劉昌華 蘇 蘭 陳 龍 黃安明

(德陽天元重工股份有限公司，四川618000)

關鍵字：懸索橋；散索鞍；空間鞍槽；機加工

1 工程概況

開州湖特大橋(橋型布置見圖1)位于甕安至開陽高速公路K35～K37路段，橫跨洛旺河峽谷。橋跨布置為3×30 m T梁+1100 m單跨鋼桁梁懸索橋+1×40 m T梁。主橋為1100 m單跨鋼桁梁懸索橋，垂跨比1/10；主塔塔高分別為135.0 m、139.0 m；橋梁為單跨千米級板桁結(jié)合加勁梁，是亞洲第二大山區(qū)雙塔單跨鋼桁梁懸索橋，主跨長度為貴州省第二。結(jié)合兩岸錨位處的地形及地質(zhì)條件，甕安岸采用重力錨，開陽岸采用隧道錨。

圖1 開州湖特大橋橋型布置圖Figure 1 Layout of Kaizhou Lake Bridge

散索鞍位于橋塔錨碇處，主要起支撐主纜并平順改變主纜方向的作用[1]。開州湖散索鞍(圖2)為擺軸式結(jié)構(gòu)，采用鑄焊結(jié)合的結(jié)構(gòu)形式，鞍頭采用鑄鋼鑄造，鞍座體由鋼板焊成，鞍頭與鞍座體采用高強螺栓連接。由于開州湖散索鞍處在山區(qū)地理位置，為了便于運輸和現(xiàn)場安裝時便于起吊以及減少門架等措施費用，開州湖散索鞍在國內(nèi)懸索橋建設中首次采用分體式散索鞍體結(jié)構(gòu)。鞍頭為鑄鋼件，按GB/T 7659—2010要求，材料牌號采用ZG270- 480H；散索鞍座體為焊接件，按GB 713—2014要求，采用材料牌號為Q345R的鋼板焊接。開州湖散索鞍的制造主要涉及鞍頭的鑄造，鞍座體的焊接，鞍頭和鞍座體的機加工，本文對開州湖散索鞍鞍頭和鞍座體的機加工進行工藝技術分析，研究和探討分體式結(jié)構(gòu)散索鞍的制造加工問題。

圖2 散索鞍總成效果圖Figure 2 The drawing of splay saddle assembly

2 機加工工藝

2.1 機加工重難點分析及解決措施

(1)鞍槽圓弧繩槽線性尺寸保證難度大。為了保證鞍槽內(nèi)圓弧繩槽尺寸的準確，加工時采用數(shù)控鏜床進行鞍槽側(cè)壁和圓弧繩槽的加工，通過計算機編程，先在計算機上模擬加工檢查程序的正確性，然后再進行實物加工，從而保證加工出的繩槽圓弧的準確性。最后再通過手工修磨出口處圓弧和棱邊，保證鞍槽圓弧光滑平整。采用鞍頭與鞍座體把合后整體加工鞍槽和底塊鍵槽的方案，避免了多次裝夾帶來的誤差，保證了鞍槽與底塊的加工精度。

(2)由于索鞍鞍槽較深(約1200 mm)，主軸方向行程大，導致機床主軸剛性差。通過設置合理的切削參數(shù)，減小刀具的進刀量，且加工中盡量利用機床主軸外的矩形滑枕以增加主軸鏜桿的剛性，從而保證加工精度。

(3)鞍槽為既有豎彎又有平彎的三維空間曲面，其鞍槽線性精度不易保證。散索鞍在計算機上采用軟件中的CAD模塊建立三維模型，利用加工模塊進行加工工藝分析，設置加工工序余量，指定加工所用刀具，規(guī)劃合理的刀具路徑，設置加工工藝參數(shù)，然后編制數(shù)控加工程序(圖3)。建立1∶1機床模型，將產(chǎn)品三維模型導入仿真模擬軟件中，進行切削參數(shù)調(diào)整、優(yōu)化，組合分析出最佳的工藝參數(shù)，然后模擬加工(圖4)，檢查程序路徑是否正確。模擬加工后，零件模型與加工后模型對比，分析加工精度。最后將仿真無誤后的程序拷貝至數(shù)控機床。

圖3 銑削刀軌模擬Figure 3 Milling tool path simulation

圖4 加工仿真模擬Figure 4 Machining analogue simulation

(4)散索鞍底部承板安裝槽與鞍頭形位公差不易保證。鞍體底部承板安裝槽與鞍頭的位置關系既要求安裝槽面與散索鞍橫向中線的垂直度和對稱度，又要求與鞍槽中心豎直平面的垂直度。由于散索鞍外形尺寸大、重量大，鞍體底部的承板安放槽與鞍頭間距離遠，難以達到加工精度要求。為使加工精度達到要求，在前期加工中需設置兩組工藝基準：(a)在鞍槽出口端部下方設置工藝基準塊，在數(shù)控加工鞍槽時，對基準塊與鞍槽中線垂直的端面和底面進行精加工，保證兩基準面分別與鞍槽中線垂直，作為隨后加工底槽的找正基準。(b)在鞍體外側(cè)靠中間位置的筋板上設置工藝基準塊并將其與底部承板槽中線平行的側(cè)面精加工后作為后序的找正和測量基準面，保證該基準面順筋板方向與通過IP點的基準中線平行并記錄到基準中線的距離。加工底槽時，按端部基準平面和側(cè)面筋板工藝塊上的基準面找正，按側(cè)面筋板上工藝塊的基準面尺寸定位底部承板槽的中線位置，進行承板槽各部位尺寸加工并控制兩側(cè)面與中線的對稱，從而保證相關部位的形位公差要求，加工示意圖見圖5。

圖5 散索鞍底部承板槽加工示意圖Figure 5 Schematical diagram of bearing plate groove on the bottom of splay saddle

2.2 機加工設備的選擇

散索鞍鞍頭重約60 t，散索鞍鞍座體重約44 t，鞍頭和鞍座體單件重量大，組合重量超過100 t，機加工需要大型起吊設備和配備大型工作臺的數(shù)控設備來完成，為了保證機加工精度，減少裝夾次數(shù)，避免多次裝夾造成的精度誤差，需要在帶回轉(zhuǎn)工作臺的大型數(shù)控設備上進行機加工，隨著裝備水平的提高，機加工能力和精度得到了大力提升，目前散索鞍加工通常采用回轉(zhuǎn)法[2]進行加工，加工設備選用大型數(shù)控鏜銑床進行加工，設備配置有全數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(回轉(zhuǎn)工作臺的最大承重能力分別為450 t、180 t)，機床控制系統(tǒng)擁有優(yōu)秀的人機交互性、系統(tǒng)穩(wěn)定性，伺服系統(tǒng)、位置測量系統(tǒng)和補償系統(tǒng)，能保證多軸聯(lián)動加工精度。制造車間安裝起吊能力分別為400 t、150 t、100 t、50 t、32 t等不同規(guī)格的起吊行車，滿足散索鞍分體和組合起吊的需要。

表1 散索鞍加工精度要求Table 1 Machining accuracy requirements of splay saddle

2.3 機加工工藝方案

針對散索鞍的結(jié)構(gòu)特點，研究確定散索鞍的加工工藝方案為：鞍頭的粗加工(部分精加工即與鞍座體結(jié)合面的精加工)→鞍座體的粗加工(部分精加工即與鞍頭結(jié)合面的精加工)→鞍頭和鞍座體組合精加工，如圖6所示。

(1)鞍頭加工：在大型數(shù)控鏜床上先對散索鞍鞍頭毛坯進行粗加工，粗加工散索鞍頭底面、鞍槽及兩端面。精加工底面及四周到位，并數(shù)控定位底面把合螺栓孔。工件平放，加工鞍槽拉桿孔凸臺面，并定位拉桿孔中心，修整偏心的凸臺外形。

(2)鞍座體加工：在大型數(shù)控鏜床上先對散索鞍鞍座體進行粗加工，粗加工底塊鍵槽，精加工散索鞍鞍座體上平面并把合螺栓孔。

(3)鞍頭和鞍座體組合精加工：將鞍座體與鞍頭用螺栓把合，采用數(shù)控鏜床精加工鞍槽、底塊鍵槽及騎縫銷孔，加工時工件一次裝夾定位，加工完鞍槽通過旋轉(zhuǎn)工作臺來加工底塊，避免二次裝夾帶來的偏差。

圖6 散索鞍機加工Figure 6 Machining of splay saddle

3 制造質(zhì)量分析

散索鞍各零部件的主要加工面的精度應滿足圖紙規(guī)定的要求。未注尺寸公差按GB/T 1804—2000要求。各部件的主要加工件精度要求及檢測結(jié)果見表1。

4 結(jié)語

懸索橋分體式散索鞍結(jié)構(gòu)復雜，體積大，重量大，機加工需要配備100 t以上的大型起吊設備，加工機床承重平臺也需滿足承重要求，散索鞍鞍槽是既有豎彎又有平彎的三維結(jié)構(gòu)，鞍槽線性精度不易保證，為保證加工精度，需要加工機床具有回轉(zhuǎn)平臺，加工中能實現(xiàn)多軸聯(lián)動，上述加工工藝保證了分體式散索鞍的加工，保證了索鞍的精度要求，為今后類似結(jié)構(gòu)散索鞍的加工提供了參考。