大（dà）約6分鍾/件。這兩種方案在一（yī）次裝夾的過程（chéng）中， 能解（jiě）決上述C2~C5 四個加工工序（xù）在一台機床上加工完成， 從零件加工時間上極大地提高了加工效率， 經過和用戶溝通（tōng）， 針對該企業的實際情況、考慮到生產成本等綜合（hé）因素， 決定選（xuǎn）用工藝（yì）方案②， 采用此方案按一個班（bān）8 小時計算， 一個月（yuè）一（yī）班能生（shēng）產2400 多件（jiàn）閥門體。與原加工方案（àn）對比從產量上比原來（lái）增加了380%。

      2 平旋盤（pán）技術在車床主軸上（shàng）的應用

      在總體設計方案確定後， 考慮到閥門體內密封麵加工技術要求對零件（jiàn）裝配使用至關重要， 按設計及工藝方案， 要加工零件的內端麵， 工件不旋轉， 刀架就必須（xū）邊旋轉邊作徑向運動。結（jié）合模（mó）塊化（huà）設計考慮（lǜ）， 以車（chē）床主軸單元作為模（mó）塊化動力頭單元（yuán）， 將（jiāng）鏜床的平旋盤技術應用到車床主軸係單元中成為設計（jì）的重點環節（jiē）之一。

      平旋盤（pán）機（jī）構在鏜床、臥式鏜銑加工中心（xīn）應用較為成熟， 但將之開發設計應用車床主軸上使用， 目前國內仍然很少（shǎo）見。國外有（yǒu）專門的廠家將平旋（xuán）盤開發為機床的功能附件， 但價格太高， 綜合考慮機床的價（jià）格後選擇自己設計有（yǒu）針對性、能滿足加工需求的平旋盤。針對所加工通徑準100mm 閥門體零（líng）件， 作（zuò）為模塊化設計， 可以與A2-6 號主軸標準單元相匹配， 考慮（lǜ）到轉動慣量不能（néng）太大， 初步設計平旋盤規格為直徑準350mm。

      （1）平（píng）旋盤方案設計。實現刀架的直線運動（dòng）可用齒輪（lún）齒條（tiáo）機構或絲杆（gǎn）螺（luó）母機構， 絲杆螺母傳動結構簡單、能實現很大的傳動降速比、傳動平穩、而且隻要用較小的轉矩， 就能獲得（dé）較大的軸向牽引（yǐn）力、當螺旋升角小於摩擦角時， 還具有自鎖作用。為得到較大的降（jiàng）速比平旋盤內部的傳動（dòng）采用齒輪和蝸輪蝸（wō）杆（gǎn）傳動。采用XDL1 電磁離合器控製刀架進給運動的接（jiē）通和斷開， 離合器斷開時， 主軸旋轉， 而（ér）刀架不移動， 對刀完成後， 離合器接通， 主軸旋轉同時經過（guò）齒輪、蝸杆蝸輪副、絲杆螺母， 實現（xiàn）刀（dāo）架（jià）徑向運動， 端麵加工完成， 離合器斷開， 退刀。徑向刀架的（de）移動極限位置用接近（jìn）開關控製。最終確定的平旋盤結構如圖3 所示。

      設定主軸的（de）旋轉方向為（wéi）順時針旋轉（從機床正麵（miàn）看） ， 則蝸杆的旋向是右旋， 絲杆旋向為右旋， 刀架滑板從右向（xiàng）左運動， 因此（cǐ）將絲杆的（de）左支（zhī）承（chéng）定為主要支承， 右支承為輔助支承。為保證加工麵的表麵粗糙度， 確定進給量為0.1mm/r， 絲杆螺距定為2mm， 平旋盤的傳動比：

      TⅢ= TⅤ×i=0.53×1/22×1/2.35=0.01N·m

      III 軸傳（chuán）遞扭（niǔ）矩小（xiǎo）， 因此選用XDL1 小型（xíng）離（lí）合器足夠。

      3 機（jī）床的切削試驗

      通過以上幾個方麵重點設計， 配上大森數控係統、液壓（yā）、潤（rùn）滑係（xì）統、防護外罩， STC100valve 數控閥門專用機床試（shì）製裝調完成後（hòu）， 對用（yòng）戶提供的試件進行了大量的加工試切， 目的在於摸索理想的切削參（cān）數（shù）和對機床的功能和可靠性進（jìn）行有（yǒu）效的試驗和考核， 受篇（piān）幅所限， 試切的詳細過程和試驗數據不（bú）再敷（fū）述， 僅對試切情況作一個簡單的總結。

      （1） 試切條（tiáo）件： ①試件為某公司提供的（de）閥門；②主軸頭1 轉（zhuǎn）速600rpm；主軸頭2 轉速200～400rpm；③刀具為組合刀具；④液（yè）壓夾具係統工（gōng）作油壓（yā）0.8MPa；回轉台工作油壓2.5 MPa。

      （2）加工能力。锪水（shuǐ）線和倒角切削力不大，在此（cǐ）主要介紹鏜端麵的情況。①主軸轉速n=200mm， 切削深度ap=1.5mm 時， 切削工況較為（wéi）平穩； ②主軸轉速n=400mm， 切削深度ap=2.5mm 時，切削工況較為惡劣，夾（jiá）具剛性有點不夠， 但（dàn）主軸電機和平旋盤各零件均未過載， 仍能完成加工。

      （3）加工精度（dù）。①主軸轉速n=200mm，切削深度ap=1.5mm 時， 兩內端麵的（de）對稱度≤0.06mm， 切削表麵光整； ②主軸轉速n=400mm， 切削深度ap=2.5mm時， 兩內端麵的對稱度≤0.10mm， 切（qiē）削表麵有明顯波痕。

      4 機床研發總結

      根據數控閥（fá）門專用機床的設計（jì）試製和試切加工情況， 證明總（zǒng）體設計方案和開發的車床用平旋盤都是較為成功的。閥門專用機（jī）床從提高加工的自動化程度、提高加（jiā）工（gōng）精度和提（tí）高加工效率三個方麵滿足了閥門加工對設備的要（yào）求， 具（jù）有較好（hǎo）的性價比。同（tóng）時成功地（dì）將模塊化設計理念應用到專用機床設計（jì）中，可以和立（lì）式加工中心進行模塊化兼（jiān）容。2008 年4月， STC100valve 數控閥門專用機床參展了CCMT2008 第五屆（jiè）中國數控機床展覽（lǎn）會， 引起了相關閥門生產廠家的極大（dà）興趣。目前（qián）改進設計試（shì）製完成，機床投入生產試用階段。其中的平旋盤（pán）技術於2010 年（nián）5月（yuè）獲得國家專利， STC100valve 數控閥門專用（yòng）機床（chuáng）將成為閥（fá）門加工的主（zhǔ）力設備。