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    某型兩座標(biāo)聯(lián)動(dòng)數(shù)控車床改造及測(cè)試系統(tǒng)*

    2018-07-20 08:25:08孫江宏潘尚峰張玉杰
    制造技術(shù)與機(jī)床 2018年6期
    關(guān)鍵詞:直線度車床托架

    李 剛 孫江宏 潘尚峰 許 飛 張玉杰

    (①北京信息科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院,北京100192;②清華大學(xué)機(jī)械電子工程研究所,北京100084;③東方電氣集團(tuán)-東方汽輪機(jī)有限公司,四川德陽610800)

    車床是機(jī)械制造生產(chǎn)中使用最廣的一類機(jī)床。目前,由于機(jī)械行業(yè)發(fā)展日益加快,對(duì)機(jī)床使用頻繁,時(shí)間較長(zhǎng),且加工對(duì)象的改變,某些零件加工精度已經(jīng)無法滿足使用要求。由于購買新型數(shù)控機(jī)床價(jià)格昂貴,而閑置普通機(jī)床又會(huì)造成浪費(fèi),所以數(shù)控化改造趨勢(shì)日益明顯[1]。

    某廠300 MW、600 MW機(jī)組低壓轉(zhuǎn)子一直以來都在作高速動(dòng)平衡試驗(yàn),由于沒有車削低壓轉(zhuǎn)子圍帶外圓等部位所需設(shè)備,所有的低壓轉(zhuǎn)子均需運(yùn)往總部車削圍帶后再運(yùn)返分部作動(dòng)平衡試驗(yàn),造成往返運(yùn)輸費(fèi)用增加,運(yùn)輸中安全風(fēng)險(xiǎn)加大,轉(zhuǎn)子生產(chǎn)周期延長(zhǎng),加工中出現(xiàn)問題得不到及時(shí)解決。由于現(xiàn)有項(xiàng)目需要磨削燃機(jī)葉頂而原有設(shè)備不能加工,而廠內(nèi)車床改造后剩有床頭箱、中心架、尾座等主要零部件,因此工廠決定制作一臺(tái)兩座標(biāo)聯(lián)動(dòng)數(shù)控磨削裝置的車床,該車床必須滿足燃機(jī)葉頂磨削、汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子圍帶車削,改造結(jié)果如圖1所示。

    同時(shí)滿足以下參數(shù):

    刀架加工行程:X向11 000 mm,Z向1 800 mm;

    刀架最大切削力:200 kN;

    上刀架刀板最大行程:800 mm;

    床頭箱轉(zhuǎn)速:0.61~90 r/min;

    機(jī)床加工直徑:600~4 000 mm;

    花盤夾持直徑范圍:600~2 030 mm;

    花盤扭矩:80 kN·m

    主電機(jī)功率:100 kW。

    1 設(shè)計(jì)方案改造

    1.1 整體設(shè)計(jì)方案改造

    改造后的車床為臥式結(jié)構(gòu),如圖2所示。為提高轉(zhuǎn)子定位的穩(wěn)定性和剛度,將汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子放在兩靜壓托架9上,以便于調(diào)整支撐軸頸大小,同時(shí)方便各種軸頸尺寸轉(zhuǎn)子的支撐。動(dòng)力從主動(dòng)電動(dòng)機(jī)1發(fā)出,經(jīng)床頭箱2變速傳至花盤,花盤夾持工件3,帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn),同時(shí)靜壓托架供油將工件支撐浮起定位,用刀架或磨頭進(jìn)行加工。

    1.2 靜壓托架

    靜壓托架機(jī)構(gòu)如圖3所示,工件的支撐由一個(gè)中間支撐3和兩個(gè)側(cè)支撐1、2來完成,套筒4的鎖緊、放松由油馬達(dá)6旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)一對(duì)嚙合錐齒輪完成,再經(jīng)一對(duì)齒輪、絲桿絲母實(shí)現(xiàn)套筒4的鎖緊,松開這一鎖緊時(shí),必須先把手動(dòng)鎖緊放開,將套筒4升起一點(diǎn),靠油馬達(dá)6反向旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)套筒放松。

    1.3 靜壓托架導(dǎo)軌和刀架導(dǎo)軌

    靜壓托架導(dǎo)軌主要承擔(dān)工件重量,要求導(dǎo)軌局部和整體剛性好,故導(dǎo)軌采用焊接結(jié)構(gòu)件經(jīng)二次熱處理精銑而成,并在拖板上安裝刮板式防護(hù)裝置,這樣既能保證導(dǎo)軌剛度及承載能力,又能保證導(dǎo)軌精度及運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性,如圖4(左)所示??紤]到生產(chǎn)的困難性,將刀架導(dǎo)軌制作為兩段拼裝而成。且為保證拼裝后導(dǎo)軌精度及維修,在兩段導(dǎo)軌接頭處安裝了十字銷,如圖4(右)所示。

    1.4 兩座標(biāo)數(shù)控磨削裝置

    由于需要磨削燃機(jī)轉(zhuǎn)子錐度,須采用兩座標(biāo)聯(lián)動(dòng)數(shù)控磨頭。選用上海機(jī)床廠M120W雙磨頭分別磨削左右錐度,形式如圖5所示。

    2 車床參數(shù)測(cè)試

    車床參數(shù)主要包括精度參數(shù)和技術(shù)參數(shù),由于是改造后的車床,通過對(duì)其進(jìn)行大量測(cè)試,并搭建相應(yīng)測(cè)試系統(tǒng)。機(jī)床精度參數(shù)共有4類[2],分別為編程精度、運(yùn)動(dòng)精度、幾何精度和加工精度,本測(cè)試系統(tǒng)主要針對(duì)幾何精度進(jìn)行測(cè)試。

    2.1 車床幾何精度檢測(cè)

    車床幾何精度反映車床關(guān)鍵機(jī)械零部件(如床身、溜板、立柱、主軸等)的幾何形狀誤差及組裝后的幾何形狀誤差[3-6]。以 JB/T 366303-1999(重型臥式車床_精度檢驗(yàn))為檢驗(yàn)依據(jù),對(duì)車床各項(xiàng)幾何精度進(jìn)行檢驗(yàn),以導(dǎo)軌在垂直平面內(nèi)的直線度為例,如圖6所示,測(cè)量數(shù)據(jù)如表1所示,根據(jù)數(shù)據(jù)所繪曲線如圖7和8所示。

    表1 導(dǎo)軌在垂直平面內(nèi)的直線度測(cè)量

    根據(jù)直線度計(jì)算公式:式中:n為計(jì)算的格數(shù),i為水平儀的測(cè)量精度,水平儀1格讀數(shù)相當(dāng)于1 000 mm長(zhǎng)度上誤差為0.02 mm,L為測(cè)量段的長(zhǎng)度。從圖7和圖8中可看出,改造前和改造后的直線度最大誤差值分別在4 000 mm和2 000 mm處,故:

    改造前的直線度為:Δ=7.25×0.02/1 000×500=0.072 5(mm)

    改造后的直線度為:Δ=3×0.02/1 000×500=0.03(mm)

    通過改造前后比較,改造后的直線度明顯提高,并符合國(guó)標(biāo)要求,檢驗(yàn)結(jié)果如表2(G4項(xiàng)),其余各項(xiàng)幾何精度較改造前也有明顯提高,且符合國(guó)標(biāo)要求,如表2所示。

    表2 各項(xiàng)幾何精度檢測(cè)結(jié)果匯總表

    2.2 主要技術(shù)參數(shù)測(cè)試

    改造后的重型臥式車床通過對(duì)主要技術(shù)參數(shù)進(jìn)行測(cè)量,數(shù)據(jù)如表3所示,結(jié)果表明,改造前后各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)基本一致,達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

    表3 主要技術(shù)參數(shù)

    3 車床噪音及溫度測(cè)試

    3.1 車床噪音測(cè)試

    車床噪音主要包括床頭箱齒輪嚙合產(chǎn)生的噪音[7],主軸箱絲杠螺母振動(dòng)產(chǎn)生的噪音[8]以及主電機(jī)產(chǎn)生的噪音等。車床噪音過大能反映出車床工作狀態(tài)異常,不僅影響車床的性能和精度,更影響車床的使用壽命[9],所以需要對(duì)運(yùn)行過程中的車床噪音進(jìn)行測(cè)量。檢測(cè)儀器為GM1356型噪音檢測(cè)儀(測(cè)量范圍:30~130 dB,精度可達(dá)±1.5 dB),如圖9所示,測(cè)量數(shù)據(jù)如表4所示,根據(jù)GB 9061-88要求,車床運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)噪音不得超過85 dB,實(shí)際測(cè)量滿足使用要求。

    3.2 主軸溫度測(cè)試

    文獻(xiàn)[10]表明,通過對(duì)坐標(biāo)鏜床進(jìn)行測(cè)量分析,機(jī)床熱變形是影響機(jī)床定位精度的主要因素,機(jī)床在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中受到內(nèi)外熱源的作用,各零部件的溫度不斷升高使零部件尺寸及相互位置發(fā)生變化導(dǎo)致熱誤差。而熱誤差對(duì)機(jī)床精度的影響最為顯著,通常占到機(jī)床總誤差的40% ~70%[11-13],造成工件加工精度的變化。

    可見,溫度對(duì)機(jī)床加工零件的影響,而機(jī)床溫度顯著部位為主軸,此測(cè)試采用臺(tái)灣泰菱(TECPEL)510LB手持式紅外線溫度計(jì),如圖10所示。主軸溫度測(cè)試數(shù)據(jù)如表4所示,溫度低于30℃,滿足使用要求。

    表4 車床噪音及溫度測(cè)試結(jié)果

    4 結(jié)語

    改造后的重型臥式車床是集機(jī)械、電氣、液壓綜合自動(dòng)化的一臺(tái)大型設(shè)備,在實(shí)際加工300 MW、600 MW機(jī)組轉(zhuǎn)子時(shí),加工部位及綜合性能都能滿足零件的設(shè)計(jì)要求,為工廠降本增效提供了又一臺(tái)關(guān)鍵設(shè)備,具體體現(xiàn)為車床改造后主要技術(shù)參數(shù)無明顯變化,幾何精度較改造前有明顯提升,車床工作穩(wěn)定,可用度高,加工時(shí)間縮短,成本降低。

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