单臂立车长轴类加工横梁挠度补偿综合方案设计

单臂立车长轴类加工横梁挠度补偿综合方案设计

刘子渊

身份证号：6401041989100583811

摘要：随着我国矿山、核电、水电等重型工业快速发展，对大型零部件加工需求越要越高，需要的设备及设备精度也越来越高，尤其长轴类零件广泛应用于水电、冶金转炉等设备中。大型单臂立车具有价格比双立柱便宜，装卡方便等特点，但是同样带来因挠度变形带来精度问题，本文以转炉耳轴加工为例，通过设计专用工装配合机床数控系统，进行挠度综合补偿方案设计，最终满足加工精度要求。

关键词：单臂立车；横梁变形；耳轴

引言

大型工件加工在装备制造业中有举足轻重的地位，且工件加工精度要求也越来越高，本文概述了单臂立车当前存在的主要问题，结合所需生产工件精度要求及设备现场综合工况，制定多种解决挠度变形方案，经反复论证并通过实践验证，以解决单柱移动立车横梁挠度变形问题为目的，提出了一种新的单柱移动立式车床横梁平衡及挠度补偿装置设计方案，本方案将对今后解决单注移动立式车床横梁挠度变形具有一定参考意义。

1 当前设备现状

本机床为单柱移动立式车床，根据此类机床的结构特点，整体刚性相对较弱，刀架水平移动精度及滑枕与工作台的垂直度均无法恢复至合格证数值要求。刀架移动过程中滑枕轴线为空间曲线变化。且由结构原因，配重无法实现刀架全行程配重平衡需求。刀架（X轴）水平移动时，横梁的受力位置发生变化，此时横梁对工作台面的平行度发生变化，刀架移动间隔每米时横梁水平变化0.08-0.13/1000，刀架从外侧移动至中心时，横梁中心端（悬空端）上、下变化3mm左右。

2 加工工件精度要求

所需加工耳轴轴径750mm，中段轴承位890m6（+0.034~+0.09），且1：50锥度要严格保证，同轴度0.05mm，对设备精度要求很高。需要满足在垂直于横梁的平面内1000：0.05，在平行于横梁的平面内1000：0.03的机床精度。而横梁自身挠度变形没有得到解决或改善，垂直刀架距离工作台中心越近横梁挠度变形越大，使垂直刀架滑枕与工作台不垂直产生角度，导致加工外圆时产生锥度，达不到加工要求。此问题是目前国内外单柱移动立车最大的缺点和待解决的课题。

3 挠度变形解决方案设计与应用

3.1 方案设计

针对单臂立车横梁刚性不足导致精度差的问题，通过天车悬挂的方式进行试验，证明可以通过施加外力进行调整，提高精度，满足精加工要求。因此，拟定两套方案，一是通过制作特殊吊具，利用天车勾头在横梁最前端施加作用力，抵消横梁变形；二是在立车大臂最前端安装固定支撑，起到平衡作用。经过实践和理论严重，方案一能满足使用要求，但是由于在天车悬挂期间，钢丝绳无法保持刚性，导致在滑枕伸长加工工件时，有震颤现象，对加工效率有一定影响，方案二经过有限元分析，因前端重力过大，导致变形量大，且现场工况条件不具备，因此不能满足使用要求。因此，综合上述两种方案，拟采用方案一。

3.2 横梁补偿装置的工作过程

利用12.5米立车加工短耳轴直段，加工过程反复测量外圆直径，将斜面修直，确保外圆精度（直线度、圆度及尺寸），并将精加工后外圆作为基准方尺，利用千斤顶顶机床横梁，拉表短耳轴上下母线，确认可通过对机床横梁施加外作用力对挠度变形进行调节，进而调节精度，通过顶天车小车、副勾勾头起降、主勾勾头起降等方式反复试验，确认采用主勾挂吊具方式对横梁进行上下调节。上长耳轴，上加长刀杆，反复调整天车，精下部直段部分，作为工件基准（方法同序号1短耳轴），母线拉直后天车与吊具固定，卸长刀杆，拉母线，发现因刀头重量发生变化，横梁挠度变形再次发生变化，继续调整天车精中间直段，作为上部1：50加工基准，固定好天车勾头位置。半精1：50斜面，先留量按直端加工，母线拉合格确认此位置横梁精度合格后，精加及精抛1：50斜面。最终经测量，满足图纸公差要求。

结语

本装置可以有效解决单柱移动立车横梁挠度变形所产生的加工精度误差问题，提高加工精度，使单臂移动立式车床更具有市场竞争力。

参考文献：

[1] 焦建华 李立强．数控单柱移动立式车床的横梁平衡补偿装置设计 [J]．民营科技，2013