CN102756236B - 一种悬索桥主索鞍直线型鞍槽的加工方法 - Google Patents

Abstract

一种悬索桥主索鞍直线型鞍槽的加工方法，采用普通立式车床，包括以下步骤：A.数控镗铣床加工出鞍槽顶面的圆弧面（9），B.划出在主索鞍（1）端面鞍槽出绳处划鞍槽主曲线（8）的理论轮廓线和两端辅曲线（7）的理论轮廓线，C.在立车上用角度车刀（2.2）精车出中间槽（21），内槽（22），外槽（23）的主曲线（8）及侧壁（24），本发明的优点在于，不存在欠切现象，换刀和对刀次数少，既可以显著提高鞍槽的加工效率和表面加工精度，还能有效保证同种主索鞍的互换性。

Description

一种悬索桥主索鞍直线型鞍槽的加工方法

技术领域

本发明涉及一种机械零部件的加工方法，具体来说涉及一种悬索桥主索鞍直线型鞍槽的加工方法。

背景技术

主索鞍是设在悬索桥主塔顶的大型钢构件，处于主缆的转折处，为主缆提供支撑，并将整个悬索桥及其载重通过主索鞍传递给主塔，因此，主索鞍是悬索桥重要的受力部件。由于主缆在桥塔两侧的倾斜度一般是不同的, 使得鞍槽受力也不同, 为了保持主塔的受力稳定性，目前直线型鞍槽的受力曲线，已从简单地取单一半径的圆弧，改变为由多个半径组合的圆弧，同时鞍槽受力面的加工精度的高低，会改变主缆绳在转折处的线形平顺度和应力均匀度，且直接影响到主缆的安全系数。现有的直线型主索鞍的鞍槽形状如附图5～图8所示，中部一段大曲率的弧线段是承载力的主曲线，两侧是两段小曲率，且内切于主曲线的辅曲线。虽然现有鞍槽形状由多段曲线组成，但是其主要的和受力支撑曲线是中部的主曲线。目前悬索桥的主索鞍的鞍槽加工一般都是在数控镗铣床上进行，如中国专利公开（公告）号：CN101367166，公告日：2009年02月18日，发明名称：《一种悬索桥主索鞍的加工方法》，其步骤包括划线、数控机床上的三步粗镗和六步精镗，以及后续的打磨加工出鞍槽。虽然现有技术采用镗铣床单件加工直线型鞍槽的方法，可实现多台设备同时加工，缩短了制造工期的优点，但是，却存在以下不足之处：

1、由于受到鞍槽侧壁高度和槽宽的限制，不同位置的鞍槽需要用到多种不同的铣刀（如中间槽用立铣刀、两侧壁槽用直角铣刀、其余槽用盘铣刀），加工中需要频繁换刀和对刀，耗时长，加工效率低；

2、由于受刀头半径、机床主轴与鞍槽相对位置关系以及数控机床加工是采用折线替代曲线等，使得鞍槽台阶面的根部存在不可避免的欠切现象，需要人工修磨处理，加工精度低；

3、由于在镗铣床上一次只能装夹一件鞍体，同种鞍体不能同时加工，同种鞍体间的互换性差。

因此，现有技术采用数控镗铣床加工直线型鞍槽存在的不足，亟待解决。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术采用数控镗铣床加工直线型鞍槽存在鞍槽台阶面根部欠切、效率低、以及同种鞍体的互换性的不足，提供一种用普通立式车床替代数控镗铣床，加工出无欠切、高精度、高效率且互换性好的一种悬索桥主索鞍直线型鞍槽的加工方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种悬索桥主索鞍直线型鞍槽的加工方法，包括以下步骤：

A.数控镗铣床加工

A1.根据加工余量找正，将主索鞍装夹在数控镗铣床上，加工出一底面、侧面；

A2.将主索鞍底面朝下装置在数控镗铣床工作台上，以主索鞍已加工出的底面、侧面为基准将主索鞍找正，加工出鞍槽顶面的圆弧面，见光且与鞍槽理论圆弧主曲线同心。

B.划线

B1.以主索鞍已加工出的底面、侧面为基准，在主索鞍端面鞍槽出绳处划鞍槽主曲线的理论轮廓线和两端辅曲线的理论轮廓线；

B2. 将主索鞍底面朝下平放在地平台上，根据CAD辅助计算得鞍槽主曲线及两端辅曲线到鞍体底面的距离，在鞍槽出绳处划鞍槽主曲线及两端辅曲线在该处的高度线；

B3.将主索鞍侧放在地平台上，根据已加工好的侧面为基准找平；

B4.以主索鞍侧面为基准，在鞍槽出绳处划鞍槽及侧壁的宽度线。

C.立车加工

C1.在立车工作台上放置垫块及装夹块，将主索鞍已加工好的侧面朝下均匀放置在垫块及装夹块上，找正、夹紧；

C1.1在立车工作台上均匀放置垫块及装夹块，将主索鞍已加工好的侧面安置在垫块及装夹块上，使主索鞍水平方向找平； 

C1.2在车床刀架上面装夹百分表，将百分表表头压在主索鞍鞍槽顶面的圆弧面上，转动车床工作台，观察百分表跳动情况；

C1.3 根据百分表跳动情况，在水平面上调整主索鞍，使百分表读数符合要求，使主索鞍鞍槽顶面的圆弧面的圆心与立车工作台的圆心同心并找正主索鞍；

C1.4用垫块及装夹块、压板、螺杆工装夹具将主索鞍装夹固定在车床工作台上；

C2.在立车刀架上装夹加长刀杆，并在加长刀杆上装夹通用切槽刀；

C3.用通用切槽刀在鞍槽中依次采用多次进给粗车出一侧的中间槽、内槽、外槽的主曲线及侧壁，留精车余量；将加长杆装刀处换向朝向另外一侧鞍槽，换反手型切槽刀，依次采用多次进给粗车出另外一侧中间槽、内槽、外槽的主曲线及侧壁，留精车余量；

C4.用角度车刀在鞍槽中精车出一侧中间槽、内槽、外槽的主曲线及侧壁，将加长杆装刀处朝向另外一侧鞍槽，换反手角度车刀，依次精车出另一侧中间槽、内槽、外槽的主曲线及侧壁。

D.人工修磨

配合样板，人工修磨出鞍槽主曲线两端的辅曲线。

本发明的步骤C，包括同时在立车工作台的加工范围内，放置多个主索鞍，一同将多个主索鞍的鞍槽主曲线加工出来。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1.采用立车替代数控镗铣床，避免了镗铣床只能用近似折线替代曲线，曲线存在欠切的不足，使得加工出的鞍槽的主曲线光滑平整，刀尖无圆弧，并且车削轨迹与鞍槽理论轨迹可完全重合，因此不存在欠切现象精度高，节省了人工对主曲线的修磨。

2.采用立车加工，仅用通用切槽刀和角度车刀替代了现有技术需要用到多种不同的铣刀，不受到鞍槽侧壁高度和槽宽的限制，也无需不同位置的鞍槽需要用到多种不同的铣刀（如中间槽用立铣刀、两侧壁槽用直角铣刀、其余槽用盘铣刀）的麻烦。因此，加工中无需频繁换刀和对刀，耗时短，加工效率高。

3.本发明可以同时加工多件主索鞍，克服了现有技术只能单个主索鞍单个鞍槽加工的不足，车削时在同一个工作台上可以同时装夹两个或两个以上的主索鞍，成倍地提高了加工效率。

4.可以保证同种主索鞍的互换性。现有技术在主索鞍镗铣削加工时，由于在同一次装夹中只能加工一个主索鞍，因此同种主索鞍的互换性较差。本发明在同一次装夹中可以同时加工两个或两个以上的鞍槽圆弧半径相同的主索鞍，鞍槽的几何形状和加工精度一致，同种主索鞍间的互换性较好。

附图说明

图1是本发明的加工示意图。

图2是主索鞍的结构示意图。 

图3是图2中局部A放大图。 

图4是图2中局部B放大图。 

图5是现有技术采用盘铣刀的圆周刃加工鞍槽示意图。 

图6是现有技术采用盘铣刀的端面刃加工鞍槽示意图。

图7是现有技术采用立铣刀加工鞍槽示意图。

图8是现有技术加工后存在鞍槽欠切现象示意图。

图9是本发明采用通用切槽刀加工示意图。

图10是本发明采用角度车刀加工示意图。

图11是本发明的加长刀杆主视图。

图12是本发明的加长刀杆侧视图。

图中： 主索鞍1，通用切槽刀2.1，角度车刀2.2，加长刀杆3，立车工作台4，立车刀架5，垫块及装夹块6，辅曲线7，主曲线8，鞍槽顶面的圆弧面9，直角铣刀01.1，盘铣刀01.2，立铣刀01.3，数控镗铣床02，鞍槽欠切处03，中间槽21，内槽22，外槽23，侧壁24。

具体实施方式

下面结合附图说明和具体实施方式对本发明做进一步的描述：

参见图1，图6，图7，图8，图9，图11，图12，一种悬索桥主索鞍直线型鞍槽的加工方法，包括以下步骤：

A.数控镗铣床加工

A1.根据加工余量找正，将主索鞍1装夹在数控镗铣床上，加工出一底面、侧面；

A2.将主索鞍1底面朝下装置在数控镗铣床工作台上，以主索鞍1已加工出的底面、侧面为基准将主索鞍1找正，加工出鞍槽顶面的圆弧面9，见光且与鞍槽理论圆弧主曲线8同心。

B.划线

B1.以主索鞍1已加工出的底面、侧面为基准，在主索鞍1端面鞍槽出绳处划鞍槽主曲线8的理论轮廓线和两端辅曲线7的理论轮廓线；

B2. 将主索鞍1底面朝下平放在地平台上，根据CAD辅助计算得鞍槽主曲线8及两端辅曲线7到鞍体底面的距离，在鞍槽出绳处划鞍槽主曲线8及两端辅曲线7在该处的高度线；

B3.将主索鞍1侧放在地平台上，根据已加工好的侧面为基准找平；

B4.以主索鞍1侧面为基准，在鞍槽出绳处划鞍槽及侧壁的宽度线。

C.立车加工

C1.在立车工作台4上放置垫块及装夹块6，将主索鞍1已加工好的侧面朝下均匀放置在垫块及装夹块6上，找正、夹紧；

C1.1在立车工作台4上均匀放置垫块及装夹块6，将主索鞍1已加工好的侧面安置在垫块及装夹块6上，使主索鞍1水平方向找平； 

C1.2在车床刀架5上面装夹百分表，将百分表表头压在主索鞍鞍槽顶面的圆弧面9上，转动车床工作台4，观察百分表跳动情况；

C1.3 根据百分表跳动情况，在水平面上调整主索鞍1，使百分表读数符合要求，使主索鞍鞍槽顶面的圆弧面9的圆心与立车工作台4的圆心同心并找正主索鞍1；

C1.4用垫块及装夹块6、压板、螺杆工装夹具将主索鞍1装夹固定在车床工作台4上；

C2.在立车刀架5上装夹加长刀杆3，并在加长刀杆3上装夹通用切槽刀2.1；

C3.用通用切槽刀2.1在鞍槽中依次采用多次进给粗车出一侧的中间槽21、内槽22、外槽23的主曲线及侧壁24，留精车余量；将加长杆装刀处换向朝向另外一侧鞍槽，换反手型切槽刀，依次采用多次进给粗车出另外一侧中间槽21、内槽22、外槽23的主曲线及侧壁24，留精车余量；

C4.用角度车刀2.2在鞍槽中精车出一侧中间槽21、内槽22、外槽23的主曲线及侧壁24，将加长杆装刀处朝向另外一侧鞍槽，换反手角度车刀，依次精车出另一侧中间槽21、内槽22、外槽23的主曲线及侧壁24。

D.人工修磨

配合样板，人工修磨出鞍槽主曲线8两端的辅曲线7。

本发明的步骤C，包括同时在立车工作台4的加工范围内，放置多个主索鞍1，一同将多个主索鞍1的鞍槽主曲线8加工出来。

参见图1，对于跨度大的桥梁，主索鞍1的重量较大，受铸造、运输能力等的限制，目前大多采用的是铸焊式的主索鞍1，有整体式的，也有将其分为两半分体，便于铸造和运输等。但是，无论是整体式，还是分为两半分体的主索鞍1，在加工鞍槽时，都为整体状态的加工。作为分体式的主索鞍1，为了保证其加工精度，都要将两半分体组合成一体，一体加工出鞍槽的受力曲线，使得分体式的主索鞍1的鞍槽主曲线8与整体式一样平顺。因此，本发明不仅能满足整体式的加工需要，也同样能满足分体式加工需要。

C1工序的找正，是将百分表放置在立车刀架5上，将表针压在鞍槽顶面的圆弧面9上，转动立车工作台4，观察百分表跳动情况，根据百分表跳动情况调整主索鞍1的位置，使百分表跳动情况控制在规定数值之内，将各主索鞍1校正后，然后使用装夹块将主索鞍1夹紧。

参见图2，图3，图4，主索鞍1的直线型鞍槽形状，中部是一段大曲率的弧线段为主曲线8，两侧是两段小曲率的弧线段为辅曲线7，两者相切。由于辅曲线7的曲率较小于主曲线8，且是辅曲线7内切于主曲线8。这使得加工出主曲线8后，不仅不会破坏辅曲线7，而且还会除去辅曲线7的绝大部分的加工余量，特别是辅曲线7较短，使得人工修磨的工作量不是太大。当然，在实施中，也有在人工修磨之前，先在镗铣床加工，再人工修磨所因镗铣床加工辅曲线7留下的鞍槽欠切处03。

参见图9，图10，在C2工序中，在立车刀架5上装夹加长刀杆3，并在加长刀杆3上装夹通用切槽刀2.1。由于受到主索鞍1的鞍槽侧壁高度的限制，立车刀架5无法沿着鞍槽侧壁方向伸到中间槽21、内槽22、外槽23的根部，为解决这一问题，在实施中，在刀架上安装了加长刀杆3，加长刀杆3增加了立车刀架5的长度，保证通用切槽刀2.1和角度车刀2.2，能够沿着鞍槽侧壁24方向顺利伸到中间槽21、内槽22、外槽23的根部及侧壁24，实施过程中先加工鞍槽中心线一侧的鞍槽，再将加长刀杆3旋转180，换装反手形通用切槽刀2.1和角度车刀2.2，加工鞍槽中心线另外一侧鞍槽。

在C4工序中，用角度车刀2.2在鞍槽中精车出中间槽21、内槽22、外槽23的主曲线8及侧壁24。实施中的角度车刀2.2的角度为95°车刀，以主索鞍1的鞍体侧面及鞍槽顶面的圆弧面9为基准，精加工鞍槽中心线一侧的鞍槽。再将加长刀杆3旋转180，换装反手形95°的角度车刀2.2，精加工鞍槽中心线另外一侧鞍槽，使中间槽21、内槽22、外槽23，侧壁24尺寸符合要求。

参见图5，图6，图7，图8，目前悬索桥的主索鞍1的鞍槽加工一般都是在数控镗铣床02上进行，由于受到鞍槽侧壁24高度和槽宽的限制，加工中间槽21需用立铣刀01.3；加工内槽22需用盘铣刀01.2；加工外槽23和侧壁24，需用直角铣刀01.1。这样，不同位置的鞍槽需要用到多种不同的铣刀，加工中需要频繁换刀和对刀，耗时长，加工效率低；同时由于受刀头半径、机床主轴与鞍槽相对位置关系的影响，鞍槽台阶面的根部可能存在鞍槽欠切处03，需要人工修磨处理，加工精度低。

本发明的其它加工如数控镗铣床的编程、对主索鞍的加工表面进行渗透探伤、划线中加工余量以及定位等，与现有技术相同，本文不作赘述。

Claims (2)

1.一种悬索桥主索鞍直线型鞍槽的加工方法，其特征在于：包括以下步骤：

A.数控镗铣床加工

A1.根据加工余量找正，将主索鞍（1）装夹在数控镗铣床上，加工出一底面、侧面；

A2.将主索鞍（1）底面朝下装置在数控镗铣床工作台上，以主索鞍（1）已加工出的底面、侧面为基准将主索鞍（1）找正，加工出鞍槽顶面的圆弧面（9），见光且与鞍槽理论圆弧主曲线（8）同心；

B.划线

B1.以主索鞍（1）已加工出的底面、侧面为基准，在主索鞍（1）端面鞍槽出绳处划鞍槽主曲线（8）的理论轮廓线和两端辅曲线（7）的理论轮廓线；

B2. 将主索鞍（1）底面朝下平放在地平台上，根据CAD辅助计算得鞍槽主曲线（8）及两端辅曲线（7）到鞍体底面的距离，在鞍槽出绳处划鞍槽主曲线（8）及两端辅曲线（7）在该处的高度线；

B3.将主索鞍（1）侧放在地平台上，根据已加工好的侧面为基准找平；

B4.以主索鞍（1）侧面为基准，在鞍槽出绳处划鞍槽及侧壁的宽度线；

C.立车加工

C1.在立车工作台（4）上放置垫块及装夹块（6），将主索鞍（1）已加工好的侧面朝下均匀放置在垫块及装夹块（6）上，找正、夹紧；

C1.1在立车工作台（4）上均匀放置垫块及装夹块（6），将主索鞍（1）已加工好的侧面安置在垫块及装夹块（6）上，使主索鞍（1）水平方向找平； 

C1.2在车床刀架（5）上面装夹百分表，将百分表表头压在主索鞍鞍槽顶面的圆弧面（9）上，转动车床工作台（4），观察百分表跳动情况；

C1.3 根据百分表跳动情况，在水平面上调整主索鞍（1），使百分表读数符合要求，使主索鞍鞍槽顶面的圆弧面（9）的圆心与立车工作台（4）的圆心同心并找正主索鞍（1）；

C1.4用垫块及装夹块（6）、压板、螺杆工装夹具将主索鞍（1）装夹固定在车床工作台（4）上；

C2.在立车刀架（5）上装夹加长刀杆（3），并在加长刀杆（3）上装夹通用切槽刀（2.1）；

C3.用通用切槽刀（2.1）在鞍槽中依次采用多次进给粗车出一侧的中间槽（21）、内槽（22）、外槽（23）的主曲线及侧壁（24），留精车余量；将加长杆装刀处换向朝向另外一侧鞍槽，换反手型切槽刀，依次采用多次进给粗车出另外一侧中间槽（21）、内槽（22）、外槽（23）的主曲线及侧壁（24），留精车余量；

C4.用角度车刀（2.2）在鞍槽中依次精车出一侧中间槽（21）、内槽（22）、外槽（23）的主曲线及侧壁（24），将加长杆装刀处朝向另外一侧鞍槽，换反手角度车刀，依次精车出另一侧中间槽（21）、内槽（22）、外槽（23）的主曲线及侧壁（24）；

D.人工修磨

配合样板，人工修磨出鞍槽主曲线（8）两端的辅曲线（7）。

2.根据权利要求1所述的一种悬索桥主索鞍直线型鞍槽的加工方法，其特征在于：本发明的步骤C，包括同时在立车工作台（4）的加工范围内，放置多个主索鞍（1），一同将多个主索鞍（1）的鞍槽主曲线（8）加工出来。

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