數控落地鏜銑床在超長臂機加工中的應用研究*

谷 龍

(合肥通用職業技術學院 安徽合肥 230031)

隨著技術發展和實際基礎建設設施的需要，超長臂挖掘機的應用越來越廣泛。超長臂作為超長臂挖掘機的重要構成部件，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境，對超長臂的結構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定性。因其具有整體尺寸較大、質量較大的特點，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，以提高相應的加工效率。

1超長臂結構簡述

在超長臂挖掘機中，超長臂是其關鍵構件之一，表現為由不同鋼板焊接的細長箱體結構。超長臂在實際的加工生產中主要具有以下特點：一是其較大的尺寸與質量，容易導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；二是主體構造的材質并不相同，鋼板規格、材質的不同導致焊接量較大，容易出現較多的焊縫，導致焊接變形的問題；三是結構件加工如果較細，容易導致抗彎、抗變形以及抗扭能力變弱。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構件進行加厚加粗的方式，提高超長臂加工的生產效率。某型號挖掘機超長臂的結構示意圖如圖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，垂直度的值應為0.4mm，同軸度的值應為0.2mm。端面應當保證Ra6.3μm的表面粗糙度，內孔應保證Ra6.3μm的表面粗糙度。同時針對P2以及P4孔，其端面應當保證0.5mm的對稱度。四個孔位的具體技術要求如圖2～圖5所示。

圖2 P1機加工技術要求

圖3 P2機加工技術要求

圖4 P3機加工技術要求

圖5 P4機加工技術要求

2.2機加工重點

挖掘機超長臂具有大質量、大尺寸的特點，在進行機加工時，需要保證較高的加工精度，主要應注意以下幾點：①超長臂質量較大，包含工藝裝備在內的質量約在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的精度，普通鏜銑床無法滿足相應的加工需求；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雙軸機加工垂直行程的最大值，無法通過常規雙軸機加工進行鏜削，四是在進行孔位加工時，加工內容復雜，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

針對超長臂結構的特殊性質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。通過數控銑床機加工中心，對機加工超長臂的工裝進行針對性設計，整套機加工流程通過一次裝夾完成。改進機加工的設計主要包含兩個方面的內容：一是對機加工銑床的選用，二是機加工時工裝的針對性設計。

3.1機加工銑床的選用

選用對應配套超長臂的大型數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。加工機床的規格參數：工作臺為8500mm×1500mm的規格尺寸，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，可以實現一次裝夾完成整套機加工方案。同時，能夠對端面以及鏜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節功能，同時具備相應的剛度。在機加工工裝設計上，配備相應強度的箱型支座，同時配備壓緊裝置以及調節螺栓等，以實現機加工工裝的穩定運行。設計機加工工裝的結構示意圖如圖6。

圖6 機加工工裝結構示意圖

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

3.3加工流程及參數要求

加工流程上，超長臂的加工基本遵照常規的加工流程，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，以提高相應的加工精度，實現降本增效的目的，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。在進行坐標系建立時原點選取工件中線與P4孔軸線的交點，坐標值由探頭進行測量。

機加工流程中，需要確定的參數如表1所示

表1 機加工所需參數表

表1中所有參數通過反復實驗和對比獲得。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實驗結果對比

結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中的優越性。

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，內壁表面粗糙度要求為3.2，粗糙度誤差的最終計算結果取二者的均值。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，也即工藝生產標準控制更加精確。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

傳統加工方案無法通過一次裝夾實現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，比較結果見圖12。

圖12 超長臂加工時間對比

圖12中，傳統方案超長臂加工時，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過針對性設計，導致加工時間變長。改進方案通過一次裝夾完成，而配套工裝經過針對性設計，能夠更好適配超長臂加工，節省了大量超長臂移動以及重新裝夾的時間。

5結語

通過對超長臂結構及重點加工工位加工技術要求的分析，總結在加工過程中面臨的加工難點。結合配套機加工工作套，針對性的設置機加工工裝，以實現一次裝夾完成整套機加工流程。經過實際加工結果數據對比，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。