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(shí)際基礎(chǔ)建設(shè)設(shè)施的需要，超長(zhǎng)臂挖掘機(jī)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。超長(zhǎng)臂作為超長(zhǎng)臂挖掘機(jī)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(zhǎng)臂挖掘機(jī)的使用性能。同時(shí)，超長(zhǎng)臂挖掘機(jī)所處的工況均為較惡劣的環(huán)境，對(duì)超長(zhǎng)臂的結(jié)構(gòu)性能提出了更高的要求。因此在超長(zhǎng)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(diǎn)，在實(shí)際超長(zhǎng)臂的加工過(guò)程中，需要考慮加工的精度以及表面粗糙度的控制。同時(shí)超長(zhǎng)臂作為大型加工部件，需要對(duì)其進(jìn)行加工工藝流程的改進(jìn)，以提高相應(yīng)的加工效率。

1超長(zhǎng)臂結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)述

在超長(zhǎng)臂挖掘機(jī)中，超長(zhǎng)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(zhǎng)箱體結(jié)構(gòu)。超長(zhǎng)臂在實(shí)際的加工生產(chǎn)中主要具有以下特點(diǎn)：一是其較大的尺寸與質(zhì)量，容易導(dǎo)致加工時(shí)的安裝以及吊運(yùn)十分困難，尤其二次裝夾時(shí)，進(jìn)行二次裝夾耗時(shí)費(fèi)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(wèn)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(jìn)行機(jī)加工改進(jìn)方案時(shí)，主要考慮通過(guò)一次裝夾以及對(duì)結(jié)構(gòu)件進(jìn)行加厚加粗的方式，提高超長(zhǎng)臂加工的生產(chǎn)效率。某型號(hào)挖掘機(jī)超長(zhǎng)臂的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1中，超長(zhǎng)臂整備外形尺寸如下：高2485mm，長(zhǎng)7225mm，寬1215mm。超長(zhǎng)臂加工后所得成品的質(zhì)量是6350kg。超長(zhǎng)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(jī)加工要求及重點(diǎn)

2.1機(jī)加工技術(shù)要求

在進(jìn)行機(jī)加工時(shí)，需要對(duì)圖1中P1、P2、P3、P44組孔位分別進(jìn)行銑削端面以及鏜孔的加工。超長(zhǎng)臂作為挖掘機(jī)的重要構(gòu)件，起到連接以及受力的作用，在進(jìn)行機(jī)加工時(shí)需要保證足夠的精度，以保證超長(zhǎng)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(shí)，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(shí)針對(duì)P2以及P4孔，其端面應(yīng)當(dāng)保證0.5mm的對(duì)稱度。四個(gè)孔位的具體技術(shù)要求如圖2～圖5所示。

圖2 P1機(jī)加工技術(shù)要求

圖3 P2機(jī)加工技術(shù)要求

圖4 P3機(jī)加工技術(shù)要求

圖5 P4機(jī)加工技術(shù)要求

2.2機(jī)加工重點(diǎn)

挖掘機(jī)超長(zhǎng)臂具有大質(zhì)量、大尺寸的特點(diǎn)，在進(jìn)行機(jī)加工時(shí)，需要保證較高的加工精度，主要應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：①超長(zhǎng)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(jī)床要保證超越普通機(jī)床的承載性；②進(jìn)行機(jī)加工時(shí)，需要保證銷軸孔端面以及孔內(nèi)的精度，普通鏜銑床無(wú)法滿足相應(yīng)的加工需求；③針對(duì)P3孔位，其與P1孔在Y方向上的間隔尺寸超過(guò)了常規(guī)雙軸機(jī)加工垂直行程的最大值，無(wú)法通過(guò)常規(guī)雙軸機(jī)加工進(jìn)行鏜削，四是在進(jìn)行孔位加工時(shí)，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(jìn)行針對(duì)性的更換，容易引起加工誤差。

3機(jī)加工改進(jìn)

針對(duì)超長(zhǎng)臂結(jié)構(gòu)的特殊性質(zhì)以及在機(jī)加工中遇到的重點(diǎn)問(wèn)題，對(duì)機(jī)加工工藝做出進(jìn)一步改進(jìn)。通過(guò)數(shù)控銑床機(jī)加工中心，對(duì)機(jī)加工超長(zhǎng)臂的工裝進(jìn)行針對(duì)性設(shè)計(jì)，整套機(jī)加工流程通過(guò)一次裝夾完成。改進(jìn)機(jī)加工的設(shè)計(jì)主要包含兩個(gè)方面的內(nèi)容：一是對(duì)機(jī)加工銑床的選用，二是機(jī)加工時(shí)工裝的針對(duì)性設(shè)計(jì)。

3.1機(jī)加工銑床的選用

選用對(duì)應(yīng)配套超長(zhǎng)臂的大型數(shù)控落地讓銑床作為加工機(jī)床，同時(shí)在加工時(shí)配套專用的夾具保證加工過(guò)程的順利進(jìn)行。加工機(jī)床的規(guī)格參數(shù)：工作臺(tái)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(tái)具備20t的額定載荷。加工機(jī)床的工作行程遠(yuǎn)大于普通加工機(jī)床，能夠滿足超長(zhǎng)臂的尺寸加工需求，可以實(shí)現(xiàn)一次裝夾完成整套機(jī)加工方案。同時(shí)，能夠?qū)Χ嗣嬉约扮M孔同時(shí)開(kāi)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(jī)加工工裝的針對(duì)性配置

超長(zhǎng)臂加工中，需要機(jī)加工時(shí)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(jìn)行機(jī)加工工裝的針對(duì)性配置時(shí)，裝具需要具備尺寸調(diào)節(jié)功能，同時(shí)具備相應(yīng)的剛度。在機(jī)加工工裝設(shè)計(jì)上，配備相應(yīng)強(qiáng)度的箱型支座，同時(shí)配備壓緊裝置以及調(diào)節(jié)螺栓等，以實(shí)現(xiàn)機(jī)加工工裝的穩(wěn)定運(yùn)行。設(shè)計(jì)機(jī)加工工裝的結(jié)構(gòu)示意圖如圖6。

圖6 機(jī)加工工裝結(jié)構(gòu)示意圖

圖6中，機(jī)加工工裝主要包括前座、中座、后座三個(gè)組成部分，工裝依據(jù)超長(zhǎng)臂實(shí)際需求進(jìn)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(zhǎng)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(jìn)行加工，同時(shí)對(duì)切削用量以及道具進(jìn)行合理選用，以提高相應(yīng)的加工精度，實(shí)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(jìn)行超長(zhǎng)臂安裝時(shí)，需要通過(guò)吊裝的方式向工作臺(tái)固定，通過(guò)螺栓進(jìn)行夾緊時(shí)要保證力矩均勻。在進(jìn)行坐標(biāo)系建立時(shí)原點(diǎn)選取工件中線與P4孔軸線的交點(diǎn)，坐標(biāo)值由探頭進(jìn)行測(cè)量。

機(jī)加工流程中，需要確定的參數(shù)如表1所示

表1 機(jī)加工所需參數(shù)表

表1中所有參數(shù)通過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)和對(duì)比獲得。其中，在各孔精銑的過(guò)程中，通過(guò)較小的切削深度以保證加工時(shí)表面粗糙度能夠符合要求。

4實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

結(jié)合超長(zhǎng)臂加工過(guò)程中可能遇到的實(shí)際難題，針對(duì)性的改進(jìn)了加工工藝及工裝配置。通過(guò)加工效率以及加工的精確度兩個(gè)方面進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證改進(jìn)加工方案在超長(zhǎng)臂加工當(dāng)中的優(yōu)越性。

4.1加工精確度對(duì)比

對(duì)超長(zhǎng)臂加工的精確度對(duì)比主要通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)方案和改進(jìn)方案制造的超長(zhǎng)臂孔位誤差進(jìn)行對(duì)比，超長(zhǎng)臂比較臺(tái)數(shù)為5000臺(tái)。P1孔位的誤差比較見(jiàn)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(jiàn)加工痕跡。改進(jìn)前P1孔位表面粗糙度的誤差在-0.39～0.22之間波動(dòng)，且波動(dòng)幅度較大，也即誤差水平較大。改進(jìn)方案加工的超長(zhǎng)臂P1孔位誤差在-0.06～0.04之間波動(dòng)，整體波動(dòng)幅度較小，誤差能夠維持在較小的波動(dòng)水平。相比較而言，通過(guò)加工工藝的改進(jìn)以及針對(duì)性工裝的改進(jìn)，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(jiàn)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(jì)算結(jié)果取二者的均值。誤差在改進(jìn)前為-0.29～0.43，改進(jìn)后誤差小幅波動(dòng)在-0.05～0.11，整體誤差減小明顯，且通過(guò)工藝改進(jìn)，誤差波動(dòng)浮動(dòng)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(jiàn)圖10。

圖10 P3孔位誤差比較圖

圖10中，P3孔位誤差在改進(jìn)前為-0.41～0.34，改進(jìn)后誤差小幅波動(dòng)在-0.09～0.00，由于改進(jìn)前，P3孔位在進(jìn)行加工之前，需要進(jìn)行二次裝夾，重新裝夾的過(guò)程容易引起加工誤差，改進(jìn)后P3可以在一次裝夾的過(guò)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(duì)比見(jiàn)圖11。

圖11 P4孔位誤差比較圖

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

4.2加工效率對(duì)比

傳統(tǒng)加工方案無(wú)法通過(guò)一次裝夾實(shí)現(xiàn)超長(zhǎng)臂的整套加工方案，改進(jìn)后方案通過(guò)采用配套的工作臺(tái)以及針對(duì)性的工裝配置，以提高的加工效率。對(duì)改進(jìn)前以及改進(jìn)后方案超長(zhǎng)臂加工的時(shí)間進(jìn)行對(duì)比，以比較加工效率，比較結(jié)果見(jiàn)圖12。

圖12 超長(zhǎng)臂加工時(shí)間對(duì)比

圖12中，傳統(tǒng)方案超長(zhǎng)臂加工時(shí)，平均每臺(tái)超長(zhǎng)臂加工約需要5.3天，方案改進(jìn)后，平均每臺(tái)超長(zhǎng)臂加工的時(shí)間約為2.5天。這是由于改進(jìn)前的方案進(jìn)行二次裝夾需要的時(shí)間較長(zhǎng)，同時(shí)機(jī)加工工裝未經(jīng)過(guò)針對(duì)性設(shè)計(jì)，導(dǎo)致加工時(shí)間變長(zhǎng)。改進(jìn)方案通過(guò)一次裝夾完成，而配套工裝經(jīng)過(guò)針對(duì)性設(shè)計(jì)，能夠更好適配超長(zhǎng)臂加工，節(jié)省了大量超長(zhǎng)臂移動(dòng)以及重新裝夾的時(shí)間。

5結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)超長(zhǎng)臂結(jié)構(gòu)及重點(diǎn)加工工位加工技術(shù)要求的分析，總結(jié)在加工過(guò)程中面臨的加工難點(diǎn)。結(jié)合配套機(jī)加工工作套，針對(duì)性的設(shè)置機(jī)加工工裝，以實(shí)現(xiàn)一次裝夾完成整套機(jī)加工流程。經(jīng)過(guò)實(shí)際加工結(jié)果數(shù)據(jù)對(duì)比，證明該加工方案切實(shí)可行，能夠在提高超長(zhǎng)臂機(jī)加工精確度的同時(shí)，大幅提升加工效率。