裴計(jì)達(dá)

沈陽機(jī)床集團(tuán)中捷友誼廠 遼寧沈陽 110142

1 序言

大噸位轉(zhuǎn)臺（超過10t）往往采用靜壓結(jié)構(gòu)，靜壓轉(zhuǎn)臺的滑動面之間開有油腔，將有一定壓力的油通過節(jié)流器輸入油腔，形成壓力油膜，浮起運(yùn)動部件，使工作表面處于純液體摩擦狀態(tài)，不產(chǎn)生磨損，但靜壓轉(zhuǎn)臺不僅結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且由于需要大量液壓油循環(huán)，靜壓油受污染會造成轉(zhuǎn)臺失靈，頻繁換油又會造成資源浪費(fèi)，故在此前提下非靜壓大噸位轉(zhuǎn)臺應(yīng)運(yùn)而生。

如今世界進(jìn)入能源時代，煤、石油等非可再生資源面臨枯竭的境地，世界各國都把風(fēng)能作為發(fā)展的重點(diǎn)，我國的風(fēng)能事業(yè)也處在蓬勃發(fā)展的時期。風(fēng)力發(fā)電的關(guān)鍵部件輪轂需要在水平轉(zhuǎn)臺的基礎(chǔ)上傾斜一定的角度進(jìn)行加工，由于沒有專用的設(shè)備，所以大多數(shù)的廠家會采取將水平轉(zhuǎn)臺傾斜安裝的手段。水平轉(zhuǎn)臺傾斜安裝以后，就只能加工一種零件，通用性很差。PIB40T很好地解決了專機(jī)的通用性問題，在其不升起的情況下，可以作為普通水平轉(zhuǎn)臺使用，升起時可以作為加工特殊零件的專機(jī)使用。

由于傾斜位置不便于靜壓油的回收，所以此種轉(zhuǎn)臺不能采用靜壓結(jié)構(gòu)。對于這種大噸位的轉(zhuǎn)臺，由于單一的承重方式是不可能完成的，所以PIB40T采用貼塑刮研面、承重軸承和卸荷塊復(fù)合式承重結(jié)構(gòu)，三種形式互補(bǔ)，互相配合，這在調(diào)整上也是頗具難度的。

2 PIB40T轉(zhuǎn)臺的布局

PIB40T主體部件分為：床身、滑座、轉(zhuǎn)座、液壓升起與夾緊結(jié)構(gòu)及動力傳動。轉(zhuǎn)臺各位置狀態(tài)如圖1～圖3所示。

圖1 轉(zhuǎn)臺側(cè)視圖（升起狀態(tài)）

圖3 轉(zhuǎn)臺升起位置狀態(tài)（斜鐵被液壓缸推入滑座與轉(zhuǎn)座之間）

3 PIB40T結(jié)構(gòu)

3.1 臺板

PIB40T系列機(jī)床沿用了PIB40機(jī)床的臺板（見圖4），所用的零部件也都通用。臺板使用：將齒圈安裝在臺板上，送交導(dǎo)軌磨床磨上、下兩面，使之平行。

圖4 臺板

3.2 滑座

由于不用靜壓結(jié)構(gòu)，PIB40T床身上采用很常見的直線導(dǎo)軌（見圖5）作為導(dǎo)向，這是很成熟、很常見的結(jié)構(gòu)，這里不再贅述。

圖5 直線導(dǎo)軌

PIB40T主體為分層式結(jié)構(gòu)，從下往上依次是床身、滑座、轉(zhuǎn)座、臺板，每一層都要保證自己的精度，而所有的精度基準(zhǔn)都要以大地水平作為基準(zhǔn)，第一步就是要將床身調(diào)成與大地水平平行，調(diào)好以后鑲導(dǎo)軌，這與其他使用直線導(dǎo)軌的機(jī)床裝配工藝一樣。

直線導(dǎo)軌鑲好以后，可安裝滑座，滑座的上表面為導(dǎo)軌磨床加工，下面有兩條精銑面，作為與滑塊結(jié)合的接觸面。由于兩個面系兩臺機(jī)床加工，其在裝夾、轉(zhuǎn)運(yùn)過程中很難保證精度一致性，所以滑座落在直線導(dǎo)軌的滑塊上，它們之間設(shè)有調(diào)整墊，用于調(diào)整滑座上表面與直線導(dǎo)軌面的平行度[1]，如圖6所示。

圖6 滑塊安裝

具體的做法是：先將所有的調(diào)整墊放在同一臺磨床上抄平，這樣所有的調(diào)整墊就為同一個厚度（誤差在0.01mm以內(nèi)），把滑座、調(diào)整墊都裝好以后，通過在線軌上推表來檢驗(yàn)平行度誤差（見圖7）。

圖7 推表檢驗(yàn)平行度誤差

4個點(diǎn)作為檢驗(yàn)的基準(zhǔn)，百分表的示數(shù)不能超過0.02mm，而當(dāng)平行度超差時，要將調(diào)整墊配磨。例如，平尺兩端相差0.06mm，就可以將高度較高的一側(cè)最邊上的一塊調(diào)整墊磨掉0.06mm，低的一側(cè)調(diào)整墊不動，中間的調(diào)整墊從高至低按次遞減，這樣就可以調(diào)整平行度。當(dāng)調(diào)整墊的厚度磨好以后，滑座的高度（相對于床身）已經(jīng)確定，此時就可以安排安裝絲杠。

3.3 安裝小車

可傾轉(zhuǎn)臺在升起時要依靠墊鐵保持精度，而在水平狀態(tài)時墊鐵要處于縮回狀態(tài)，此時墊鐵停留在小車上。小車是專門用于保存墊鐵的裝置，其上表面裝有大量的滾輪，后面裝有兩個用于墊鐵伸縮的液壓缸。所以就存在兩項(xiàng)要求，第一，承擔(dān)墊鐵的滾輪要高度一致，避免某幾個滾輪集中受力的情況發(fā)生；第二，滾輪的頂部要與滑座跟墊鐵的接合面平行一致，以保證墊鐵在伸出與縮回時不會使液壓缸桿造成彎曲。

在安裝小車（見圖8）時需注意：將滾輪安裝在小車上，找一塊平驗(yàn)板，涂好顏色后落在滾輪上來回推動，使粘到顏色的滾輪不低于80%；達(dá)到要求以后，將小車落在滑塊上，但不要上滑塊調(diào)整墊，找一塊500mm的平尺，一端搭在滑座與墊鐵的接觸面上，另一端懸在滾輪的上方，用量塊檢測平尺與滾輪之間的縫隙，按照這個數(shù)值配磨小車下面的調(diào)整墊，保證滾輪與墊鐵支撐面平行或略高于支撐面，磨好以后裝好調(diào)整墊、小車，用螺釘把小車與滑座聯(lián)接在一起；將墊鐵落在滾輪上；裝好液壓缸托架，調(diào)整好托架的高度，使液壓缸的光杠正對準(zhǔn)墊鐵螺紋孔，將光杠與墊鐵聯(lián)接在一起。

圖8 安裝小車

3.4 轉(zhuǎn)座

轉(zhuǎn)座是此型機(jī)床加工和裝配的難點(diǎn)和重點(diǎn)，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，要求項(xiàng)目很多，工藝性多樣，是決定安裝結(jié)果的關(guān)鍵。圖9展示了其結(jié)構(gòu)上的特性。

圖9 轉(zhuǎn)座結(jié)構(gòu)

轉(zhuǎn)座的下表面與滑座接觸，是轉(zhuǎn)臺水平位置的定位面，由導(dǎo)軌磨床加工，上表面是貼塑刮研面，與臺板的大齒圈接觸。在貼塑刮研面有10個已加工好的槽，用以放置承擔(dān)臺板以及工件質(zhì)量的卸荷塊，貼塑刮研面中央有一個加工出來的用以安裝定心軸的環(huán)形面，最中心是用以定位定心軸的直口。轉(zhuǎn)座的兩側(cè)精鏜出兩個用以安裝接受液壓升起頂力轉(zhuǎn)軸的孔。轉(zhuǎn)座后面的凸臺也精鏜出兩個孔，其中安裝兩個轉(zhuǎn)軸，作為轉(zhuǎn)座升起時的回轉(zhuǎn)軸線。

當(dāng)裝配工作結(jié)束以后，貼塑面、與滑座接觸面、定心軸安裝面與轉(zhuǎn)臺升起軸線這四者是平行的，但由于貼塑刮研面并非精加工面，而是人工刮研而成，其參照精度是定心軸安裝面，只能保證其與尺圈的接觸率，而不能保證與滑座接觸面的平行，這樣在鏜凸臺上的孔時也就失去了基準(zhǔn)，所以想要將轉(zhuǎn)座一次加工成形非常困難，必須要有配修的過程。具體操作如下。

1）先將轉(zhuǎn)座落在滑座上，用塞尺檢驗(yàn)結(jié)合縫隙，要求一周0.02mm塞尺不入。

2）用卸荷塊鑲條做研具，刮貼塑面上安裝卸荷塊槽的底面（見圖10），以保證接觸率。

圖10 貼塑面上安裝卸荷塊槽的底面

3）安裝定心軸與承重軸承（見圖11）。

圖11 安裝定心軸與承重軸承

4）刮研。將臺板落在滑座上，既讓承重軸承承擔(dān)臺板的質(zhì)量，又讓尺圈底面與貼塑面接觸，開始刮貼塑面，保證每平方英寸不少于10個點(diǎn)。

注意：由于臺板的質(zhì)量很大，在臺板與貼塑面合研時會有很大阻力，所以為了減輕合研的阻力，在刮研初期會讓承重軸承承擔(dān)大部分的臺板質(zhì)量，這樣也就造成了轉(zhuǎn)座中心因受力過于集中而形成的中心凹陷，此時刮出的塑面在有臺板壓著時是個平面，而撤掉臺板，轉(zhuǎn)座恢復(fù)形變以后，實(shí)際上是1個中心突起的錐形面（在實(shí)際中驗(yàn)證過，中心突起最大可達(dá)0.09mm）?；诖朔N原因，當(dāng)合研大面上的點(diǎn)以后，要逐漸減小承重軸承的承載質(zhì)量（逐漸減小承重軸承與臺板之間的調(diào)整墊的厚度，每次大約0.02mm），在刮研的后期逐漸減小產(chǎn)生的形變，使最后塑面的形狀盡可能的接近水平。

5）配修轉(zhuǎn)座。當(dāng)刮研的過程完成以后，貼塑面已經(jīng)成為一個精確的平面（宏觀上），可以作為一個加工的基準(zhǔn)面。將轉(zhuǎn)座返回導(dǎo)軌磨床，以貼塑面為基準(zhǔn)加工與滑座的接觸面，當(dāng)加工完成以后，轉(zhuǎn)座的上、下兩個面就是平行的兩個面了（誤差保證在0.02mm以內(nèi)）。磨好以后，再以剛加工好的面為基準(zhǔn)，精鏜轉(zhuǎn)臺升起回轉(zhuǎn)軸的孔，這樣此三方的平行度可保證最優(yōu)化。

3.5 卸荷塊

PIB40T是復(fù)合式承重結(jié)構(gòu)，卸荷塊也是承重的機(jī)構(gòu)之一，當(dāng)PIB40T處于負(fù)重工作狀態(tài)時，卸荷塊與貼塑面、承重軸承各承擔(dān)大約1/3的質(zhì)量。裝配卸荷塊（見圖12），當(dāng)軸桿完全穿入卸荷塊時，要使軸桿端面低于卸荷塊端面。

圖12 裝配卸荷塊

把臺板從轉(zhuǎn)座上吊走，往槽里放入鑲條與卸荷塊，以刮研好的塑面作為基準(zhǔn)推表，檢驗(yàn)4個滾輪的高度，如果不等高，可以用墊塞尺磨鑲條的辦法調(diào)平。

具體做法是：鑲條具有錐度，是1∶50，鑲條通過標(biāo)準(zhǔn)的專用1∶50錐度的夾具平磨出來。當(dāng)檢驗(yàn)出不平時，例如檢測出最里面滾輪面比最外面的滾輪面高出0.05mm（由于軸桿是直的，4個滾輪又是外徑相等的標(biāo)準(zhǔn)件，所以如果4個滾輪不等高，會呈現(xiàn)直線遞增或遞減狀態(tài)），就可以將鑲條靠近中心的一端墊上0.05mm的塞尺后裝夾在鑲條夾具上，在平磨上磨平。把磨好的鑲條重新裝好以后再次打表，完成滾輪調(diào)平，如圖13所示。

圖13 滾輪調(diào)平

滾輪調(diào)平以后，繼續(xù)以上述方法打表，測量滾輪頂點(diǎn)與貼塑面的高度差，使?jié)L輪頂點(diǎn)高于貼塑面0.05mm（鑲條與卸荷塊之間是錐度面接觸，見圖14），當(dāng)鑲條在水平方向上進(jìn)退時，會使卸荷塊在豎直方向上升降，在鑲條的后面有頂進(jìn)螺釘和縮回螺釘，可以通過旋動它們以達(dá)到微調(diào)卸荷塊高度的目的）。調(diào)整好卸荷塊高度以后，同時旋緊頂進(jìn)螺釘和縮回螺釘將鑲條位置鎖定[2]。

圖14 鑲條與卸荷塊之間以錐度面接觸

3.6 軸瓦

軸瓦是PIB40T采用的另一種新技術(shù)。當(dāng)轉(zhuǎn)臺處于升起過程時，轉(zhuǎn)軸與轉(zhuǎn)座之間存在相對轉(zhuǎn)動，整個轉(zhuǎn)臺的負(fù)重完全承擔(dān)在前后4根轉(zhuǎn)軸上（轉(zhuǎn)臺最大負(fù)重40t）。由于普通的滾動軸承難以滿足承重的需要，所以PIB40T的設(shè)計(jì)人員采用了一種新的成型產(chǎn)品。

圖15是所用到的軸瓦，其胎體主要材質(zhì)為銅，混合其他金屬成為合金，包括鋁、錳、鋅等，不但呈現(xiàn)出一定的剛性，而且在韌性和耐磨性上表現(xiàn)更佳。壁上鉆有多個孔，填充物是石墨的膠合物。

圖15 軸瓦

圖16展示了軸瓦的使用方式，軸瓦的內(nèi)外壁都具有較高的公差要求，軸瓦鑲在轉(zhuǎn)座體內(nèi)，與轉(zhuǎn)座一同轉(zhuǎn)動；轉(zhuǎn)軸支撐軸瓦，存在相對轉(zhuǎn)動。因此，軸瓦與轉(zhuǎn)座之間是過渡配合；軸瓦與轉(zhuǎn)軸之間是間隙配合（0～0.07mm），它們之間的間隙既是為了降低轉(zhuǎn)動的阻力，同時，轉(zhuǎn)軸與石墨填充物之間的滑動與摩擦，使得石墨被碾成極為細(xì)微的顆粒，填充在間隙中充當(dāng)潤滑劑。

圖16 軸瓦使用方式

軸瓦本身具有很高的精度，但由于自身材料的原因使其不具備抗擊打能力，為了將軸瓦安全而又經(jīng)濟(jì)地安裝到轉(zhuǎn)座內(nèi)，我們制作了專用的打具（當(dāng)時考慮過液氮冷裝，但因成本較高而放棄），如圖17所示，通過敲打可以將軸瓦毫無損傷的裝入轉(zhuǎn)座內(nèi)。

圖17 敲打軸瓦以裝入轉(zhuǎn)座

軸瓦裝入轉(zhuǎn)座，還必須要考慮它的拆卸問題，對于轉(zhuǎn)座尾部的軸瓦，其安裝兩端貫通的孔內(nèi)，只要將打具以相反方向安裝在軸瓦內(nèi)就可以將軸瓦打出來。

3.7 安裝轉(zhuǎn)軸、升起液壓缸

裝好軸瓦以后，將轉(zhuǎn)座吊下來，把轉(zhuǎn)軸支架裝在滑座上，讓支架側(cè)面靠緊滑座的立面，0.02mm塞尺不入（見圖18），打好定位銷。

圖18 塞尺不入

向軸瓦孔內(nèi)穿入轉(zhuǎn)軸，隨后裝入磨盤珠軸承，吊起滑座（連帶著轉(zhuǎn)軸、軸承）落于其位，使轉(zhuǎn)座凸臺、軸承位于轉(zhuǎn)軸支架內(nèi)，如圖19所示。

圖19 安裝轉(zhuǎn)軸

以滑座的立面為基面，推表檢驗(yàn)轉(zhuǎn)座工藝面的平行度（轉(zhuǎn)座的軸孔在加工時就是以工藝面為基準(zhǔn)加工的，因此軸孔與滑座立面的平行度可以通過此面間接測量，見圖20），若不平行，可以敲擊轉(zhuǎn)座使其平行。當(dāng)轉(zhuǎn)座位置調(diào)整好以后，配隔套（最開始為圓形，后因安裝困難改為雙半圓結(jié)構(gòu)），并用量塊測量轉(zhuǎn)軸與轉(zhuǎn)軸支架的間隙，配調(diào)整墊，將配好的隔套與調(diào)整墊裝好。完成后安裝升起液壓缸。

圖2 轉(zhuǎn)臺水平位置狀態(tài)

圖20 檢驗(yàn)轉(zhuǎn)座工藝面平行度

3.8 刮墊鐵

可傾轉(zhuǎn)臺升起角度的精度主要依靠墊鐵的精度來保持，但因墊鐵的精度是不可能直接加工完成的（首先，墊鐵具有的多項(xiàng)精度很難在加工的過程中面面俱到，其次兩塊墊鐵也很難保證他們精度的一致性），所以要通過刮研來調(diào)整墊鐵的精度以及其和轉(zhuǎn)座的接觸率。為此我們制作了標(biāo)準(zhǔn)的角度支撐具。用角度支撐具固定好轉(zhuǎn)座以后，就可以開始刮研了，如圖21所示。

圖21 刮研

由于墊鐵誤差較大，直接刮研非常困難，因此，每次來墊鐵需要先進(jìn)行測量和加修。先使用角度支撐具加墊撐起轉(zhuǎn)座，使轉(zhuǎn)座與墊鐵間存在間隙，測量每塊墊鐵a、b、c、d、e、f6點(diǎn)間隙，由于墊鐵較長且有一定角度，所以需使用AutoCAD進(jìn)行數(shù)據(jù)測量（使用AutoCAD進(jìn)行直線旋轉(zhuǎn)，可找出最低點(diǎn)，使用AutoCAD測量出其他幾點(diǎn)需要配銑量進(jìn)行配銑），而不是直接用a、b、c、a'、b'、c'中最大數(shù)減去各點(diǎn)數(shù)值進(jìn)行配銑。如圖22所示。

圖22 測量墊鐵

例如圖2 3 中c點(diǎn)所在線段最低，因此a點(diǎn)需配銑d－a；b點(diǎn)需配銑e－b；c點(diǎn)需配銑f－c＝0（f＝c）。

圖23 配銑值計(jì)算

經(jīng)過現(xiàn)場試驗(yàn)，此種方法配銑后的兩墊鐵等高，墊鐵與轉(zhuǎn)座間間隙均在0.02mm以內(nèi)，可證明此種方法方便刮研，減少了刮研所需的時間[3]。

3.9 其他組件

減速箱：PIB40T并沒有設(shè)計(jì)專用的減速箱，通用了在之前的PIB40的減速箱，在與轉(zhuǎn)座的連接上也與PIB40無異。

夾緊器：沿用PIB40的結(jié)構(gòu)。

4 結(jié)束語

可升起工作臺復(fù)合程度高，通用性很強(qiáng)，在日益激烈的數(shù)控產(chǎn)品競爭中，占有重要地位。

目前，數(shù)控機(jī)床的發(fā)展日新月異，高速化、高精度化、復(fù)合化、智能化、開放化、并聯(lián)驅(qū)動化、網(wǎng)絡(luò)化和綠色化已成為數(shù)控機(jī)床發(fā)展的趨勢和方向。

中國作為一個制造大國，主要還是依靠勞動力、價格及資源等方面的優(yōu)勢，而在產(chǎn)品的技術(shù)創(chuàng)新與自主開發(fā)方面與國外同行還存在一定的差距。中國的數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)不能安于現(xiàn)狀，應(yīng)該抓住機(jī)會不斷努力發(fā)展自己的先進(jìn)技術(shù)，加大技術(shù)創(chuàng)新與人才培訓(xùn)力度，提高企業(yè)綜合服務(wù)能力，努力縮短與發(fā)達(dá)國家之間的差距。力爭早日實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品從低端到高端、從初級產(chǎn)品加工到高精尖產(chǎn)品制造的轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)從中國制造到中國創(chuàng)造、從制造大國到制造強(qiáng)國的轉(zhuǎn)變。