一种用于风机轴套加工的机械装备设计

方 飚

（中国船舶重工集团公司第七一〇研究所，宜昌 443003)

一种用于风机轴套加工的机械装备设计

方 飚

（中国船舶重工集团公司第七一〇研究所，宜昌 443003)

风机轴套作为一种常见机械零件，在许多领域有着广泛应用。随着科技的快速发展，风机轴套加工工艺与装置设备也在不断更新，加工机械装备设计水平逐渐提升。本文在明确风机轴套加工基本要求后，基于PLC从控制系统部分的电气设计和执行部分的设计两方面，对用于加工风机轴套的机械装备设计进行研究，旨在提高机械装备的自动化水平。

风机轴套加工 PLC 机械装备 设计

1 风机轴套加工的基本要求

在风机轴套的加工过程中，一个成品风机轴套应为一个空心圆柱体形，但在小圆柱一端有铣销切口平面和另一端有圆形钻孔，称之为粗牙螺孔。大圆柱半径为8.1mm，小圆柱半径为8mm，内孔半径为4mm。铣销深度为0.35cm，高度为2mm，铣销平面的粗糙度为3.2μm。这些尺寸参数是对风机轴套加工的基本要求。只有加工完成后的轴套各项参数与上述相符，才是一个合格的产品。除了大小圆柱半径与铣平面外，对于螺孔的加工精度也有着严格要求。螺孔钻孔的位置应与铣平面垂直的小圆柱端，且两者之间的垂直度误差必须控制在±0.5°以内，螺孔直径应为5mm[1]。小圆柱钻孔至大圆柱端内孔时，需要进行倒角处理和铰孔处理，倒角的规格要求为45°×0.5。铰孔处理是为了消除钻孔过程中出现的加工毛刺和内孔中的碎屑，以便得到光滑整洁的螺孔。需要注意的是，在轴套整个加工过程（钻孔、铣平面、攻丝、倒角、铰孔等）中，对于所有尺寸参数的加工误差都必须控制在0.05mm以内，以确保满足加工要求。

2 风机轴套加工机械装备的设计

2.1 控制部分的设计

2.1 .1 PLC的选型

PLC的结构构成包括CPU、电源、存储器、输入输出单元、I/O扩展单元、外设接口、编程器等多种元件。目前，市场上销售的PLC种类丰富。为了选择一个符合本装置设计的PLC，首先需要分析风机轴套加工对装置各方面的需求。由于存储容量需求不大，重点实现定时器、逻辑运算、顺序控制和计数器等功能即可，因而可以选择CP1E系列PLC。为了保证端口数的充足，需要在PLC上增加一个扩展模块。该类型PLC最多可增加3个扩展模块，可以较好地满足本机械装备设计需求[2]。

2.1 .2 控制系统的电路设计

风机轴套加工机械装备的控制系统设计主要是指电气设计、硬件方面的设计，包括主电路设计、电机设计、按键输入设计、三相异步电机控制设计、PLC接线设计等。主电路设计，先借助断路器和熔断器将380V的外接电源接入主交流接触器，将启动按钮和急停按钮串联安装在接触器的触点上。启动按钮用于给主电路供电，而急停按钮则用于紧急情况下电源的强制切断。从PLC输出的电流，在继电器与交流接触器配合的情况下，传输至各个电机中，以驱动这些电机运转。驱动三相异步电机运转，包括钻孔电机、铣平面电机、分割器电机等[3]。另外，将两个电压分别为24V和48V的开关电源接入主电路，前者负责为继电器、PLC、计数器、传感器、指示灯供电，后者则为步进电机供电。

三相异步电机的控制设计。由于本装备涉及到的电机有多种，为了简化电路设计，减少端口数量，可以将动作时间相同的倒角电机与铰孔电机公用一个PLC输出端口，驱动则采用公用继电器与交流接触器相结合的形式。攻丝电机的控制要实现攻丝与退丝，即正转与反转两个关键功能，以将正转交流接触器的常闭触点和反转继电器的输出端以串联方式连接起来，将反转接触器的常闭触点和正转继电器的输出端串联起来，形成互锁式转动电路。

按键输入设计。根据风机轴套加工要求，对加工用机械装备的运作模式设计成手动与自动两种。手动模式负责对装备进行检修维护和调试，以及对机械装备各个部件的操作和控制；而自动则在送料后由专机自动完成对毛坯工件的加工。为了实现上述两种模式的正常运转，除了需要添加上面提到的启动按钮、急停按钮外，还需设置自动按钮、电源按钮、油泵按钮以及手动模式启动需要的转动按钮、钻孔按钮、送料按钮、倒角按钮、铣平面按钮、气缸按钮等多种按钮[4]。这些按钮分别负责启动不同的功能，在对按键输入电路进行设计时，可以采用带锁式方式设计自动模式，并将自动模式的常闭接口与手动模式电路串联。这样当自动模式的按钮启动后，其他单步执行的按钮均停止工作，从而使两种模式得以顺利有序地执行。PLC的接线设计在输入输出端分别接±24V的电源开关，以满足各电路模块的运行需求。

2.2 执行部分的设计

2.2 .1 夹具设计

夹具装置主体主要由夹具体、夹紧装置和定位元件组成。根据划分标准的不同，它可以分为组合夹具、通用夹具、自动线夹具、数控机床夹具、齿轮机床夹具、镗床夹具、铣床夹具、车床夹具、液压夹具、气动夹具、电动夹具、真空夹具等多种类型。尽管类型不同，适用范围与条件不同，但它们基于的原理基本相同。本文研究的用于加工风机轴套的机械装备夹具设计，考虑到加工过程中需要用到大量气缸，决定采用气动夹具，并将气体作为装备的动力能源。

2.2 .2 铣平面结构设计

铣平面加工设计包括两方面，一个是铣刀类型的选择，一个是铣平面机构的设计，由上下牵引部分、电机、支架、水平牵引、铣刀等几部分组成。铣刀种类各式各样，有锯齿形、立式铣刀、键槽铣刀、圆柱铣刀等。基于本风机轴套加工机械装备的铣平面结构设计要求，所选铣刀应能满足工件加工精度要求，能有效简化铣平面，由此本文选择齿数较多的锯齿形铣刀[5]。这种铣刀夹持较为方便，加工精度较高，即使在转轴转速较低时也可以得到较高的切削速度，因而能够较好地保证工件铣平面加工精度。毛坯工件随着圆盘转动过程中，其运动轨迹绝不能与铣刀的水平位置发生干涉。按照这一要求，铣平面结构的设计应将铣刀固定在三相异步电机转轴上，且当该工位夹具静止后，从上下和水平两个方向对工件进行加工，以确保工件加工能够得到满足要求的铣平面。

2.2 .3 钻孔设计

钻孔结构主要由钻孔电机、液压阻尼器、气缸、电机安装块、调节构件、导轨、滑块等组成。在设计钻孔结构时，调节构件和钻孔气缸安装在最上部，钻头直接安装在三相异步电机的转轴上，而上述这些所有装置均安装在两套十字拖板上。这样有利于安装位置的调节，提高装置的灵活性。由夹具夹紧毛坯工件后将其送至钻孔装置中，启动电机，钻孔气缸通过电机安装块推动钻孔电机向下移动，靠近毛坯工件对其进行钻孔加工。这一过程中，液压阻尼器发挥着重要作用，它是对钻头向下移动靠近毛坯工件的下降速度进行缓冲的有效手段，是保证工件加工顺利进行，保证工件加工精度不可缺少的元器件。

3 结语

通过分析得知，风机轴套加工包括钻孔、铣平面、倒角、铰孔等多个环节。要保证工件加工精度满足设计要求，必须保证每一环节的加工精度达到设计标准，必须按照轴套各尺寸要求对工件进行加工，并对加工用机械装备各结构模块进行科学设计，合理选型元器件，包括夹具、铣平面、钻孔、控制系统等。

[1]王学军.大型离心压缩机产品精益设计研究与应用[D].沈阳：东北大学，2009.

[2]任素波.偶数齿烧结机主运动系统设计理论研究[D].秦皇岛：燕山大学，2012.

[3]陈囿兆.一种行星式砂带磨削装置的研究[D].长沙：湖南大学，2010.

[4]张明松.履带式风力灭火机的设计模拟与实验研究[D].哈尔滨：东北林业大学，2014.

[5]高猛.工程机械发动机自调角节能冷却风机研究[D].阜新：辽宁工程技术大学，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