多段對(duì)接床身的加工工藝設(shè)計(jì)

【摘要】在機(jī)床床身導(dǎo)軌磨削加工中，床身導(dǎo)軌的精度，即床身導(dǎo)軌的直線度和橫向扭曲是床身加工的關(guān)鍵，此項(xiàng)精度直接決定機(jī)床整體的精度，因此，床身加工中如何確保該項(xiàng)精度是加工中的工藝中難點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】多段床身；精度；曲線設(shè)計(jì)；找正；裝卡

一、引言

床身是機(jī)床的基礎(chǔ)。機(jī)床其他主體零、部件，有的固定在床身；有的工作時(shí)在床身導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)。床身的精度，尤其是導(dǎo)軌面的形、位精度，影響這些零、部件工作時(shí)的相對(duì)位置和相對(duì)運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確度。一些大型、重型龍門刨床、銑床、鏜銑床、落地式鏜銑床、鏜床、導(dǎo)軌磨床，臥式車床等機(jī)床的床身，由于毛坯制造、運(yùn)輸?shù)仍颍坏貌徊扇《喽芜B接結(jié)構(gòu)。在這類床身中，有的連接成整體后的長(zhǎng)度超過生產(chǎn)廠家精加工用機(jī)床的行程長(zhǎng)度，對(duì)其怎樣加工并保證其導(dǎo)軌a、b、c三項(xiàng)精度，是大、中型機(jī)床磨削加工中技術(shù)難點(diǎn)。

下面以我公司C61160LS/32T重車床身為例，介紹多段床身磨削加工的工藝設(shè)計(jì)，圖1所示為我公司32T機(jī)床床身簡(jiǎn)圖1及精度要求（國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定）。

（a）床身導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的直線度在1000mm測(cè)量長(zhǎng)度上為0.02mm，12000mm長(zhǎng)度內(nèi)為0.08mm，超過12000mm長(zhǎng)度0.12mm。

（b）床身導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度在1000mm測(cè)量長(zhǎng)度上為0.02mm，12000mm長(zhǎng)度內(nèi)為0.04mm，超過12000mm長(zhǎng)度0.048mm。

（c）床身導(dǎo)軌的平行度：0.02/10000。

二、多段結(jié)合床身導(dǎo)軌面精加工工藝過程

精加工床身導(dǎo)軌面：先連接床身第一、二段（或更多段。或一段，按加工機(jī)床行程長(zhǎng)度決定），精加工至尺寸：然后卸下第一段，移位重裝第二段，并按下節(jié)所述圖解法求其水平面內(nèi)和垂直面內(nèi)的找正數(shù)值，找正后固緊，接上第三段，并使各加工面留量均勻，精加工第三段至尺寸。依此類推，加工其余各段，n段結(jié)合床身的加工裝置順序，如圖2所示：

自第一步開始，“前加工段”對(duì)“后加工段”的加工有兩個(gè)作用：

（1）工藝基準(zhǔn)：“后加工段”各導(dǎo)軌面的加工以“前精加工段”相應(yīng)導(dǎo)軌面為工藝基準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)刀和測(cè)量，以保證兩者相關(guān)位置和橫斷面幾何精度在圖紙要求的范圍內(nèi)。

（2）定位：“前加工段”在水平面內(nèi)和垂直面內(nèi)按圖解法找正數(shù)值，找正緊固后，以其端面連接“后加工段”，即確定了“后加工段”與之連接的相對(duì)位置關(guān)系。或者說：確定了“后加工段”在機(jī)床運(yùn)行中的位置。

在精加工床身各段導(dǎo)軌面裝置中，工件要墊實(shí)，兩端連接時(shí)，要用頂、推的方法使其端面在自由狀態(tài)下接觸良好后，才得用螺栓緊固，不準(zhǔn)用螺栓將兩段床身強(qiáng)行拉攏，不準(zhǔn)強(qiáng)壓工件。

三、求“前加工段”移位重裝找正數(shù)值用的“圖解法”及作圖步驟

如前所述，保證機(jī)床導(dǎo)軌面a、b、c三項(xiàng)精度是床身加工工藝的重點(diǎn)。其中c項(xiàng)時(shí)床身導(dǎo)軌的平行度。由于多段結(jié)合床身各段導(dǎo)軌面的精加工是在同一臺(tái)機(jī)床上逐段進(jìn)行的，只要加工裝卡正確，無強(qiáng)壓變形，導(dǎo)軌相關(guān)位置精度一致，各段床身導(dǎo)軌面的平行度誤差，必然是加工機(jī)床行程中對(duì)應(yīng)其裝卡位置部分的運(yùn)行平行度誤差值，在工件床身全長(zhǎng)上，只是這些誤差值的重復(fù)出現(xiàn)，故工件床身全長(zhǎng)上導(dǎo)軌面的平行度誤差，應(yīng)能實(shí)現(xiàn)在加工機(jī)床運(yùn)行平行度誤差值附近。a、b兩項(xiàng)精度則不然，它不僅取決于加工機(jī)床的運(yùn)動(dòng)直線度，還取決于各段床身連接間的相對(duì)位置關(guān)系，即在逐段加工中，如何在水平面內(nèi)和垂直面內(nèi)找正“前加工段”，定位、加工相鄰后段”。

a、b兩項(xiàng)精度的解決方法完全相同，為簡(jiǎn)化說明，下面只講直線度，不再指明是水平面內(nèi)還是垂直面內(nèi)的。設(shè)圖3所示，弧ABC曲線為加工機(jī)床運(yùn)行直線度誤差曲線，又設(shè)工件加工裝卡變形忽略不計(jì)，即弧ABC曲線又是AB段BC段連接加工后導(dǎo)軌面的直線度誤差曲線。卸下AB段，將BC段位重裝到AB原段安裝位置，按圓度值找正，連接CD段加工，如不計(jì)加工裝卡誤差，CD段的直線度誤差曲線應(yīng)與弧BC曲線重合，弧ABCD曲線即是三段床身連接成一體后長(zhǎng)度上的直線度誤差曲線。當(dāng)床身段數(shù)n達(dá)到一定數(shù)量時(shí)，全長(zhǎng)直線度誤差曲線就會(huì)成一條圓弧線，可見在這種條件下，按圓度值找正“前加工段”顯然是不對(duì)的。

在給定平面內(nèi)直線度公差帶的定義，是距離為公差值的兩平行直線公差帶的定義，是距離為公差值的兩平行直線之間的區(qū)域。按此定義，設(shè)圖4、圖5分別為兩多段結(jié)合床身導(dǎo)軌的直線度誤差圖像，兩者的全長(zhǎng)誤差值6均等于公差值t，符合圖紙技術(shù)要求。但是誤差分布的規(guī)律不同，前者加工機(jī)床運(yùn)行直線度誤差應(yīng)在σ′范圍內(nèi)，σ′<σ=t，后者可在σ=t范圍內(nèi)。

如果使用具有加工前者精度的機(jī)床，又使各段直線度誤差按后者規(guī)律分布，即可使多段接合床身導(dǎo)軌面的直線度誤差實(shí)現(xiàn)σ′范圍內(nèi)（如圖4上部曲線所示），這就大幅度提高了床身直線度精度。

圖解法就是根據(jù)上述各點(diǎn)，在掌握加工機(jī)床和“前加工段”直線度誤差的前提下，用坐標(biāo)圖預(yù)設(shè)“后加工段”直線度誤差分布方向并求出作為定位和仿形用的“前加工段”移位重裝時(shí)的找正數(shù)值，以達(dá)到“后加工段”加工后同前加工段各段連成一體時(shí)，單位長(zhǎng)度上和全長(zhǎng)上的直線度誤差均滿足圖紙要求，具體作圖步驟如下（如圖6所示）：

（1）調(diào)整加工機(jī)床精度。

（2）連接床身第一、二段，精加工其導(dǎo)軌面后，不松開卡壓裝置測(cè)量其直線度，設(shè)如圖示弧ABC曲線為加工機(jī)床實(shí)際運(yùn)行直線度曲線；松開卡壓裝置重測(cè)其直線度，設(shè)如圖示弧A′B′C′曲線（若加工裝卡誤差很小或可忽略不計(jì)時(shí)，此兩曲面應(yīng)近似或重合）。

（3）按最小包容原則（或端點(diǎn)連線原則）。

作弧A′B′C′的兩平行包容線T-T，檢查此兩平行線間的坐標(biāo)距離σ應(yīng)小于多段接合床身全長(zhǎng)的直線度公差值t。

（4）確定第三段床身在加工機(jī)床行程中的安裝位置，設(shè)如圖示B-D處。作BD弦，并預(yù)設(shè)弧BD為第三段床身導(dǎo)軌面的直線度誤差曲線。（若加工裝夾誤差小，此預(yù)設(shè)應(yīng)符合實(shí)際）。

（5）作AB弦。將BD平移到AD′，將弧BD曲線劃到AD′弦上，即弧AD′曲線（圖未劃出，方法是弧BD各點(diǎn)對(duì)BD弦的坐標(biāo)尺寸等于弧AD′相應(yīng)各點(diǎn)對(duì)AD′弦的坐標(biāo)尺寸），在此條件下，已在T-T平行包容線之外。因此，將AD′弦轉(zhuǎn)動(dòng)至AD′，將弧BD曲線劃到AD\"弦上，并使弧AD\"曲線上的各點(diǎn)均在平行包容線內(nèi)和保證弧D\"A′B′C′曲線任一單位長(zhǎng)度上的直線度允差。

（6）將AB弦平移至BB\"，并轉(zhuǎn)動(dòng)至BB\"′，使XB\"=XD\"，yB\"=yD\"。將弧A′B′曲線劃到BB\"′弦上，即弧BB\"′曲線。

（7）在弧BB\"′曲線上取兩點(diǎn)，如圖B點(diǎn)和m點(diǎn)，此兩點(diǎn)距弧ABC曲線的坐標(biāo)尺寸差ym，即為第二段床身移位重裝按機(jī)床運(yùn)行拉表的找正值。兩找正點(diǎn)的距離Xm不宜過長(zhǎng)，1-1.5米即可，并應(yīng)靠近連接端面，因工件床身不是絕對(duì)剛體，移位重裝后，很難保證全段長(zhǎng)度上直線度曲線原狀。

（8）精加工第三段床身后（見圖6），檢測(cè)第二段床身實(shí)際安裝找正值，設(shè)如圖示y′m，按y′m作弦BD′，使y′D\"=y′B\"作A′D\"弦，將自由狀態(tài)下測(cè)得的第三段床身導(dǎo)軌面實(shí)際直線度誤差曲線（如圖上方所示弧OO曲線）劃到A′D\"弦上，則弧D\"A′B′C′曲線為第一、二、三段床身連成一體時(shí)導(dǎo)軌面的實(shí)際直線度誤差曲線。

（9）確定第四段床身在加工機(jī)床行程中的安裝位置，設(shè)如圖7所示B-E處。平移BE弦至D\"E，并轉(zhuǎn)至要求位置D\"E\"；將D\"A′弦平移至BD，并按DD′=E′E\"轉(zhuǎn)至BD′，將弧D\"A′曲線劃到BD′弦上，yn則為第三段床身移位重裝拉表找正值。依此類推，重復(fù)8、9步驟加工至n段，直至繪出整個(gè)床身導(dǎo)軌直線度實(shí)際誤差曲線，評(píng)定其是否加工合格。

四、結(jié)束語

根據(jù)我公司改進(jìn)工藝后對(duì)長(zhǎng)條機(jī)床床身精加工后的精度檢驗(yàn)分析，可知：

（1）無論工件床身加工機(jī)床行程長(zhǎng)若干倍，如果按照上述工藝方法總可以使其導(dǎo)軌面的a、b、c三項(xiàng)精度控制在加工用機(jī)床實(shí)際運(yùn)行精度值附近。而保證和提高行程短的機(jī)床的運(yùn)行精度較之行程長(zhǎng)的要容易的多，故這一工藝方案可使多段結(jié)合床身這類工件的加工精度得到可靠的保證和提高。

（2）這一工藝方案，可使多段結(jié)合床身在其各段精加工過程中以及各段全部精加工后，隨時(shí)做出其直線度誤差坐標(biāo)圖和檢查實(shí)際平行度，評(píng)定其是否合格，做到及時(shí)處理；無需待各段全部加工完后由轉(zhuǎn)配連成一體，進(jìn)行調(diào)平，才能檢查其加工精度并造成往返運(yùn)輸返修。從而縮短了加工時(shí)間和產(chǎn)品轉(zhuǎn)配周期。

綜上所述，這一工藝方案對(duì)大、重型長(zhǎng)條機(jī)床精度的保證有重大意義。

參考文獻(xiàn)

[1]磨工藝學(xué)（5）[M].機(jī)械工業(yè)出版社，1984.

[2]機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)（下冊(cè)）[M].機(jī)械工業(yè)出版社.

作者簡(jiǎn)介：劉亞洲（1976—），男，現(xiàn)供職于天水星火機(jī)床有限責(zé)任公司，主要從事機(jī)械加工技術(shù)管理工作。