浮動支撐機構(gòu)在焊接結(jié)構(gòu)件加工中的設(shè)計及應(yīng)用

邸現(xiàn)賓，楊秀金，林一

山東臨工工程機械有限公司 山東臨沂 276023

1 序言

工程機械結(jié)構(gòu)件一般是由一些零部件焊接而成，焊接后都存在一定的焊接變形，即便經(jīng)過機械校正、火焰校正等矯正手段也很難恢復(fù)到焊前狀態(tài)，尤其對體積、質(zhì)量及外形尺寸大的結(jié)構(gòu)件來說制作難度更大，而有些具有裝配要求的部位還需要通過機械加工來保證設(shè)計要求。這些結(jié)構(gòu)件加工工藝較復(fù)雜，在加工過程中如出現(xiàn)工件裝夾變形、需加工部位結(jié)構(gòu)剛性不足等現(xiàn)象，易引起加工后幾何公差超差的問題。本文以我公司生產(chǎn)的50T大型挖掘機主架加工為例，就如何解決銑削回轉(zhuǎn)支承安裝面后平面度超差的問題進行探討。

2 問題點

回轉(zhuǎn)支承作為挖掘機回轉(zhuǎn)機構(gòu)的重要組成件，機器回轉(zhuǎn)作業(yè)是通過回轉(zhuǎn)電動機與回轉(zhuǎn)支承大小齒輪內(nèi)嚙合完成的，這就要求主架上安裝回轉(zhuǎn)支承連接面平面度及主架上回轉(zhuǎn)支承安裝面與回轉(zhuǎn)電動機安裝面間的平行度滿足設(shè)計要求，若連接安裝面的平面度超差，則會出現(xiàn)回轉(zhuǎn)支承異響、連接螺栓松動和大小齒輪嚙合不良等現(xiàn)象。為滿足裝配及使用要求，主架上連接回轉(zhuǎn)支承、回轉(zhuǎn)電動機的安裝面均需要機械加工。在生產(chǎn)過程中，我公司生產(chǎn)的50T大型挖掘機在主架回轉(zhuǎn)支承安裝面加工后，曾出現(xiàn)局部區(qū)域平面度達到0.7mm的現(xiàn)象，而設(shè)計要求平面度≤0.3mm，如這樣流轉(zhuǎn)裝配后，可能會影響整機使用，造成設(shè)備故障。為避免質(zhì)量隱患，該問題亟需解決。

3 原因分析及解決方法

我公司主架在臥式加工中心采用豎立裝夾在工裝上的方式加工，裝夾、加工情況如圖1所示，工件豎立后以底板底邊、側(cè)邊及回轉(zhuǎn)支承安裝面對應(yīng)的底板平面完全定位，為避免工件出現(xiàn)過定位，工裝中定位底板平面時有三點定位和一點用液壓缸做的浮動支撐。為了降低操作人員裝夾工件的勞動強度、提高裝夾效率，工裝設(shè)計為多機型通用、自動夾緊的液壓夾具。針對上述出現(xiàn)的主架回轉(zhuǎn)支承安裝面局部區(qū)域平面度超差的問題，通過在加工現(xiàn)場觀察，在銑削回轉(zhuǎn)支承安裝面過程中，刀具走到浮動支撐點對應(yīng)的圖1中虛線框區(qū)域有共振現(xiàn)象，初步判斷此處浮動支撐點可能因液壓缸內(nèi)泄或液壓系統(tǒng)壓降所致。

圖1 裝夾、加工情況

為了驗證原因判斷的準確性，對加工后的主架回轉(zhuǎn)支承安裝面利用三坐標測量儀多處采點檢測平面度，連續(xù)檢測5個工件，發(fā)現(xiàn)平面度超差部位均集中在圖1中標注虛線框的區(qū)域，并且此區(qū)域平面度數(shù)值較其他位置偏大，其中一件平面度最大值達到0.7mm，遠超過0.3mm的設(shè)計要求。由此說明工件發(fā)生了彈性變形，液壓缸作為浮動支撐點，不是剛性支撐，不可靠，雖然看似工件與支撐點貼實，但由于液壓缸內(nèi)泄或液壓系統(tǒng)壓降出現(xiàn)輕微浮動。鑒于以上情況，浮動支撐點要求既需要自適應(yīng)貼實工件，又要保證支撐可靠，工件還不能發(fā)生裝夾變形。所以，工裝中浮動支撐點需要設(shè)計改進。

3.1 楔形彈性浮動支撐機構(gòu)設(shè)計

根據(jù)以上原因分析，考慮設(shè)計一種既能利用液壓缸提供動力源，又能可靠鎖緊的彈性浮動支撐機構(gòu)，來替代單獨用液壓缸作為浮動支撐的方式。通過對工件結(jié)構(gòu)特點、使用場合和功能要求等因素綜合研究，設(shè)計出了一種用液壓缸自動鎖緊的楔形彈性浮動支撐機構(gòu)[1，2]。

楔形彈性浮動支撐機構(gòu)主要由浮動支撐安裝座、楔形伸縮軸、彈簧、無油潤滑軸承、彈簧套筒、支撐塊、楔形軸、限位銷及液壓缸等組成，機構(gòu)裝配關(guān)系如圖2所示。其工作原理：當機構(gòu)在空載狀態(tài)下，彈簧處于伸長狀態(tài)，頂出楔形伸縮軸，楔形伸縮軸、楔形軸上都設(shè)有鍵槽，與各自的限位銷配合使用，限制伸縮行程，楔形伸縮軸連接支撐塊，無潤滑軸承安裝在浮動支撐座安裝座中，以使楔形伸縮軸順暢伸縮。液壓缸通過螺紋座安裝在浮動支撐安裝座上，液壓缸活塞桿連接楔形軸，與楔形伸縮軸垂直方向接觸或分離。當機構(gòu)承受負載時，亦即當工件壓到支撐塊時，楔形伸縮軸在移動行程范圍內(nèi)一直壓縮彈簧，始終保持工件與支撐塊貼實，并且工件與其他定位點貼合后，開起液壓缸，帶動楔形軸頂緊楔形伸縮軸，使兩楔形面貼合鎖緊，確保工件在裝夾及切削過程中不發(fā)生彈性變形和共振，起到浮動剛性支撐作用。

圖2 楔形彈性浮動支撐機構(gòu)裝配

楔形彈性浮動支撐機構(gòu)中的圓柱螺旋壓縮彈簧作為關(guān)鍵支撐件，受到外載荷時彈簧收縮變形、儲存形變能。根據(jù)加工工況和使用場合，機構(gòu)在空載（最小載荷）時彈簧處于自然伸長狀態(tài)，因工件需要豎立裝夾，所以當工件接觸機構(gòu)中支撐塊并確保其他定位點貼實時，彈簧受壓承受最大載荷。通過以上分析，本機構(gòu)中應(yīng)用的壓縮彈簧設(shè)計需要從彈簧材料、負載、彈性變形量、圈數(shù)、工作行程、線徑、直徑、自由高度和間距等方面綜合考慮[3]，避免彈簧彈力過大導(dǎo)致裝夾工件變形、過小起不到支撐作用，機構(gòu)中的彈簧設(shè)計如圖3所示，參數(shù)見表1。

表1 彈簧主要參數(shù)

圖3 圓柱螺旋壓縮彈簧設(shè)計

3.2 應(yīng)用效果驗證

將主架加工工裝上作為浮動支撐的液壓缸拆除，更換為新設(shè)計的楔形彈性浮動支撐機構(gòu)后，經(jīng)連續(xù)加工5件主架驗證及三坐標測量儀檢測，銑削后的回轉(zhuǎn)支承安裝面平面度均不超過設(shè)計要求的0.3mm。楔形彈性浮動支撐機構(gòu)的設(shè)計應(yīng)用，成功地解決了我公司大型挖掘機主架加工回轉(zhuǎn)支承安裝面平面度超差的問題，同時為設(shè)計工裝開拓了一種新思路。

4 結(jié)束語

工程機械大型結(jié)構(gòu)件結(jié)構(gòu)復(fù)雜、焊接變形大，對加工工藝有較高要求。本文介紹的新機構(gòu)不但解決了加工過程中存在的質(zhì)量問題，而且為工藝人員在機床夾具設(shè)計方面提供了一種新的設(shè)計思路，同時對同類加工具有一定的借鑒意義。