數(shù)控落地鏜銑床在超長臂機加工中的應(yīng)用研究*

谷 龍

(合肥通用職業(yè)技術(shù)學(xué)院 安徽合肥 230031)

隨著技術(shù)發(fā)展和實際基礎(chǔ)建設(shè)設(shè)施的需要，超長臂挖掘機的應(yīng)用越來越廣泛。超長臂作為超長臂挖掘機的重要構(gòu)成部件，其加工方式以及加工精度直接影響超長臂挖掘機的使用性能。同時，超長臂挖掘機所處的工況均為較惡劣的環(huán)境，對超長臂的結(jié)構(gòu)性能提出了更高的要求。因此在超長臂加工中，需要保證足夠的精度和穩(wěn)定性。因其具有整體尺寸較大、質(zhì)量較大的特點，在實際超長臂的加工過程中，需要考慮加工的精度以及表面粗糙度的控制。同時超長臂作為大型加工部件，需要對其進行加工工藝流程的改進，以提高相應(yīng)的加工效率。

1超長臂結(jié)構(gòu)簡述

在超長臂挖掘機中，超長臂是其關(guān)鍵構(gòu)件之一，表現(xiàn)為由不同鋼板焊接的細(xì)長箱體結(jié)構(gòu)。超長臂在實際的加工生產(chǎn)中主要具有以下特點：一是其較大的尺寸與質(zhì)量，容易導(dǎo)致加工時的安裝以及吊運十分困難，尤其二次裝夾時，進行二次裝夾耗時費力；二是主體構(gòu)造的材質(zhì)并不相同，鋼板規(guī)格、材質(zhì)的不同導(dǎo)致焊接量較大，容易出現(xiàn)較多的焊縫，導(dǎo)致焊接變形的問題；三是結(jié)構(gòu)件加工如果較細(xì)，容易導(dǎo)致抗彎、抗變形以及抗扭能力變?nèi)?。在進行機加工改進方案時，主要考慮通過一次裝夾以及對結(jié)構(gòu)件進行加厚加粗的方式，提高超長臂加工的生產(chǎn)效率。某型號挖掘機超長臂的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1中，超長臂整備外形尺寸如下：高2485mm，長7225mm，寬1215mm。超長臂加工后所得成品的質(zhì)量是6350kg。超長臂中共包含4組銷軸孔，也即圖1中所示的P1、P2、P3、P44組孔位。

2機加工要求及重點

2.1機加工技術(shù)要求

在進行機加工時，需要對圖1中P1、P2、P3、P44組孔位分別進行銑削端面以及鏜孔的加工。超長臂作為挖掘機的重要構(gòu)件，起到連接以及受力的作用，在進行機加工時需要保證足夠的精度，以保證超長臂的工作性能及穩(wěn)定性。具體上，要求P1孔位與P4孔位在X方向的尺寸間距為7000mm，誤差為±6mm；P1孔位與P2孔位在Y方向的尺寸間距為1335mm，誤差為±3mm；P1孔位與P3孔位在X方向的尺寸間距為3610mm，誤差為±3mm；P1孔位與P3孔位在Y方向的尺寸間距為2275mm，誤差為±4mm；P2孔位與P4孔位在X方向的尺寸間距為3710mm，誤差為±3mm。

同時，在P1、P2、P3、P44組孔位中，垂直度的值應(yīng)為0.4mm，同軸度的值應(yīng)為0.2mm。端面應(yīng)當(dāng)保證Ra6.3μm的表面粗糙度，內(nèi)孔應(yīng)保證Ra6.3μm的表面粗糙度。同時針對P2以及P4孔，其端面應(yīng)當(dāng)保證0.5mm的對稱度。四個孔位的具體技術(shù)要求如圖2～圖5所示。

圖2 P1機加工技術(shù)要求

圖3 P2機加工技術(shù)要求

圖4 P3機加工技術(shù)要求

圖5 P4機加工技術(shù)要求

2.2機加工重點

挖掘機超長臂具有大質(zhì)量、大尺寸的特點，在進行機加工時，需要保證較高的加工精度，主要應(yīng)注意以下幾點：①超長臂質(zhì)量較大，包含工藝裝備在內(nèi)的質(zhì)量約在9t左右，加工機床要保證超越普通機床的承載性；②進行機加工時，需要保證銷軸孔端面以及孔內(nèi)的精度，普通鏜銑床無法滿足相應(yīng)的加工需求；③針對P3孔位，其與P1孔在Y方向上的間隔尺寸超過了常規(guī)雙軸機加工垂直行程的最大值，無法通過常規(guī)雙軸機加工進行鏜削，四是在進行孔位加工時，加工內(nèi)容復(fù)雜，包括孔系、平面以及螺紋孔等，吊裝工件以及道具等需要進行針對性的更換，容易引起加工誤差。

3機加工改進

針對超長臂結(jié)構(gòu)的特殊性質(zhì)以及在機加工中遇到的重點問題，對機加工工藝做出進一步改進。通過數(shù)控銑床機加工中心，對機加工超長臂的工裝進行針對性設(shè)計，整套機加工流程通過一次裝夾完成。改進機加工的設(shè)計主要包含兩個方面的內(nèi)容：一是對機加工銑床的選用，二是機加工時工裝的針對性設(shè)計。

3.1機加工銑床的選用

選用對應(yīng)配套超長臂的大型數(shù)控落地讓銑床作為加工機床，同時在加工時配套專用的夾具保證加工過程的順利進行。加工機床的規(guī)格參數(shù)：工作臺為8500mm×1500mm的規(guī)格尺寸，右主軸以及左主軸均是130mm的主軸直徑，X方向的工作行程為8500mm，Y方向的工作行程為2800mm，Z方向的工作行程為3000mm，工作臺具備20t的額定載荷。加工機床的工作行程遠(yuǎn)大于普通加工機床，能夠滿足超長臂的尺寸加工需求，可以實現(xiàn)一次裝夾完成整套機加工方案。同時，能夠?qū)Χ嗣嬉约扮M孔同時開展銑削工作，能夠更好保證P1、P2、P3、P44組孔位的加工精度。

3.2機加工工裝的針對性配置

超長臂加工中，需要機加工時的工裝能夠保證牢固裝夾、精確定位以及方便使用。因此在進行機加工工裝的針對性配置時，裝具需要具備尺寸調(diào)節(jié)功能，同時具備相應(yīng)的剛度。在機加工工裝設(shè)計上，配備相應(yīng)強度的箱型支座，同時配備壓緊裝置以及調(diào)節(jié)螺栓等，以實現(xiàn)機加工工裝的穩(wěn)定運行。設(shè)計機加工工裝的結(jié)構(gòu)示意圖如圖6。

圖6 機加工工裝結(jié)構(gòu)示意圖

圖6中，機加工工裝主要包括前座、中座、后座三個組成部分，工裝依據(jù)超長臂實際需求進行尺寸調(diào)節(jié)。

3.3加工流程及參數(shù)要求

加工流程上，超長臂的加工基本遵照常規(guī)的加工流程，按照“先粗后精”的原則進行加工，同時對切削用量以及道具進行合理選用，以提高相應(yīng)的加工精度，實現(xiàn)降本增效的目的，具體的工藝加工流程如圖7所示。

圖7 工藝加工流程圖

圖7中，在進行超長臂安裝時，需要通過吊裝的方式向工作臺固定，通過螺栓進行夾緊時要保證力矩均勻。在進行坐標(biāo)系建立時原點選取工件中線與P4孔軸線的交點，坐標(biāo)值由探頭進行測量。

機加工流程中，需要確定的參數(shù)如表1所示

表1 機加工所需參數(shù)表

表1中所有參數(shù)通過反復(fù)實驗和對比獲得。其中，在各孔精銑的過程中，通過較小的切削深度以保證加工時表面粗糙度能夠符合要求。

4實驗結(jié)果對比

結(jié)合超長臂加工過程中可能遇到的實際難題，針對性的改進了加工工藝及工裝配置。通過加工效率以及加工的精確度兩個方面進行對比，驗證改進加工方案在超長臂加工當(dāng)中的優(yōu)越性。

4.1加工精確度對比

對超長臂加工的精確度對比主要通過對傳統(tǒng)方案和改進方案制造的超長臂孔位誤差進行對比，超長臂比較臺數(shù)為5000臺。P1孔位的誤差比較見圖8所示。

圖8 P1孔位誤差比較圖

圖8中，P1孔位屬于前叉組件，其表面粗糙度要求為6.3，表現(xiàn)為半光面可見加工痕跡。改進前P1孔位表面粗糙度的誤差在-0.39～0.22之間波動，且波動幅度較大，也即誤差水平較大。改進方案加工的超長臂P1孔位誤差在-0.06～0.04之間波動，整體波動幅度較小，誤差能夠維持在較小的波動水平。相比較而言，通過加工工藝的改進以及針對性工裝的改進，P1孔位的表面粗糙度誤差均十分接近6.3，能夠保持在穩(wěn)定水平。P3、P4孔位的表面粗糙度要求與P1孔位相同。P2孔位的誤差比較見圖9。

圖9 P2孔位誤差比較圖

圖9中，P2孔位外部表面粗糙度要求為6.3，內(nèi)壁表面粗糙度要求為3.2，粗糙度誤差的最終計算結(jié)果取二者的均值。誤差在改進前為-0.29～0.43，改進后誤差小幅波動在-0.05～0.11，整體誤差減小明顯，且通過工藝改進，誤差波動浮動能夠維持在較小水平，也即工藝生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)控制更加精確。P3孔位的誤差比較見圖10。

圖10 P3孔位誤差比較圖

圖10中，P3孔位誤差在改進前為-0.41～0.34，改進后誤差小幅波動在-0.09～0.00，由于改進前，P3孔位在進行加工之前，需要進行二次裝夾，重新裝夾的過程容易引起加工誤差，改進后P3可以在一次裝夾的過程中完成加工，能夠極大減小誤差，使其控制在較小水平。P4孔位的誤差對比見圖11。

圖11 P4孔位誤差比較圖

圖11中，P4孔位誤差在改進前為-0.30～0.52，改進后誤差小幅波動在-0.05～0.10，整體精確度相比改進前得到大幅提升。

4.2加工效率對比

傳統(tǒng)加工方案無法通過一次裝夾實現(xiàn)超長臂的整套加工方案，改進后方案通過采用配套的工作臺以及針對性的工裝配置，以提高的加工效率。對改進前以及改進后方案超長臂加工的時間進行對比，以比較加工效率，比較結(jié)果見圖12。

圖12 超長臂加工時間對比

圖12中，傳統(tǒng)方案超長臂加工時，平均每臺超長臂加工約需要5.3天，方案改進后，平均每臺超長臂加工的時間約為2.5天。這是由于改進前的方案進行二次裝夾需要的時間較長，同時機加工工裝未經(jīng)過針對性設(shè)計，導(dǎo)致加工時間變長。改進方案通過一次裝夾完成，而配套工裝經(jīng)過針對性設(shè)計，能夠更好適配超長臂加工，節(jié)省了大量超長臂移動以及重新裝夾的時間。

5結(jié)語

通過對超長臂結(jié)構(gòu)及重點加工工位加工技術(shù)要求的分析，總結(jié)在加工過程中面臨的加工難點。結(jié)合配套機加工工作套，針對性的設(shè)置機加工工裝，以實現(xiàn)一次裝夾完成整套機加工流程。經(jīng)過實際加工結(jié)果數(shù)據(jù)對比，證明該加工方案切實可行，能夠在提高超長臂機加工精確度的同時，大幅提升加工效率。