CN103056394A - 重型机床再制造悬臂横梁刚度补偿装置的圆导轨加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提供一种加工圆弧导轨的方法，该圆弧导轨应用于重型机床再制造悬臂横梁刚度补偿装置。即一种重型机床再制造悬臂横梁刚度补偿装置的圆导轨加工方法，加工所述圆弧导轨包括以下步骤：1）将圆弧导轨的毛坯安装在所述重型机床的支撑平台上。2）在所述刀架上安装车刀，先通过调整所述刀架和/或车刀的位置，再通过旋转主立柱来带动所述车刀作圆周运动，分别车削圆弧导轨的毛坯件的上表面、内侧面和外侧面。

Description

重型机床再制造悬臂横梁刚度补偿装置的圆导轨加工方法

技术领域

本发明涉及重型机床制造领域，特别是用于加工大型环状零件、且具有悬臂横梁结构的重型机床的部件制造。

背景技术

重型机床作为加工各种大型和超大型零件的机器，在能源、交通、机械、航天航空等行业中占有重要的地位。由于现有的重型机床体积庞大、重量通常多达几十吨甚至上百吨，其结构上必然出现薄弱环节（如重量和尺寸较大的悬臂横梁本身，及其与立柱的连接处等）。进一步，重型机床轻量化设计是本领域专家和技术人员一直追求的目标。值得强调的是，设计人员在追求重型机床轻量化的同时，重型机床本身的静刚度和动刚度问题更为突出，即必须处理好重型机床的“轻量化设计”与“高精度高刚度”这一对相互制约的矛盾体。

为了解决重型机床（或轻量化的重型机床）刚度问题，即保证机床在使用过程中不发生强烈振动和大的扰曲变形，保证工件的加工精度和机床加工质量的稳定性，现有技术主要有一下几种方法：部分重型机床采用加大结构零部件长宽高尺寸的方式；部分重型机床设计了一些诸如拉杆这样的辅助支撑件来保证机床较弱部位零部件的刚度；部分重型机床采用双立柱结构来保证机床自身的结构稳定性，从而达到保证机床静、动刚度的目的；部分重型机床则借助有限元分析技术，进行结构优化设计。

当然，现有技术中还有其它一些未列举的方法来加强重型机床系统刚度。总的来说，现有技术的方法要么是增加了重型机床的重量和机床结构的复杂性，要么就是对机床结构做出调整，损害了既定设计方式，都不能很好地解决重型机床的刚度问题。需要说明的是，增加材料或者使用拉杆等方法会使得重型机床重量明显增加，进而使得重型机床在工作过程中惯性变大，反倒使得刚度下降。

悬臂横梁作为重型机床的重要结构部件之一，起着支撑刀架并完成切削运动的作用。然而，重型机床中再制造悬臂横梁结构尺寸很大，跨度大，从而在加工过程中极易发生扰曲变形与振动。对于这类再制造之后安装于重型机床上的悬臂横梁，更需要解决其刚性不足的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种加工圆弧导轨的方法，该圆弧导轨应用于重型机床再制造悬臂横梁刚度补偿装置。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种重型机床再制造悬臂横梁刚度补偿装置的圆导轨加工方法 ，其中，需要安装悬臂横梁刚度补偿装置的重型机床主要包括主立柱、悬臂横梁、下支撑架和上支撑架。所述主立柱垂直于地面安装，其上下端均连接转轴。若干所述下支撑架呈辐射状地安装在所述主立柱下端转轴的轴套周围，从而组成支撑整个重型机床的支撑平台。若干所述上支撑架呈辐射状地安装在所述主立柱上端转轴的轴套周围起到辅助支撑的作用。所述悬臂横梁安装在所述主立柱上，所述主立柱与所述悬臂横梁相垂直。当所述主立柱转动时，带动安装在所述悬臂横梁一端的刀架作圆周运动，所述刀架可以通过安装在悬臂横梁上的滑枕实现径向运动。

所述悬臂横梁刚度补偿装置主要包括辅助立柱，以及安装在由若干所述下支撑架组成的支撑平台上的圆弧导轨。所述圆弧导轨具有上表面、下表面、内侧面和外侧面，所述上表面和下表面是水平面，所述内侧面和外侧面是圆弧面。所述圆弧导轨的圆心与所述主立柱的旋转中心重合。

加工所述圆弧导轨包括以下步骤：

1）将圆弧导轨的毛坯安装在所述重型机床的支撑平台上。

2）在所述刀架上安装车刀，先通过调整所述刀架和/或车刀的位置，再通过旋转主立柱来带动所述车刀作圆周运动，分别车削圆弧导轨的毛坯件的上表面、内侧面和外侧面。

值得说明的是，由于重型机床中的悬臂横梁的重量和尺寸都非常大，刀架远离主立柱的旋转中心。因此，悬臂横梁很可能出现刚性不足的问题。而且，根据杠杆原理，在长期高速、高载荷运转下，悬臂横梁与主立柱的连接处会出现严重的磨损，会大幅降低加工精度，甚至出现事故。因此，为了解决上述问题，采用与圆弧导轨配合的辅助立柱对悬臂横梁进行支撑。更为具体的是，在主立柱带动悬臂横梁作圆周运动时，悬臂横梁带动辅助立柱以相同的角速度作圆周运动。而辅助立柱底端是与圆弧导轨相配合的滑块，这就能保证悬臂横梁作圆周运动时，辅助立柱在圆弧导轨上滑动，悬臂横梁的重量仍然能够传递到支撑平台上。为实现上述方案的前提是所述圆弧导轨与所述主立柱的旋转轴心高度重合、圆弧导轨的上表面平行于地面并具有很高的平整度、滑块的运动半径必须严格等于基座到重型机床立柱竖直中心线的距离。这就对圆弧导轨的加工精度和安装精度提出了较高的要求。

但是，重型机床的尺寸较大，所匹配的圆弧导轨直径同样较大（通常从几米到十几米），需要专门设备进行高精度加工。而即便是加工出精度较高的圆弧导轨后，将其安装在重型机床上也较为困难和耗费成本。原因是，其过程必须避免重型机床部件因自重产生的弯曲变形造成圆弧导轨上表面与地平面不平行。最终可能导致圆弧导轨上表面和滑块下表面之间结合不紧密，影响滑块和辅助立柱运动的精准性，进而影响刚度补偿装置的性能。

针对这种大型圆环类零件的加工制造，目前主要有以下几种方式：第一种方式为，首先采用分段拼焊的方式做出大型圆环零件，然后用大型立式车床加工，最后修光磨圆；第二种方式为，采用碾压工艺加工大型圆环类零件，例如大直径法兰盘毛坯的碾压成型；第三种方式为，根据铸造得到的毛坯，利用大型车床对其进行加工。以上三种技术较为成熟，但基于前文所提到的原因，均不能直接制造出重型机床再制造悬臂横梁刚度补偿装置中的圆弧导轨。

本发明所公开的方法正是解决了圆弧导轨的中心轴线与重型机床主立柱的竖直中心线完全重合的问题，同时解决了重型机床因大自重和跨度产生的圆弧导轨上表面与地平面不平行的问题，其技术效果是毋庸置疑的：

1.本发明将圆弧导轨安装在重型机床自身上加工，不管安装定位时圆弧导轨的圆心是否在重型机床立柱竖直中心线上，最终加工出来的圆弧导轨中心轴线与重型机床主立柱竖直中心线完全重合，同时极大地保证了圆弧导轨的圆度。

2.本发明将圆弧导轨安装在重型机床自身上加工，重型机床自重和圆弧导轨自重引起的弯曲变形在加工过程中实现了误差的自动补偿，圆弧导轨上表面相对于地平面的平面度很高，从而保证了导轨上运动件与导轨的紧密接触。

3.本发明只需一次装夹就可以完成所有加工，且加工完成后不需要重新装配定位圆弧导轨与重型机床的相对位置，减少了安装定位次数，避免了装配过程中产生的误差，极大地提高了圆弧导轨的相对位置精度，尤其对于此类吊装费事的大型圆环零件，大大缩短来了制造及安装时间，降低了成本。

4.本发明的实时性和适应性都很强，运行一段时间后，由于磨损及其它原因，圆弧导轨相对于机床的圆度和平面度不再满足要求，此时无需拆下圆弧导轨，仅需重复一次加工过程即可使圆弧导轨恢复精度要求，维护成本低。

5.本发明无需专用加工机床，制造简单，重型机床自身即可完成加工，避免了零部件在不同生产厂家或制造部门之间的运输，从而避免了运输过程中可能造成的损伤，特别是对于大型零部件，降低了生产成本。

附图说明

本发明的装置可以通过附图给出的非限定性实施例进一步说明。

图1为本发明的立体结构示意图；

图2为图1中圆弧导轨的结构示意图；

图3为图1中圆弧导轨的截面示意图。

图中： 1－圆弧导轨，2－滑块，3－导向套，4－辅助立柱，5－上支撑架，6－主驱动电机，7主立柱，8－悬臂横梁，9－刀架，10－下支撑架。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明范围内。

一种重型机床再制造悬臂横梁刚度补偿装置的圆导轨加工方法 ，需要安装悬臂横梁刚度补偿装置的重型机床主要包括主立柱7、悬臂横梁8、下支撑架10和上支撑架5。所述主立柱7垂直于地面安装，其上下端均连接转轴。若干所述下支撑架10呈辐射状地安装在所述主立柱7下端转轴的轴套周围，从而组成支撑整个重型机床的支撑平台。若干所述上支撑架5呈辐射状地安装在所述主立柱7上端转轴的轴套周围起到辅助支撑的作用。所述悬臂横梁8安装在所述主立柱7上，所述主立柱7与所述悬臂横梁8相垂直。当主驱动电机6带动所述主立柱7旋转时，带动安装在所述悬臂横梁8一端的刀架9作圆周运动，所述刀架9可以通过安装在悬臂横梁8上的滑枕实现径向运动。本实施例所涉及的重型机床是用于加工回转工件的，待加工工件装夹在所述重型机床周围。根据需要在刀架9上安装各种类型的车刀，通过旋转主立柱7来带动车刀作圆周运动，同时通过进给装置控制车刀的进给量，以实现对待加工工件的车削加工。

由于悬臂横梁8的重量和尺寸都非常大，刀架9远离主立柱7的旋转中心。因此，悬臂横梁8很可能出现刚性不足的问题。而且，根据杠杆原理，在长期高速、高载荷运转下，悬臂横梁8与主立柱7的连接处会出现严重的磨损，会大幅降低加工精度，甚至出现事故。因此，本实施例采用与圆弧导轨1配合的辅助立柱4对悬臂横梁8进行支撑。

所述圆弧导轨1安装在由若干所述下支撑架10组成的支撑平台上，所述圆弧导轨1的圆心与所述主立柱7的旋转轴心重合。所述辅助立柱4的下端安装有滑块2，所述滑块2安装在圆弧导轨1上，即与圆弧导轨1相配合。所述悬臂横梁8与所述辅助立柱4的柱身连接。所述辅助立柱4的柱身与悬臂横梁8的连接位置，在悬臂横梁8与刀架9的连接位置的背面。由于辅助立柱4与悬臂横梁8可靠连接，因此，悬臂横梁8的重量不仅仅依靠主立柱7支撑，而是将一部分重量传递到辅助立柱4上。进而，所述辅助立柱4的底端通过滑块压在圆弧导轨1上，圆弧导轨1又安装在若干所述下支撑架10组成的支撑平台上。即主立柱7和辅助立柱4共同将悬臂横梁8的重量传递到支撑平台，保证了悬臂横梁8足够的刚度，有效防止了悬臂横梁8与主立柱7连接处的磨损。

值得强调的是，在主立柱7带动悬臂横梁8作圆周运动时，悬臂横梁8带动辅助立柱4以相同的角速度作圆周运动。而辅助立柱4底端是与圆弧导轨1相配合的滑块2，这就保证了悬臂横梁8作圆周运动时，辅助立柱4在圆弧导轨1上滑动，悬臂横梁8的一部分重量仍然能够传递到支撑平台上。

实施例中，所述圆弧导轨1垂直于水平面的横截面为矩形，圆弧导轨1的形状是：具有上表面、下表面、内侧面和外侧面，所述上表面和下表面是水平面，所述内侧面和外侧面是圆弧面。所述圆弧导轨1的圆心与所述主立柱7的旋转中心重合。

加工所述圆弧导轨1包括以下步骤：

1）将圆弧导轨1的毛坯安装在所述重型机床的支撑平台上；

2）在所述刀架9上安装车刀，先通过调整所述刀架9和/或车刀的位置，再通过旋转主立柱7来带动所述车刀作圆周运动，分别车削圆弧导轨1的毛坯件的上表面、内侧面和外侧面。

实施例中，步骤1）中所述圆弧导轨1的毛坯是通过分段拼焊、碾压成型或铸造得到的。将圆弧导轨1的毛坯安装在所述重型机床的支撑平台上时，不需要很精确的安装，只需要尽可能使得所述毛坯的圆心与主立柱7的圆心重合即可。再通过夹具将所述毛坯固定，以便进行下一步的车削加工。

实施例中，步骤2）即是利用所述重型机床自身来加工出圆弧导轨1。由于所述重型机床本身就是用于加工大型回转体的设备，因此，只需要进行常规操作，就能车削圆弧导轨1的内侧面和外侧面（即两个圆弧面），使加工完成后的圆弧导轨1的圆心与主立柱7的圆心高度重合。同样，只需要进行常规操作，就能车削圆弧导轨1的上表面，使其具有很高的平整度。

本发明所公开的制造方法，除了可以加工如图2所示的圆弧导轨外，还可以加工这类安装于机床之上，同时需要保证其圆度与平面度等精度要求的大型圆环形零件。更为具体的是，将上述两个步骤细化为六个步骤：

第一步，备料，准备好大型圆环毛坯料，并检查毛坯料是否满足要求；

第二步，装夹定位，将大型圆环毛坯件安装并固定在重型机床再制造悬臂横梁横梁刚度补偿装置中圆弧导轨所应在的位置上；

第三步，车削圆弧导轨的内圈待加工表面，利用重型机床自身，调整好车刀状态，按照精度要求完成圆弧导轨内圈待加工表面的粗、精加工；

第四步，车削圆弧导轨的外圈待加工表面，利用重型机床自身，调整好车刀状态，按照精度要求完成圆弧导轨外圈待加工表面的粗、精加工；

第五步，车削圆弧导轨的上表面，利用重型机床自身，调整好车刀的状态，完成圆弧导轨上表面的粗、精加工；

第六步，成品检验，完成圆弧导轨的加工制造。

上述六步中，第三～五步的顺序可随意调整。

待所述圆弧导轨加工完成后，在所述辅助立柱4的下端安装好滑块2，再将所述滑块2与圆弧导轨1配合安装，即使得辅助立柱4能沿圆弧导轨1作圆周滑动。之后使得所述悬臂横梁8与所述辅助立柱4的柱身连接，保证辅助立柱4和主立柱7共同对悬臂横梁8进行支撑。重型机床工作时，悬臂横梁8带动辅助立柱4作等角速度的圆周运动。由于之前加工并安装的圆弧导轨1具有很高的精度，保证了辅助立柱4不发生翻转或倾斜，也保证了辅助立柱4下端的滑块2与圆弧导轨1时刻保持紧密接触，运动连续且平稳，避免了爬坡现象的出现，悬臂横梁8刚度得到了极好的支撑。

Claims (2)

1.一种重型机床再制造悬臂横梁刚度补偿装置的圆导轨加工方法，其特征在于：需要安装再制造悬臂横梁刚度补偿装置的重型机床主要包括主立柱（7）、悬臂横梁（8）、下支撑架（10）和上支撑架（5）；所述主立柱（7）垂直于地面安装，其上下端均连接转轴；若干所述下支撑架（10）呈辐射状地安装在所述主立柱（7）下端转轴的轴套周围，从而组成支撑整个重型机床的支撑平台；若干所述上支撑架（5）呈辐射状地安装在所述主立柱（7）上端转轴的轴套周围，从而组成起到辅助支撑作用的支撑平台；所述悬臂横梁（8）安装在所述主立柱（7）上，所述主立柱（7）与所述悬臂横梁（8）相垂直；当所述主立柱（7）转动时，带动安装在所述悬臂横梁（8）一端的刀架（9）作圆周运动，所述刀架（9）通过安装在悬臂横梁（8）上的滑枕实现径向运动；

所述悬臂横梁刚度补偿装置主要包括辅助立柱（4），以及安装在由若干所述下支撑架（10）组成的支撑平台上的圆弧导轨（1）；所述圆弧导轨（1）具有上表面、下表面、内侧面和外侧面，所述上表面和下表面是水平面，所述内侧面和外侧面是圆弧面；所述圆弧导轨（1）的圆心与所述主立柱（7）的旋转中心重合；

加工所述圆弧导轨（1）包括以下步骤：

1）将圆弧导轨（1）的毛坯安装在所述重型机床的支撑平台上；

2）在所述刀架（9）上安装车刀，先通过调整所述刀架（9）和/或车刀的位置，再通过旋转主立柱（7）来带动所述车刀作圆周运动，分别车削圆弧导轨（1）的毛坯件的上表面、内侧面和外侧面。

2.根据权利要求1所述的重型机床再制造悬臂横梁刚度补偿装置的圆导轨加工方法，其特征在于：步骤1）中所述圆弧导轨（1）的毛坯是通过分段拼焊、碾压成型或铸造得到的。

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