超長型活塞桿車磨加工中心開發(fā)相關(guān)技術(shù)研究與應(yīng)用

劉勝

摘 要：超長型活塞桿車磨加工中心是加工超長軸類、活塞桿、心軸等零件的關(guān)鍵裝備。通過針對600噸起重機活塞桿加工特性的分析和研究，確定車磨加工中心的主要技術(shù)參數(shù)。對縱向傳動機構(gòu)進行了空載、粗加工等不同工況下的應(yīng)力分析和校核。對主軸系統(tǒng)、床身等關(guān)鍵零部件進行了工藝措施的分析和設(shè)定。

關(guān)鍵詞：超長活塞桿加工;車磨加工中心;機床開發(fā)

中圖分類號：TB 文獻標識碼：A doi：10.19311/j.cnki.16723198.2020.34.070

1 背景分析

隨著我國風電行業(yè)、港口超高起吊行業(yè)的需要，對油缸用活塞桿的要求越來越高，零件的長度、直線度、圓度、表面光潔度直接影響到起重機的品質(zhì)，所以，對加工機床的要求相對提高，對加工功能的要求也隨之提高，諸如徐工集團、常州液壓的等一批工程機械企業(yè)對這類高檔的數(shù)控機床提出了急迫的大量需求。大型超長規(guī)格加工數(shù)控機床對一個國家的航空、航天、軍事、科研等行業(yè)，有著舉足輕重的影響力。

發(fā)展成熟超長無縫鋼管芯棒車床的制造技術(shù)和經(jīng)驗，開發(fā)超長型活塞桿車磨加工中心，是加工超長軸類、活塞桿、心軸等零件的先進設(shè)備，也是工程機械行業(yè)的關(guān)鍵設(shè)備。超長型活塞桿車磨加工中心是集新工藝、新材料制造技術(shù)、自動控制技術(shù)等技術(shù)為一體的智能化高技術(shù)產(chǎn)品，可滿足重點領(lǐng)域?qū)ΤL液壓件零件加工的急需。

2 技術(shù)參數(shù)設(shè)定

針對超長軸類零件加工的難度，尤其是超長活塞桿的加工，采用三導軌、刀架與支撐裝置互不干涉的設(shè)計理念，可完成工件全長一次粗精車削、磨削加工，解決中心架位干涉的問題，從而保證工件全長的直線度和圓度精度要求。

針對600噸起重機活塞桿加工特性，滿足液壓油缸活塞桿直徑Φ150～Φ550mm、長度18000mm的圓鋼或無縫管（熱軋管、冷拔管）外圓粗車、精車與拋光，包含內(nèi)外圓、內(nèi)外槽、內(nèi)外螺紋等，滿足液壓油缸缸筒直徑Φ300～Φ700mm、長度18000mm（熱軋管、冷拔管）、兩端長度500 mm范圍內(nèi)外圓、內(nèi)外槽、內(nèi)外螺紋等的精車。

機床主要規(guī)格設(shè)定為過刀架上最大回轉(zhuǎn)直徑800mm，最大工件長度18000mm，兩頂尖間工件最大重量為2000kg。典型加工工件如圖1所示。

3 關(guān)鍵部件計算分析

針對本機床各部件分析，主傳動屬于成熟機床結(jié)構(gòu)，考慮到該機床縱向行程長，長期運行對托板的磨損，造成傳動精度的降低，故對縱向傳動機構(gòu)進行了計算分析。

根據(jù)本機床應(yīng)用參數(shù)要求，計算各階段受力情況：

最大的驅(qū)動負載4000kg，齒條方向進給力F2c=20000N（按照μ=0.15計算），在水平移動情況下：

從產(chǎn)品樣本參數(shù)表中可以看到，其峰值輸出扭矩T2B=2160N·m，額定輸出扭矩T2N=3500N·m。切削加工階段T2B>T2bc滿足本機床輸出扭矩要求。

3.3 空載高速移動

3.4 直線車削階段

4 關(guān)鍵零部件工藝措施

4.1 床身

采用高強度低應(yīng)力優(yōu)質(zhì)鑄鐵鑄造，熱處理車間要保證導軌淬火硬度65HS的均勻性，避免局部淬火達不到硬度要求。加工車間要認真查看圖紙、及時準備工裝夾具刀具，貼塑要嚴格按照工藝流程，確保導軌達精度要求。床身采用樹脂砂造型，筋板布局合理，使床身具有極高的剛性、抗振性和抗斷面畸變能力，型腔采用封砂結(jié)構(gòu)，增加了床身整體阻尼。具有優(yōu)良的剛度，有效地提高了機床的抗振性和抗斷面畸變能力。

由于該機床床身全長25000mm，屬于典型結(jié)構(gòu)的長條加工。床身上尾座及中心架的移置導軌內(nèi)擋400尺寸兩立面精加工難以保證其精度達技術(shù)要求。采用與基準床身對接后，精磨導軌面前先在兩段床身結(jié)合縫處鉆、鉸4-Φ20H7x60孔并裝入銷釘，方便床身分段加工完成后整體拼接做好定位基準，有效的避免了累計誤差。經(jīng)過工藝方案的改進，有效解決了該床身導軌在拼接加工過程中出現(xiàn)的問題，保證了各項精度均達圖紙技術(shù)要求。

4.2 主軸系統(tǒng)

主軸結(jié)構(gòu)采用前支承為主、后支承為輔的兩點支承典型穿軸結(jié)構(gòu)，主軸支撐面采用高頻淬火，在加工時需設(shè)計專用工藝錐堵，工藝錐孔與基準面互為基準磨削，以保證主軸加工的精度要求。

主軸箱采用整體方箱形結(jié)構(gòu)，主軸箱加工需要加工車間仔細研究圖紙及工藝文件、認真準備專用鏜孔刀具和量檢具、工裝夾具、及時調(diào)試檢測機床，確保零件按要求完成。加工主軸孔時要求機床在恒定的溫度狀態(tài)下進行連續(xù)的精加工，采用主軸固定長度，“鏜桿等長等重，工作臺進給”的方式進行精加工，最大限度的限制或消除機床的復(fù)映誤差，保證所加工尺寸的一致性與精度要求。

4.3 其它零部件

尾座在加工前應(yīng)檢查相應(yīng)的刀具及工裝量檢具，保證配合孔的精度要求。套筒在磨削時必須按工藝要求與尾座上體進行配磨，保證套筒的圓柱度要求，不允許外圓面帶稍度。

其余件也需要承擔零件加工的分廠認真對待，按精度、形位公差要求，精細加工。在加工過程中，應(yīng)優(yōu)先采用新工藝、新技術(shù)，新方法。操作者應(yīng)嚴格按圖紙及工藝技術(shù)文件要求加工。

5 主要技術(shù)創(chuàng)新點

第一，設(shè)計了液壓“C”型尼龍瓦觸頭中心架，車削后進行磨削和拋光工序，保證工件表面質(zhì)量的車磨一體的多功能加工設(shè)備。

第二，采用半瓦結(jié)構(gòu)的調(diào)心工藝套，在加工過程中可隨時安裝和拆卸，能夠保證加工精度，更重要的是可以節(jié)約大量的工件上下料輔助時間，可大大減少勞動強度。

第三，設(shè)計了獨特的砂帶與千葉輪互換結(jié)構(gòu)的磨削拋光裝置，可以保證在粗拋和精拋不同工況下的快速更換。

參考文獻

[1]張曙.機床產(chǎn)品創(chuàng)新與設(shè)計[M].南京：東南大學出版社，2014：2854.

[2]牛江蓉.加工中心用戶行業(yè)及其制造技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀[J].金屬加工（冷加工）.2012，（12）：3336.

[3]劉強，李東茹.國產(chǎn)數(shù)控機床及其關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及展望[J].航空制造技術(shù)，2010，（10）：2630.

[4]周建東.HDS系列高速加工中心的結(jié)構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)[J].組合機床與自動化加工技術(shù)，2010，（3）：13.

[5]張伯霖，黃曉明，范夢吾，等.高速機床進給系統(tǒng)的發(fā)展趨勢[J].組合機床與自動化加工技術(shù)，2002，（2）：711.