双面镗铣床加工起重机臂架应用方案

时间：2023-03-04 09:35:04 来源：千叶帆本文已影响人

武坤，李晓晖，李兴林

1.西门子（中国）有限公司北京 100102

2.三一汽车起重机械有限公司湖南长沙 410000

臂架（见图1）是起重机的关键部件之一，在臂架的整个加工过程中，变幅孔和臂尾孔的加工尤为重要，特别是对双侧孔同轴度要求较高，为了提高效率，一般要求镗孔时尽可能双侧同时加工。本文通过优化实际工件的加工工艺及程序，探讨提升臂架加工效率的相关工艺和方法。

图1 臂架实物

起重机的吊臂由多节臂架组成，主吊臂的第一节基本臂为大型箱体构件，由高强度结构钢板焊接而成。基本臂通过臂尾孔与旋转台相连接，而中部的变幅孔则需要与控制吊臂俯仰角度的变幅机构连接。无论是变幅孔还是臂尾孔（见图2），均相对于臂架纵向中心线对称布置，且臂尾孔和变幅孔的双侧对称孔均有一定的同轴度要求。尤其臂尾处的两个对置铰点孔，轴向间距较大、同轴度要求高，铰接安装面又位于两个铰点孔外侧，因此从臂架左右任何一侧都难以一次完成臂尾孔的镗、铣加工[1]。

图2 臂架变幅孔和臂尾孔

面对这样的加工要求，如果使用普通的单头落地镗铣床对臂架两侧对称布局的臂尾孔和变幅孔分别进行加工，不但增加了零件调头装夹和重复找正的时间，而且分两次进行装夹必然会叠加找正误差，降低两个对置孔的同轴度，因此，能够分别从工件相对的两个侧面同时进行镗削和铣削加工的双面落地镗铣床成为最佳的选择[2]。本文主要以刨台式双面落地镗铣床（见图3）为例，对臂架双侧同时加工的方法及其编程进行介绍。

图3 刨台式双面落地镗铣床

刨台式双面落地镗铣床采用工作台移动式结构，即工作台是整个机床唯一的X轴。这种结构的优势在于，两侧主机共用同一个工作台，而两个主轴在X方向上相对于地面都是静止不动的，因此只要在机床安装时调整好两个对置主轴之间的同轴度，无论工作台如何运动，在臂架的整个长度上进行双面同时加工时，两个主轴在X方向的相对位置始终都是保持不变的。

使用这种结构的机床进行对置孔加工时，如果仅对两个主机进行双通道控制，无法完成两个主轴同时执行包含X轴插补的加工动作。因此，控制系统还必须具有轴耦合功能，让具有X、Y、Z三个几何轴的主机在通道1内独立运行，另一个缺少X轴的主机在通道2内将其Y轴和Z轴分别与通道1的Y轴和Z轴进行耦合联动，作为从动轴做跟随运动，从而完成两个主轴的同步镜像加工，机床轴设置如图4所示。

图4 刨台式双面落地镗机床轴设置

采用耦合方式加工，对于加工程序的编写也十分有利。由于对称加工部分只需在通道1的程序中进行编写，所以当加工方法、加工位置以及加工参数发生变更时，只需修改通道1中的程序即可，避免了双通道程序修改不统一造成的加工错误。能否正确使用耦合功能又关系到双通道控制中的通道协调功能，由于通道2缺少机床轴X，因此开启和关闭耦合功能的时机就很关键。在所有参与加工插补的轴进入耦合状态之前，主、从动轴需要预先定位到一个适当的位置，这需要运用通道协调指令在两个通道的程序中各自设定好集合位置，以便相关的轴能够统一行动。

鉴于臂架零件较长，因此按照加工部位优先的原则，先加工臂架尾端的尾铰孔，再加工臂架中部的变幅孔[3]。臂架加工工序如图5所示，加工工艺卡见表1。

表1 臂架加工工艺卡

图5 臂架加工工序示意

根据工艺过程的安排，将臂架加工程序按照通道协调的需要以及程序功能的分类进行了结构划分，具体见表2。

表2 臂架加工程序列表

主程序包含了加工过程的整体框架，如果需要对加工过程进行调整，只需要简单地添加、删除其中的子程序，或者调整其中子程序的调用顺序即可。每一个加工功能子程序负责完成某个部位的具体加工动作。而联动耦合控制子程序负责定义需要进行耦合控制的各个机床轴，并且在每一个加工功能子程序中激活和关闭耦合功能。

双通道联动耦合加工过程如图6所示，加工程序示例见表3。

表3 耦合联动加工程序示例

图6 联动加工过程示意

加工程序结构化的目的是按照逻辑结构把复杂的加工程序分解为简单的组成部分，使程序的编写和修改更加简单、高效。本文介绍的刨台式双面落地镗铣床加工臂架的工艺编程方法，以及双主轴同时加工所用到的跨通道程序协调、联动耦合控制等指令，已经应用在实际加工中。实践证明，这种方法很好地解决了臂架中对称位置孔加工的效率和精度问题。

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