懸索橋空間纜雙鞍槽主索鞍加工技術(shù)

蘇 蘭 曾清健 石紅昌 黃安明

(德陽(yáng)天元重工股份有限公司，德陽(yáng)618000)

西安建材北路跨灞河懸索橋主線(xiàn)橋梁全長(zhǎng)1054.18 m，主橋?yàn)榭臻g雙索面自錨式懸索橋[2]，全橋共設(shè)49對(duì)吊索，吊索縱向間距10 m，橫橋向吊點(diǎn)間距45.5 m(吊索下端理論錨固點(diǎn)橫向距離)，橋塔采用紡錘形鋼塔，橋面以上橋塔高度100 m。該懸索橋的主索鞍結(jié)構(gòu)特殊，為了克服空間纜在塔頂處由主纜產(chǎn)生的水平分力對(duì)塔產(chǎn)生的附加應(yīng)力，主索鞍(圖1)采用了一鞍雙槽的設(shè)計(jì)理念，增強(qiáng)了索鞍對(duì)水平分力的承載能力。主索鞍鞍槽的設(shè)計(jì)采用全新理念，主索鞍設(shè)計(jì)兩個(gè)對(duì)稱(chēng)鞍槽，本結(jié)構(gòu)采用在主纜通過(guò)平面內(nèi)設(shè)計(jì)僅有豎向彎曲的鞍槽滿(mǎn)足線(xiàn)形的需要。

本文針對(duì)西安建材北路跨灞河懸索橋鞍體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，認(rèn)真分析加工難點(diǎn)，優(yōu)選加工設(shè)備，制定合理的加工工藝，采取相應(yīng)的工藝措施，保證了主索鞍體的加工質(zhì)量，為結(jié)構(gòu)尺寸更大，自重更重，結(jié)構(gòu)更復(fù)雜的鞍體加工提供了參考。

1 工藝技術(shù)難點(diǎn)分析

西安建材北路跨灞河懸索橋主索鞍為空間纜雙鞍槽結(jié)構(gòu)，兩個(gè)鞍槽對(duì)稱(chēng)并與底平面成一定傾角，傾斜的鞍槽與底平面的夾角角度控制難度大。

圖1 西安建材北路跨灞河懸索橋索鞍結(jié)構(gòu)圖Figure 1 Structure diagram of suspension bridge cable saddle across Bahe Bridge of Xi 'an Jiancai North Road

圖2 江津白沙長(zhǎng)江大橋主索鞍結(jié)構(gòu)圖Figure 2 Structure diagram of main cable saddle of Jiangjin Baisha Yangtze River Bridge

常規(guī)500 m級(jí)懸索橋主索鞍，如江津白沙長(zhǎng)江大橋主跨長(zhǎng)590 m，單半主索鞍重量約27 t，組合重量約53 t(圖2)，而西安建材北路跨灞河懸索橋索鞍主索鞍邊跨重約126 t，主跨重約120 t，組合后整體主索鞍重約245 t。主索鞍體量大，加工過(guò)程中的起吊翻身難度大，主索鞍整體加工及圓弧繩槽線(xiàn)性尺寸的保證難度大。

2 主索鞍加工工藝制定

2.1 加工設(shè)備的選擇

根據(jù)主索鞍體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及鞍體自身的重量，為了保證加工精度，提高加工效率，適宜采用回轉(zhuǎn)法[3]進(jìn)行加工，加工設(shè)備需要選用帶回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的大型數(shù)控落地鏜銑床，這樣才能實(shí)現(xiàn)一次裝夾后通過(guò)數(shù)控回轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)來(lái)進(jìn)行多個(gè)加工面的加工，回轉(zhuǎn)工作臺(tái)承重需在250 t以上，以保證邊跨側(cè)鞍體和中跨側(cè)鞍體的組合精加工需要，從而更好地保證鞍槽加工精度。

鑒于以上分析，在實(shí)際加工中選用公司專(zhuān)為加工特大型索鞍定制的FB260大型數(shù)控落地鏜銑床，機(jī)床主軸?260 mm，X軸行程18 m，Y軸行程9 m，Z+W軸行程3.3 m。X、Y、Z、W軸定位精度0.02 mm/1000 mm。機(jī)床配備450 t數(shù)控聯(lián)動(dòng)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，工作臺(tái)面5500 mm×8000 mm，承重450 t，行程5 m，B軸旋轉(zhuǎn)定位精度12″。采用的數(shù)控系統(tǒng)響應(yīng)速度快，聯(lián)動(dòng)性能優(yōu)越，控制精度高。適合索鞍三軸及四軸聯(lián)動(dòng)加工，同時(shí)加工車(chē)間配置有起吊能力400 t的行車(chē)，可以滿(mǎn)足主索鞍整體加工的需要。

2.2 加工工藝的確定

深入研究圖紙，了解鞍槽空間結(jié)構(gòu)，掌握兩鞍槽之間的位置關(guān)系、鞍槽與底平面以及鞍槽與中分面的位置關(guān)系，設(shè)置合理的工藝基準(zhǔn)。由于鞍體是雙鞍槽結(jié)構(gòu)，且雙鞍槽與底面成一定夾角，造成底平面與鞍槽面沒(méi)有垂直方向的基準(zhǔn)，所以必須要設(shè)置合理的工藝基準(zhǔn)，才能便于確定兩鞍槽空間的位置關(guān)系。

2.1 新疆漢族、維吾爾族、哈薩克族老年男性研究對(duì)象臨床特征 在漢族研究對(duì)象中，病例組、對(duì)照組間高血壓患病率的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）；在哈薩克族研究對(duì)象中，病例組、對(duì)照組間的高血壓患病率、肥胖患病率的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。見(jiàn)表1。

2.3 加工程序的編制

針對(duì)該懸索橋索鞍鞍槽的空間雙索面結(jié)構(gòu)，經(jīng)分析比較，加工程序宜選用離線(xiàn)編程軟件NX(UG)，它功能強(qiáng)大，可以輕松實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜曲面的加工程序。主要流程為：

(1)建立索鞍1∶1三維模型。

(2)確定加工機(jī)床及工件裝夾方式。

(3)確定加工選用的刀具。

(4)在NX加工模塊中選用多軸曲面加工模塊。

(5)設(shè)定加工參數(shù)。

(6)生成刀具路徑。

(7)NX軟件內(nèi)模擬加工，檢查刀路的正確性。

(8)刀路后處理轉(zhuǎn)成G代碼數(shù)控程序。

數(shù)控程序編制完成后，為了驗(yàn)證數(shù)控程序的正確性，將NX生成的程序?qū)氲狡渌M加工軟件上，進(jìn)行二次仿真加工，以保證輸出的數(shù)控程序準(zhǔn)確無(wú)誤。

3 主索鞍的加工

針對(duì)主索鞍體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，為了保證雙鞍槽空間結(jié)構(gòu)鞍體的加工尺寸精度，同時(shí)滿(mǎn)足邊跨側(cè)鞍體與主跨側(cè)鞍體組合使用的需要，在加工過(guò)程中首先分別將主跨側(cè)鞍體和中跨側(cè)鞍體毛坯進(jìn)行劃線(xiàn)，然后分別進(jìn)行鞍體的粗加工、半精加工，為了保證鞍體組裝后底面的平面度，同時(shí)為了實(shí)現(xiàn)兩半鞍體鞍槽臺(tái)階無(wú)錯(cuò)臺(tái)，最后將邊跨側(cè)鞍體與主跨側(cè)鞍體定位拼裝成為一個(gè)整體，再精加工底平面及鞍槽。

3.1 毛坯劃線(xiàn)

將主索鞍主跨鞍體和邊跨鞍體分別放置于劃線(xiàn)平臺(tái)上，以非加工面為基準(zhǔn)，畫(huà)出底面、對(duì)合面及端面的加工位置線(xiàn)。

3.2 單件鞍體粗加工

在FB260大型數(shù)控落地鏜銑床上對(duì)主鞍體底面進(jìn)行半精加工，旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)，粗加工對(duì)合連接端面，底面和對(duì)合連接端面均留加工余量，加工示意圖見(jiàn)圖3。

圖3 單件鞍體粗加工、半精加工示意圖Figure 3 Schematic diagram of roughing,semi-finishing for single saddle

3.3 單件鞍體半精加工

單件鞍體側(cè)放置于數(shù)控落地鏜銑床的旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)上，側(cè)面向下，結(jié)合面向機(jī)床主軸，按粗加工面找正并裝夾工件。

首先粗加工底平面，留加工余量。旋轉(zhuǎn)數(shù)控工作臺(tái)90°，通過(guò)數(shù)控工作臺(tái)保證底平面和結(jié)合面垂直，精加工對(duì)合面到位，按計(jì)算出的連接面上的螺栓孔的坐標(biāo)尺寸，用數(shù)控機(jī)床定位坐標(biāo)尺寸，鉆出連接面上的螺栓孔并鉆鉸定位銷(xiāo)孔。

3.4 組合精加工

主跨側(cè)主索鞍和邊跨側(cè)主索鞍分別完成半精加工后，在固定平臺(tái)上將邊跨側(cè)鞍體與主跨側(cè)鞍體進(jìn)行組合，組合時(shí)應(yīng)保證邊跨和中跨對(duì)合面設(shè)置的銷(xiāo)孔對(duì)正，并打入銷(xiāo)子定位，對(duì)合面螺栓把合牢固，用塞尺檢查對(duì)合面縫隙不得大于0.15 mm，使邊跨和中跨成為一個(gè)整體，然后對(duì)索鞍整體進(jìn)行精加工。

圖4 組合鞍體底平面整體精加工示意圖Figure 4 Schematic diagram of overall finishingthe bottom plane of the combined saddle body

圖5 鞍槽工藝基準(zhǔn)加工示意圖Figure 5 Schematic diagram of the benchmarkmachining of saddle groove

圖6 組合索鞍鞍槽整體精加工示意圖Figure 6 Schematic diagram of overall finishingsaddle groove of combined cable saddle

(1)如圖4所示，將主索鞍豎立放置在機(jī)床數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)上，底平面面向機(jī)床主軸，將主索鞍底平面找正，然后精加工底平面。

(2)按照鞍槽與底平面的角度，旋轉(zhuǎn)數(shù)控工作臺(tái)，保證鞍槽與底平面的傾斜角度精確。在單個(gè)鞍槽內(nèi)側(cè)面加工出鞍槽精加工所需的找正基準(zhǔn)，如圖5所示。然后再旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)至另外一個(gè)鞍槽的圖紙理論傾斜角度，加工好另外一個(gè)鞍槽兩側(cè)的工藝基準(zhǔn)。

(3)再將主索鞍側(cè)立放在機(jī)床數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)上，通過(guò)上序加工的工藝基準(zhǔn)進(jìn)行找正裝夾，使下部鞍槽正對(duì)主軸，再通過(guò)UG數(shù)控程序數(shù)控精加工該鞍槽。使用相同方法，將另外一鞍槽基準(zhǔn)找正，然后再數(shù)控精加工另一鞍槽，如圖6所示。

由于索槽與底平面呈夾角，若鞍槽側(cè)放找正，底平面與機(jī)床主軸呈一角度，無(wú)法一次性加工鞍槽和底平面，從而無(wú)法保證兩者角度關(guān)系。因此必須通過(guò)一次性加工出各鞍槽加工面的工藝基準(zhǔn)，再通過(guò)多次裝夾調(diào)整，分別重復(fù)找正每個(gè)鞍槽的加工工藝基準(zhǔn)，然后再數(shù)控精加工鞍槽。

本加工工藝將主索鞍豎立放置在機(jī)床數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)上，在一次裝夾的情況下，先精加工好鞍體底平面并一次性加工出兩個(gè)傾斜鞍槽各自的找正工藝基準(zhǔn)，所有加工基準(zhǔn)是一致的、準(zhǔn)確的。然后再通過(guò)分別裝夾找正各自的基準(zhǔn)來(lái)加工鞍槽，有效保障鞍槽與底平面的角度。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)分析西安建材北路跨灞河懸索橋主索鞍的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，認(rèn)真研究加工方法和加工工藝，確定選用FB260大型數(shù)控落地銑鏜床(數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)承重450 t)作為加工設(shè)備，通過(guò)制定合理的加工工藝、編制相應(yīng)的加工程序、采取必要的控制措施，最終保證了西安建材北路跨灞河懸索橋主索鞍的加工質(zhì)量。通過(guò)該橋空間纜主索鞍的成功加工為將來(lái)更大體量、更復(fù)雜結(jié)構(gòu)索鞍的加工提供參考依據(jù)。