楊少秀 劉雙明 范勖成

（陜西建設(shè)機械股份有限公司，西安 710000）

陜西建設(shè)機械股份有限公司主要生產(chǎn)各種類型塔式起重機，在塔式起重機生產(chǎn)過程中標準節(jié)是關(guān)鍵重要部件，并且有批量大精度要求高等特點。本文以STC600塔機標準節(jié)主弦桿為例，對其加工工藝進行了優(yōu)化分析。

1 主弦桿設(shè)計要求

陜西建設(shè)機械股份有限公司生產(chǎn)的標準節(jié)主弦桿設(shè)計要求如圖1所示。

2 工件施工狀況

主弦桿是塔機的重要組成構(gòu)件，是承載塔機起重臂質(zhì)量的主要承載構(gòu)件，在施工過程中要保證弦桿精度良好，連接完畢后標準節(jié)成方尺寸誤差在±2 mm內(nèi)。同時，主弦桿上、下節(jié)之間不允許有錯邊，以保證塔機頂升過程順暢。主弦桿的各節(jié)點板之間用斜腹桿相連，要求連接孔位置精度小于等于±0.05 mm，并保證連接完畢后標準節(jié)不變形，塔機在旋轉(zhuǎn)施工過程中無異響。

根據(jù)主弦桿的特點和施工概況，此類零件要求孔精度高，其連接板和方鋼管的內(nèi)孔和端面等位置度要求也較高。由于陜西建設(shè)機械股份有限公司擁有大型落地加工中心，制定該零件的加工工藝方案為：各零件角鋼拼方→拼焊→涂裝→粗精銑→粗精鏜?？紤]到工件長度與孔位，其裝夾方式如圖2所示。

此裝夾方案利用工件自重與長度以及其中的內(nèi)直角邊定位[1]，方便裝夾與上下料，并且加工時能夠避讓開節(jié)點板長度。加工時采用的刀具長度要小于刀具4倍直徑，加工方法采用鉆、擴、鏜和鉆、擴、鉸等常用刀具加工。經(jīng)過實際裝配施工檢驗，加工完畢后，主弦外形在裝配時存在錯邊現(xiàn)象，錯邊量大于 2 mm，同時同組孔之間同軸度超差，且節(jié)點板孔超差嚴重，從而造成標準節(jié)連接完畢后起升困難，且節(jié)與節(jié)之間異響嚴重，組裝完畢后整個標準節(jié)出現(xiàn)扭曲變形。其原因分析如下。

（1）由于本零件主體結(jié)構(gòu)由角鋼合方而成，零件焊接完畢后，零件變形會導(dǎo)致整體扭曲。經(jīng)過測量后整體構(gòu)件扭曲大于5 mm，個別構(gòu)件彎度大于8 mm。加工時，此方案與實際工況裝配基準不統(tǒng)一?；诖祟愒?，導(dǎo)致加工基準與加工要素誤差大，加工完畢后孔邊距離嚴重超差，孔與基準面垂直度誤差超過3 mm。

（2）構(gòu)件本身剛性差，且加工前矯正不到位造成工件扭曲，加工時壓緊又使構(gòu)件變形。

（3）定位基準與設(shè)計要求不一致。設(shè)計裝配要求不焊接連接板的直角邊為定位基準，但在加工時為了方便裝夾和方便上下料采用了內(nèi)直角邊為基準裝夾，加工完畢后誤差全部積累到外直角邊，導(dǎo)致加工完畢后裝配基準出現(xiàn)錯邊。

經(jīng)過工地試裝與工藝人員和一線人員的溝通，更改了裝夾方案，同時將原有工藝方案做了大量改進：各零件角鋼拼方→拼焊→矯正→涂裝→粗精銑→粗 精鏜。

2.1 對稱施焊

采用ER50-6、Φ1.2 mm焊絲施焊，焊接電流為260～280 A，電壓為26～28 V，氣體流量為15～25 L·min-1，焊后去除飛濺[2]。另外，焊接其余零件與方鋼管之間的焊縫時需要注意以下幾點要求。

（1）打底焊前檢查定位焊縫，如有缺陷，需清除缺陷焊縫后再施焊[2]。

（2）焊前需要預(yù)熱，采用烘槍或液化氣噴火槍 （50型單開關(guān)）預(yù)熱，預(yù)熱溫度為150～200 ℃。

（3）采用多層多道焊縫施焊，并保證層間溫度在150～200 ℃。

（4）焊后使用巖棉、石棉被等保溫材料覆蓋保溫緩冷。

（5）坡口焊平，焊后打磨，保證焊縫光滑平順，不得有氣孔、咬肉、夾渣、漏焊等現(xiàn)象。

通過控制合方電流電壓，并實施多層多道焊的焊接工藝有效改善了構(gòu)件變形缺陷[3]。

2.2 構(gòu)件焊接完畢進行矯正

首先，將各連接板拉筋磨開，并修磨平整，進行火焰矯正，在各連接板內(nèi)開檔尺寸。其次，矯正主弦直線度偏差小于等于1 mm·m-1，總長小于2 mm，扭曲小于2 mm。最后，在加工時用工裝檢測矯正不合格的產(chǎn)品，并再次矯正，以避免不合格產(chǎn)品流入機加工序而產(chǎn)生報廢品。

2.3 涂裝

本構(gòu)件內(nèi)腔需要進行防銹處理，為避免冷卻液等后期清洗困難的問題，可在加工前進行防銹處理。陜西建設(shè)機械股份有限公司采用專用長桿噴槍對內(nèi)腔進行防腐處理，在此不詳細敘述。

2.4 裝夾方案

裝夾定位基準選擇踏步所在外直角邊，并對裝夾工裝設(shè)置調(diào)整螺栓以消除焊接誤差，使基準與裝配基準統(tǒng)一，保證誤差全部積累到不影響構(gòu)件尺寸的內(nèi)角邊。具體裝夾更改方案如圖3所示。

3 工裝說明

工裝改進后采用不焊接連接板的直角邊定位，而且為保證加工剛性選擇在大孔附近分別固定夾板，同時工裝下面有可調(diào)支撐（支撐螺栓）[4]，在構(gòu)件變形時可以在一定范圍內(nèi)使基準與工裝貼實。另外，為減少加工連接時的變形情況，在連接板之間加裝了固定夾板，有效減少了加工顫動。工藝優(yōu)化后經(jīng)過測量與現(xiàn)場工地裝配，所有孔距均合格，外形錯邊量小于等于0.5 mm，且裝配過程流暢。

4 刀具切削參數(shù)選擇與優(yōu)化

本零件加工過程需要用到Φ80 mm面銑刀、Φ74.5 mm的U鉆和Φ45 mm組合鏜刀等刀具。為保證加工效率節(jié)約刀具成本，經(jīng)過長時間的探索與總結(jié)選取以下加工參數(shù)。

4.1 兩端銑削

在加工兩端總長尺寸（5 700 mm±0.1 mm）時，采用D=Φ80 mm的面銑刀（齒數(shù)Z=8），并按照方管截面形狀采用輪廓分層銑削的方式，銑削速度選取V=120 m·min-1，根據(jù)切削速度計算公式：

計算得出轉(zhuǎn)速N=477 r·min-1；根據(jù)切削經(jīng)驗，刀具進給量選取為f=305 mm·min-1。

4.2 Φ75十字孔加工參數(shù)選定

在加工4×Φ75H8孔時，為提高加工效率，采用U鉆+精鏜的方式加工[5]。U鉆采用Φ74.5 mm的U鉆，切削速度為140 m·min-1。根據(jù)式（1）計算可得轉(zhuǎn)速為598 r·min-1，根據(jù)切削經(jīng)驗，刀具進給量選取 59.8 mm·min-1。注意在U鉆加工孔時，為創(chuàng)造更好的排屑條件，要將冷卻壓力開到最大，以保證鐵屑更好地排出，避免鐵屑參與二次切削而造成表面劃傷或者擠傷刀具。U鉆加工完畢后再采用精鏜刀進行精加工可達到精度要求。

4.3 Φ45H8孔加工參數(shù)選定

在加工10×Φ45H8孔時，為提高加工效率，在試制過程中可采用麻花鉆+鉸刀的方式加工。但是由于Φ45 mm孔處于連接板上，麻花鉆加工時會存在變形而導(dǎo)致鉸孔尺寸過大，且粗糙度也不能滿足要求。根據(jù)零件特點與孔位置開檔尺寸要求定制組合鏜刀，采用U鉆鉆孔-粗鏜-精鏜的加工方式。組合鏜刀第一層刀片采用Φ43 mm的U鉆，第二層粗鏜采用Φ44.5 mm 的粗鏜刀，精鏜采用Φ45 mm精鏜刀，并利用組合刀一次加工完成，以減少換刀頻次。切削參數(shù)選擇為 120 m·min-1，根據(jù)式（1）計算可得轉(zhuǎn)速為888 r·min-1，根據(jù)切削經(jīng)驗進給量選取88.8 mm·min-1。

經(jīng)過優(yōu)化工裝與切削參數(shù)、增加矯正工序等方式使零件加工完畢后完全符合設(shè)計要求。

5 結(jié)語

本工裝設(shè)計改變了原有底面定位的裝夾方式，通過調(diào)整螺栓保證加工基準與設(shè)計基準統(tǒng)一，充分體現(xiàn)了基準的重要性。主弦桿主要用于大型塔的標準節(jié)，其質(zhì)量是塔機正常安裝運行的關(guān)鍵部件，其特點是構(gòu)件長度大、精度要求高、批量大、互換性要求高等。但是，在制作過程中只要嚴格按照工藝流程并合理選擇加工基準就能滿足構(gòu)件精度要求，從而保證塔機正常安裝使用，大大節(jié)約后期維護成本。后期加工時，可考慮優(yōu)化刀具，如選擇合適的組合刀具提高加工效率。由于本構(gòu)件為焊接件，在Φ75 mm孔附近由角鋼本身與加強板焊接而成的疊層板加工難度大，且在焊接時加強板與母材存在間隙，U鉆在加工時存在“錐形蓋”不易切削現(xiàn)象，“錐形蓋”受進給力的擠壓容易造成刀具磨損。后期可選取更合適的刀片解決此類現(xiàn)象，以保持良好的切削條件，減少刀片磨損，節(jié)約加工成本。