大型結(jié)構(gòu)件法蘭平面的加工

QJ200-50全回轉(zhuǎn)海洋船舶近海起重機安裝在船舶上，其主鉤額定安全起升負荷為200t，副鉤為50t，主鉤最大跨距56m，主副臂長105m。該起重機立柱為鋼筒焊接件，上有一法蘭為鋼板焊接件，焊接在鋼筒上，法蘭上面安裝回轉(zhuǎn)支承軸承，起著支承起重機平臺、平臺上機房、發(fā)動機、各種絞車、三角架、臂架及起重負荷等。該支承面支承力較大，且承受很大的傾翻力矩。根據(jù)回轉(zhuǎn)支承的要求，其安裝面的平面度≤0.30mm，回轉(zhuǎn)支承上方與起重機平臺聯(lián)接的法蘭面也是同樣的要求。

1. 工件結(jié)構(gòu)及加工設(shè)備需求

法蘭外徑5 930mm，整體工件高度（長度）12 000mm（見圖1），法蘭材質(zhì)為Q345B鋼，厚度為140mm，由鋼板拼裝焊成法蘭，探傷及退火熱處理后先進行粗加工。粗加工比較容易，可以放在立式車床上進行加工，粗加工后與筒體焊接，再進行精加工，如果將法蘭精加工后與筒體焊接后不進行再次加工，則幾何公差達不到要求，且因焊接引起的變形無法消除，所以必須在焊接后再進行精加工。法蘭焊接后成形，這樣的大型工件采用一般機械設(shè)備無法進行加工，且國內(nèi)能加工這類工件的機床也少見。在起重機行業(yè)，有專業(yè)人士采用專用加工裝置，到現(xiàn)場代客戶加工，但費用昂貴，例如一對法蘭的加工費用高達18.5萬元，且加工質(zhì)量不太穩(wěn)定，加工時間受到限制，對交貨期有影響。為此，根據(jù)現(xiàn)有設(shè)備及條件，自行設(shè)計加工裝備，對鋼筒平面進行加工。

圖1 鋼筒結(jié)構(gòu)尺寸

2. 鋼筒（立柱）工藝方案的確定

（1）筒身的加工 筒身的加工工藝流程為：原材料→噴丸處理→刷底漆→下料（坡口）→成形（卷板焊接）→組焊。

（2）法蘭的加工 法蘭的加工工藝流程為：原材料→下料（坡口）→拼裝焊接→退火→粗加工（車削）。

（3）工件整體的加工 法蘭與筒身及其他部分組焊→去應(yīng)力退火→法蘭平面加工→鉆孔等加工→與船體焊接（檢驗未注明）。

3. 法蘭平面的加工工藝流程

法蘭平面的加工工藝流程為：工件（焊有法蘭的鋼筒）放置到水平平臺上→安裝調(diào)試搖臂鉆床→銑平面→打磨接刀痕→磨平面→標準平面對研修整→拆卸加工裝置（檢驗未注明）。

4. 筒身的放置

將原沿軸線水平放置的筒身，起升為軸線鉛垂方向，然后放到預(yù)先調(diào)好水平的支承面上，再次測試垂直度，如果垂直度超差，則采用在水平支承面與工件間加墊片并與工件焊牢的方法，待到船體上與船體焊接，使垂直度在要求范圍內(nèi)。

5. 鉆床的改裝及安裝

鉆床在工件中的安裝如圖2所示。

1）將搖臂鉆床Z30110原機座拆去，安裝于事先制好的安裝底板2上，用螺釘夾緊。過渡聯(lián)接板1事先固定于鋼筒板上（焊接），安裝底板和過渡聯(lián)接板均預(yù)先找中心并鉆好安裝孔，放置安裝墊鐵。安裝墊鐵為標準墊鐵，兩接合面為斜面的平坡帶有螺栓，可調(diào)整兩塊板的相對位置，從而使上下兩面距離增大或減小，達到調(diào)整高低的目的。

2）起吊搖臂鉆床（與安裝底板已聯(lián)接在一起）放置于安裝墊鐵上，并使安裝底板及過渡聯(lián)接板上的安裝孔相對應(yīng)。

3）機床的調(diào)整。在搖臂鉆床搖臂上方的橫向軌道面上安放光學合像水平儀4，根據(jù)光學合像水平儀的讀數(shù)調(diào)整安裝墊鐵的高度，通過搖臂360°回轉(zhuǎn)，調(diào)整安裝墊鐵，使搖臂360°回轉(zhuǎn)均在同一水平面內(nèi)。然后將鉆床底板和過渡聯(lián)接板緊固牢靠，再次360°轉(zhuǎn)動搖臂，如有偏差則再次微調(diào)，直到底板與過渡聯(lián)接板夾緊固定后，搖臂回轉(zhuǎn)及主軸箱平移為同一水平面，也就是整個法蘭平面最大誤差調(diào)整在＜0.06mm范圍內(nèi)。

4）在鉆床主軸上安裝百分表，并為基準檢測整個法蘭待加工平面最高、最低點及大致的平面狀態(tài)，將大于平均高度處涂色作記號，則為加工余量較大的部分。

5）鉆夾頭更換裝夾銑刀。先加工著色部分，使最后一道工序加工余量比較均勻。銑削時，進刀運動為主軸上下運動，即鉆孔時的走刀方向；走刀運動為銑刀軸線沿法蘭徑向移動，由法蘭的內(nèi)徑向法蘭的外徑行走運動，一個走刀完成后，則返回，搖臂旋轉(zhuǎn)一個角度再按原進刀深度再次走刀，旋轉(zhuǎn)角度使得兩次走刀相交接。按此方法依次在法蘭圓周上進行切削，如圖3所示。

走刀時鉆床搖臂與立柱應(yīng)鎖定，包括主軸上下采用自制鎖定套鎖定。

圖2 鉆床在工件中的安裝

圖3 銑削

為提高表面加工質(zhì)量，減輕操作人員的勞動強度，在主軸箱移動手輪上加裝一齒圈，通過伺服電動機（減速機）小齒輪進行驅(qū)動，將轉(zhuǎn)速調(diào)到相適宜的走刀速度，進行機動自動走刀。

6）修磨。由于整個圈周走刀次數(shù)很多，難免會留下走刀接刀痕跡，所以用磨光機砂皮拋光修磨的方法去除接刀痕。

7）光整磨削。將鉆夾頭裝上磨光砂皮百葉輪，對銑削平面進行光整磨削，從而提高表面質(zhì)量。

8）研磨。事先制好一塊長度1 500mm、寬度及圓弧形與所加工的平面相當?shù)钠桨澹ㄒ妶D4），對平面表面進行淬火處理后的精磨。研磨時加工平面涂著色粉，將預(yù)制平板光面與加工平面對磨，其作用為：①檢查平面的接觸情況。②研磨接觸部分亮點。采用裝有砂皮輪的手提式磨光機磨去亮點部分。圖5所示為研磨修磨過程中的平面。

圖5 研磨修磨過程中的平面

圖4 工件上的研磨平板

6. 檢驗

采用激光平面度測量儀進行檢驗，檢測結(jié)果平面度為0.25mm，滿足要求。

7. 加工過程中的關(guān)鍵點

加工過程中有以下幾個關(guān)鍵點：

1）銑平面時，采用徑向走刀，走刀行程不長，走刀次數(shù)多，易造成接刀痕增加，操作者操作頻繁。如果采用搖臂回轉(zhuǎn)進行走刀，一次走刀一個圓周，接刀痕跡少，但由于立柱與搖臂配合的間隙放大，使得加工過程中系統(tǒng)剛性減小、振動加劇，加工表面質(zhì)量差，還影響刀具的使用壽命，因此該方法不可取。

2）研磨采用平板對研，用砂皮輪修磨而未采用刮刀刮削，這是因為該面為支承面，需要承受較大的力而沒有相對運動，更不存在潤滑的要求，這與機床導(dǎo)軌的運動要求有本質(zhì)的不同。采用砂輪修磨速度快，勞動強度小。

3）加工過程中，盡量使搖臂處于最低狀態(tài)，以增加系統(tǒng)的剛性。

4）切割速度、進給量不可盲目照搬切削手冊數(shù)據(jù)，應(yīng)根據(jù)銑削及鉆床的特性，結(jié)合實際工況下試切削的經(jīng)驗來確定，比如對于銑削平面來說，搖臂鉆床的主切削功率比較小，鉆管（軸）伸出比較長，剛性差，其銑削刀具直徑和銑削速度會受到限制。

8.結(jié)語

通過本加工方案的實施及裝置的使用，成功加工出筒身法蘭及相應(yīng)平臺法蘭，幾何公差均達到規(guī)定要求，并通過CCS（中國船級社）的檢測認可，獲得船檢證書。實踐證明，雖然該裝置人工操作的勞動強度比較大，但加工的法蘭滿足了設(shè)計要求，特別適用于單件小批量生產(chǎn)，解決了常規(guī)條件下無法解決的機械加工問題，且獲得了明顯的經(jīng)濟效益。整套加工裝置（兩個平面含刀具、人工等）成本僅不到2萬元，節(jié)約16.5萬元，除兩塊鋼板還可改作他用外，其他不存在專用的零部件及材料浪費。