Palloventtiilin hiomakoneen suunnittelu : Työkappaleen kiinnitysjärjestelmä sekä lujuus- ja värähtelytarkastelut

Abstract

Opinnäytetyön tilaajana toimi Seinäjoella sijaitseva Plantool Oy. Tarve suunnittelun tukimateriaalille on lisääntynyt, koska yrityksessä aiotaan tuotteistaa venttiilipallon hiontaan työstökone. Suunnittelutukea tarvitaan erityisesti työkappaleen kiinnitysjärjestelmän sekä erilaisten venttiilipallojen kiinnityksen suunnittelussa. Työn yhteydessä esisuunnitellulle kappaleen kiinnitykselle tehtiin lujuus- ja värähtelytarkastelut, joilla varmistettiin rakenteen kestokyky normaalissa työstötilanteessa. Palloventtiilin hionnassa kappaleen kiinnityksen suunnittelu on erittäin tärkeää, jotta työstössä syntyvät joustot ja värinät saadaan minimoitua. Näin saavutetaan mahdollisimman hyvä pinnanlaatu ja työstötarkkuus. Työstettävän kappaleen kiinnitys toteutetaan kahden samalla lineaarijohteella olevan karapylkän väliin. Koneella voidaan valmistaa sekä varrellisia että kelluvia venttiilipalloja. Mallista riippumatta aihioiden toinen pää kiinnitetään koneelle pyörityspylkälle valitun HSK:n kartiokiristysjärjestelmän ja sen työkalupidikkeeseen asennetun hydraulisen kartioholkin avulla. Kiinnityssuunnitelmassa hiottavan venttiilipallon vapaana oleva pää tulee siirtopylkän vapaasti pyörivää keskiökärkeä vasten. Varrellisen pallon aihio tehdään yhdestä valusta ja sen varsiosa kiinnittyy pyörityskaralle. Kelluva venttiilipallo kiristetään ruuvilla virtausaukon läpi kahden laipan väliin. Karan puoleisen laipan ollessa kiinteä pyöritysmomentti välittyy kappaleelle kitkan avulla. Kiinnitysjärjestelmälle tehtiin FEM-analyysi lujuus- ja värähtelykäyttäytymisestä työstötilanteessa. Simuloinneissa mallinnettiin järjestelmään pahimmin vaikuttavat tilanteet. Lujuustarkastelussa siirtopylkkää kuormitettiin suurimmalla mahdollisella voimalla paikalleen lukittuna olevaa karapylkkää päin. Värähtelytarkastelussa käytettiin varrellista palloa, jonka halkaisija on suurin koneella valmistettava. Näin työkappaleelle muodostuu isoin momentti, joka on herkin värähtelylle. Analyysien tulosten perusteella voitiin osoittaa, ettei normaali työstötilanne aiheuta kappaleen kiinnitykselle liian suuria siirtymiä tai värähtelyjä.

The thesis was ordered by Plantool in Seinäjoki. The need of supporting material for this type of planning has grown because the company seeks to productize a machine tool for grinding ball valves. The supporting material is needed especially in the planning of the fastening system of the work piece and in designing fastening for different kinds of ball valves. The endurance of the predesigned fastenings under the normal machine-tooling situations was tested by the strength and vibration inspections which were made in the course of theses writing. The fastening design of the grinding ball valves is very important so that the elasticity and vibrations created by the machine-tooling can be minimized. This results in the optimal good texture and machine-tooling accuracy. The work piece is fastened by two spindle heads that are connected by the same linear guide. The machine can produce both bracketed and floating ball valves. One end of the billet is fastened with the rotating spindle of the HSK taper fastening system and a hydraulic taper sleeve that is installed in its tool holder. In the fastening plan the free end of the grinded ball valve is placed against the freely rotating centre point of the back puppet. The billet of the bracketed ball valve is made of one casting, and its bracket fastens on the rotating spindle. The floating ball valve is tightened with a screw that is placed through the port between two flange plates. The rotation moment is transmitted to the piece by friction when the flange of the spindle side is still solid. A FEM analysis was made for the strength and vibration of the fastening system during machine tooling. The simulations modelled instances that affect the system in worst ways. In strength inspection the back puppet was loaded with a maximum power against a locked spindle head. A bracketed ball with the biggest possible diameter was used in the vibration inspection. In this way the work piece is loaded with the biggest moment that is the most sensitive to vibration. The analyses showed that the normal machining circumstances do not cause too big transitions or vibrations for the work piece.