蔺景嵩 王彦明
齐重数控装备股份有限公司 黑龙江 齐齐哈尔161005
摘要：
数控曲拐专用车床是我公司为船用曲轴公司所设计制造的加工曲臂的专用车床。主要用于重型曲轴在组装前拐部直径的开档、圆柱面、倒角、让刀槽的加工，该产品为我公司新系列产品，并且制造难度很大。刀板为本机床最关键、薄弱的零件，该刀板呈扇形布局，有尺寸100、120、140几个厚度系列，悬伸长均为2000mm～3000mm，垂直方向（Z向）刚性较差，产生振动，在生产实际中工作台面无法正常自车。为此，我们对刀板结构进行静态刚度和动态特性有限元优化设计，在提高刀板结构刚度的情况下，尽可能地减轻刀板重量，提高刀板的静态、动态特性指标。
一、有限元计算分析的方法
1．刀板结构形式
刀板原始设计采用ZG310~570材质，其结构形式如下图1所示；改进设计采用厚钢板焊接，其结构形式如下图2所示。
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2．计算条件
计算刀板在承受最大切削力时的静态变形和模态特性。
计算条件为：刀板与横梁滑座接触面的六个自由度全部约束。刀板刀尖承受切削力8T。
切削力分配原则：Px：Py：Pz=0.5：1：0.3=4：8：2.4；
二、有限元计算结果及分析
刀板各方案计算结构见表1，对比分析见表2。
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通过对比可以看出：
1.原始设计刀板A结构是采用封沙形式。当进行切削时，刀板的Z向变形为1.463mm；
2.原始设计A1结构的Z向变形为1.153mm。比A结构变形量减少0.31mm，刚度提高21.2%。
3.改进结构B的Z向变形为0.445mm。比A结构变形量减少1.018mm，刚度提高69%。
4.悬伸刀板最小变形是在R2520mm处约束（B1）情况下产生的，其最小变形为0.3394mm。
5.在刀板腔体内无垂直、水平加强筋板（B3）的情况下，刀板Z向变形为0.572mm，比A结构变形减少0.891mm。
6.当ф800孔变为ф600，且中心距R1545保持不变时，刀板Z向变形为0.4105mm。同B结构比较，变形减少0.0345mm，刚度提高不显著。
7.当刀板孔与工作台中心的夹角在31~37度之间，中心距R1545保持不变时，刀板Z向变形在0.4039~0.4543mm范围。说明夹角对刀板变形效果并不显著。
8.当刀板孔直径保持不变，孔中心和工作台中心距离变动（B12~B14）的情况下，刀板Z向变形在0.4501~0.4794mm范围。距离越小，刀板变形越大。
9.原始结构A的一阶固有频率为53Hz，二阶固有频率为146Hz，三阶固有频率为171Hz；改进结构B的一阶固有频率为56Hz，二阶固有频率为93Hz，三阶固有频率为161Hz。
三、结论
通过对曲拐专用机床刀板的分析，针对提高刀板刚度的目标，推荐采用改进的结构形式：该结构采用焊接结构，外型近似正方形，加大了刀板与横梁滑座的把合面积，刀板上开减重孔，大幅度提高了刚度和抗振性。