湯 良，王德軍，雷兵振，周 磊TANG Liang, WANG De-jun, LEI Bing-zhen, ZHOU Lei（.中南大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，湖南 長沙 40083；.山河智能裝備股份有限公司，湖南 長沙 4000）

Manufacturing & Detection 制造&檢測

履帶式起重機(jī)中部平臺機(jī)加工裝的設(shè)計(jì)

湯 良1,2，王德軍2，雷兵振1，周 磊1,2
TANG Liang, WANG De-jun, LEI Bing-zhen, ZHOU Lei
（1.中南大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，湖南 長沙 410083；2.山河智能裝備股份有限公司，湖南 長沙 410100）

[摘 要]根據(jù)當(dāng)前產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及批量生產(chǎn)的需求，分析履帶式起重機(jī)中部平臺的結(jié)構(gòu)及其加工工藝，并設(shè)計(jì)一種用于鏜銑加工的工裝，介紹工裝的設(shè)計(jì)思路和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，說明如何在實(shí)際應(yīng)用中進(jìn)行靈活定位、夾緊，以解決實(shí)際問題。

[關(guān)鍵詞]履帶式起重機(jī)；中部平臺；機(jī)加工裝

中部平臺作為連接履帶式起重機(jī)上車和下車的關(guān)鍵部件，承載著整車起吊過程中大部分的載荷，中部平臺與變幅油缸、吊臂組成的鉸點(diǎn)三角形直接影響履帶式起重機(jī)在吊裝工作過程中的穩(wěn)定性和可靠性。其中，中部平臺結(jié)構(gòu)件最為復(fù)雜，安裝面和各鉸點(diǎn)孔的機(jī)加質(zhì)量直接決定中部平臺的質(zhì)量，對起重機(jī)工作過程的影響最為明顯。該型起重機(jī)中部平臺結(jié)構(gòu)尺寸較大，在鏜銑加工中心上加工時，輔助調(diào)整時間過長，鏜孔和銑面過程中容易出現(xiàn)振刀現(xiàn)象，難以加工出合格的產(chǎn)品。因此，有必要設(shè)計(jì)一套履帶式起重機(jī)中部平臺機(jī)加工裝。

1 中部平臺結(jié)構(gòu)及工藝分析

該型履帶式起重機(jī)中部平臺由左立板組件、右立板組件、底板、回轉(zhuǎn)馬達(dá)安裝板、回轉(zhuǎn)支承安裝板、變幅油缸安裝軸套、吊臂安裝軸套等件焊接而成。焊接完成后，中部平臺的外形尺寸長1 926mm，寬1 311mm，高1 615mm，如圖1所示。焊后加工的位置為：回轉(zhuǎn)支承安裝面及其安裝螺孔，回轉(zhuǎn)馬達(dá)安裝面及安裝螺孔，回轉(zhuǎn)馬達(dá)安裝孔，變幅油缸軸套內(nèi)孔及其內(nèi)端面，吊臂安裝軸套內(nèi)孔及其內(nèi)端面。根據(jù)工件尺寸和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，選用筆者公司現(xiàn)有設(shè)備DB130C大型數(shù)控臥式加工中心。機(jī)床主要參數(shù)為：工作軸坐標(biāo)行程X軸為3 000mm、Y軸為2 000mm、Z軸為1 600mm，工作臺尺寸為1 600mm×1 600mm，機(jī)床主軸直徑為130mm，額定載荷為8 000kg。機(jī)床自帶刀庫，可按機(jī)加程序自動換刀，機(jī)床工作臺可360°旋轉(zhuǎn)。

圖1 起重機(jī)中部平臺結(jié)構(gòu)圖

沒有中部平臺專用機(jī)加工裝時，利用機(jī)床夾緊塊、壓緊螺桿、高度鐵、頂錐、撐桿等機(jī)加輔具，也可以對中部平臺進(jìn)行裝夾和機(jī)加工，如圖2所示，但是產(chǎn)生的問題如下。

圖2 第一次裝夾

1）必須進(jìn)行二次裝夾才能完成加工。首次裝夾對回轉(zhuǎn)支承安裝面及其關(guān)聯(lián)孔和回轉(zhuǎn)馬達(dá)安裝面及其關(guān)聯(lián)孔進(jìn)行鏜、銑、刮、鉆加工。第二次裝夾以回轉(zhuǎn)支承安裝面為裝夾和定位基準(zhǔn)，將工件翻轉(zhuǎn)90°進(jìn)行裝夾，對吊臂安裝軸套和變幅油缸安裝軸套的內(nèi)孔和端面進(jìn)行鏜銑加工，如圖3所示。

圖3 第二次裝夾

2）機(jī)加振刀，產(chǎn)生質(zhì)量缺陷。第一次裝夾加工，受工件自身結(jié)構(gòu)限制，無法對中部平臺底板進(jìn)行有效夾緊，機(jī)加過程中由于振刀，回轉(zhuǎn)支承安裝面位置容易產(chǎn)生刀痕而導(dǎo)致機(jī)加面粗糙度不達(dá)標(biāo)；第二次裝夾加工，吊臂安裝軸套位置自由懸空，不能產(chǎn)生有效的裝夾力，鏜孔和銑面時振刀現(xiàn)象嚴(yán)重，難以加工出合格的產(chǎn)品。

3）工人勞動強(qiáng)度大，加工效率低下。兩次裝夾過程中，均需要來回對刀，不斷調(diào)整和找正，機(jī)加輔助時間過長，影響正常的工序生產(chǎn)節(jié)拍。

因此，有必要設(shè)計(jì)一種中部平臺機(jī)加專用工裝，選用DB130C大型數(shù)控臥式加工中心，對工件進(jìn)行一次裝夾，完成所有機(jī)加位置，并消除機(jī)加振刀現(xiàn)象，降低勞動強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

2 中部平臺機(jī)加工裝設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)起重機(jī)中部平臺機(jī)加工裝，需盡可能使同一批中部平臺在工裝上占據(jù)一致的正確位置，不需要二次裝夾即可完成所有加工位置；其次，設(shè)計(jì)合理的定位方法和相應(yīng)的定位元件或裝置，限制中部平臺的6個自由度，同時保證工裝有足夠的定位精度；最后需設(shè)計(jì)合理的裝夾緊固裝置，將中部平臺壓緊夾牢，使其在加工過程中，不會由于切削力、中部平臺重心等作用而發(fā)生位置變化或產(chǎn)生振動，同時降低工人的勞動強(qiáng)度。圖4所示為起重機(jī)中部平臺機(jī)加工裝三維效果圖。

圖4 起重機(jī)中部平臺機(jī)加工裝三維效果圖

2.1 定位元件的設(shè)計(jì)

圖5 中部平臺機(jī)加工裝定位圖

如圖5所示，底板放置在工裝上4個等高的可調(diào)式定位塊上，定位塊的上端面與底板A面貼緊，使用過程中觀察支承塊與底板是否已緊密接觸，并可利用塞尺進(jìn)行檢驗(yàn)，將間隙控制在0.5mm范圍內(nèi)。4個等高的可調(diào)式定位塊即4個支承點(diǎn)，只限制了工件的3個自由度，即SZ(沿Z軸移動)、θX（繞X軸轉(zhuǎn)動）、θY(繞Y軸轉(zhuǎn)動)，其中一個點(diǎn)為過定位。中部平臺焊接完成后，底板有不同程度的變形，不能保證工件與每個定位支承點(diǎn)保持接觸。因此，必須將定位支承設(shè)計(jì)成可調(diào)式，以保證每個點(diǎn)與工件充分接觸。同時，采用4個支承點(diǎn)定位，加大了支承面積，支承穩(wěn)固，剛性好，可以有效減少工件在加工過程中的振動，所以此處四點(diǎn)可調(diào)的過定位方式是可行的。

底板B面貼緊2個可調(diào)式高度定位件，限制了工件的2個自由度，即SY、θZ。2個定位螺塊與工件C面接觸，限制了底板的最后1個自由度，此處安裝2個調(diào)節(jié)螺栓備用。中部平臺底板是火焰切割下料，B面和C面都是非機(jī)加表面，存在下料誤差，兩個面的垂直度不能保證，而吊臂安裝軸套和變幅油缸安裝軸套的機(jī)加是以B面作為粗基準(zhǔn)，因此，B面定位設(shè)計(jì)成可調(diào)式的定位件，C面設(shè)計(jì)成定位螺塊加裝調(diào)節(jié)螺栓是必要的，它用來調(diào)節(jié)定位件與工件充分接觸，限制其自由度和調(diào)整工件的合理位置，這是妥當(dāng)可行的。

由于中部平臺已焊接形成一個整體，限制了底板的6個自由度，也就是限制了工件的6個自由度，工件的位置被完全確定。

2.2 中部平臺的夾緊

設(shè)計(jì)工裝的夾緊裝置時，應(yīng)保證夾具有足夠的剛度和穩(wěn)定性，盡可能提高工件的裝夾剛性，減少加工過程中的振動。

1）底板的夾緊 夾緊時要求保證底板最小變形，粗加工時，切削力大，則夾緊力也大，但是不能使工件發(fā)生夾緊變形，也不能因夾緊力過小而使工件松動。因此，設(shè)計(jì)壓塊和壓緊螺桿，其產(chǎn)生的壓緊力與可調(diào)式定位塊產(chǎn)生的支撐力相互平衡，實(shí)現(xiàn)底板的裝夾緊固，如圖6所示。

2）立板組件的夾緊 立板組件主要由8mm板材焊接而成，容易產(chǎn)生夾緊變形，其結(jié)構(gòu)剛性較差，因此考慮增加夾緊力的作用點(diǎn)，盡可能的將夾緊點(diǎn)靠近機(jī)加切削位置。此外，增加夾緊裝置與工件的接觸面積，有利于減少夾緊變形和保證夾緊的可靠性。由于立板組件為異形件，需考慮夾緊裝置的夾緊力能夠自適應(yīng)工件的方位，因此考慮設(shè)計(jì)球頭螺桿，如圖7所示。

圖6 底板夾緊示意圖

圖7 球頭壓緊裝置示意圖

3 結(jié) 論

該工裝結(jié)構(gòu)較簡單，定位準(zhǔn)確，夾緊非?？煽?。工裝投入使用后，大幅度降低了輔助時間和工人勞動強(qiáng)度，同時保證了產(chǎn)品的質(zhì)量，使工件生產(chǎn)節(jié)拍正?；?，也為工廠機(jī)加工裝夾具的設(shè)計(jì)積累了經(jīng)驗(yàn)。

[參考文獻(xiàn)]

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[3] 黃玉美．機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)[M]．北京：高等教育出版社，2008．

(編輯 賈澤輝)

［中圖分類號］TH213.7;TG751

［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］B

［文章編號］1001-1366(2015)04-0084-03

［收稿日期］2014-12-06

Design of crawler crane middle platform machining work