重型机床超长床身的制造工艺设计

时间:2019-08-16 15:18 作者:威尼斯游戏网站 点击:
床身是机床的关键零件,其制造精度直接影响着机床在x轴方向的直线度,生产中如何保证它的加工精度达到设计要求,是工艺设计时首要考虑的要素。由于超长床身都为多段设计,好的超长床身制造工艺除了要保证加工精度外,还要考虑精度的稳定性以及加工完拆卸后到装配现场重新拼接时良好的精度还原性。要设计超长床身的制造工艺,首先要对超长床身的特点、结构及精度要求进行必要的分析。
1重型机床超长床身的结构特点及精度要求
床身是机床精度要求很高的带有导轨(山型导轨和平导轨)的一个大型基础部件,用于支撑和连接机床的各个部件,并保证各部件在运动时有准确的相对位置。床身是机床的基础零件,既是其它零件的安装基础,又是机床运动的几何基准,其加工精度对机床整机的性能起着决定性影响。重型机床的切削深度很大,因此产生的切削力也很大,机床空运载时运动速度也较高,大的切削力一般作用在床身上使床身受力较大,且较高的运动速度还会产生很大的附加惯性力作用在床身上,因此重型机床的床身需要有足够的刚度,同时为保证机床高速、高精的质量要求,重型机床的床身还必须具有较高的制造精度和稳定性。
1.1重型机床超长床身的特点
重型机床的超长床身一般总长度在20m以上,从铸造、加工、起吊、运输等各方面因素来考虑,往往采用的是分段加工、装配拼接的结构方式。重型机床床身具有以下特点:
1)静刚度要高。在承受较大载荷时的变形不能超过规定值,在大件本体移动或其它部件在其上运动时静刚度的变化要在允差范围内;
2)动刚度要好。在预定的切削条件下工作时,其振动和噪声都要在允许的范围内;
3)导轨的受力合理,耐磨性良好。由于重型机床的运动部件及工件重量均很大,在高压强工作下对床身导轨的耐磨性提出了很高的要求;
4)结构和总重量要满足技术和经济的要求,并能低成本和高效率的制造和安装;
5)温度分布合理。工作时的热变形对加工精度的影响要小;
6)精度稳定性好。作为机床的关键零件,其精度对整机精度影响极大,变型尼斯游戏网站话悴灰追⑾郑夷岩曰指矗虼吮3志鹊奈榷ㄐ远源采砝此抵凉刂匾
1.2重型机床床身的材料及结构
由于床身的上述技术要求,因此在重型机床超长床身的材料上选用细腻的灰口铸铁HT200-HT300,抗拉抗弯强度更高,且具有以下几个方面的优点:
1)工艺性能好。由于灰口铸铁含碳量高,接近于共晶成分,故熔点比较低,流动性良好、收缩率小,因此适宜于铸造结构复杂或薄壁床身铸件。另外,由于石墨使切削加工时易于形成断屑,所以灰口铸铁的可切削加工性优于钢;
2)床身铸件耐磨性与消震好。由于铸铁中石墨有利于润滑及贮油,所以耐磨性好。同样由于石墨的存在,灰口铸铁的消震性优于钢;
3)实型铸造生产中采用聚苯乙烯泡塑模样,当金属液浇入铸型时,泡沫塑料模样在高温下迅速气化,金属液取代原来泡沫塑料所占的位置,冷却凝固成与模样形状相同的实型铸件。这种方法不但省去了昂贵的木材模型费用,而且便于操作,缩短了生产周期,提高了生产效率,具有尺寸精度高、加工余量小、表面质量好等优点。
在床身的结构上,为了提高刚度及承载能力,重型机床床身主要采取框架式结构,而机床导轨也采取了承载能力较强的矩形导轨。由于机床床身内部筋板的结构和布局方式直接影响着床身的动静态性能,因此在结构设计时需要作好床身的动静态刚性分析。
1.3重型机床超长床身的精度要求
重型机床床身的主要精度在正导轨的直线度以及其余各导轨与正导轨的平行度、垂直度。此外,为了保证拼合后的加工精度以及拆卸后再拼合的装配精度,对单段床身的结合端面及端面上的定位键槽也有较高的要求。
2超长床身制造工艺的设计原则
本文针对超长床身的结构特点和精度要求,结合武重集团加工设备的实际情况,为提高超长床身的加工质量和效率,拟定以下工艺设计原则:
1)满足重型机床超长床身高质量、高精度的设计要求;
2)合理的安排热处理工序,尽量消除零件在铸造和加工中产生的内应力,减小对加工精度的影响,保证超长床身制造精度的稳定性;
3)超长床身的粗加工为单段加工,安排在刚性好的加工设备上,以去除余量为主,提高生产效率;半精加工仍为单段加工,主要是修正粗加工的偏差,并将结合面加工到位,为精加工打好基础;精加工安排在XKD2755上临床拼合后一次装卡下加工,在保证加工质量的前提下提高生产效率;
4)精加工中合理选择装卡方式、加工刀具、检测方法,减小变形,保证超长床身较终的加工精度。
3超长床身的制造工艺
超长床身的制造工艺主要包括铸造、热加工和冷加工,铸造是零件毛坯的成型,热加工主要是指热处理,冷加工主要包括加工设备选型、零件的装卡、刀具工装的选用以及加工方法等,超长床身在大规格数控龙门铣床上加工的新工艺,精加工设备选型选用的是大规格数控龙门铣床XKD2755,其加工工艺路线设计如下:铸造一时效处理一划线一粗铣一时效处理一划线一半精铣一钳工拼装一精铣一检验入库。
重型机床超长床身铸件的材质一般为HT250,壁厚在40~60mm,重量在10~50t,属于大厚壁铸件。床身类铸件较大的特点是导轨都比较厚,一般在60~100mm,很容易产生铸造组织缺陷,特别是十几米长的床身导轨要保证没有任何气孔、砂眼等缺陷是非常困难的,而且导轨都比较长,从几米到十几米,极容易产生弯曲变形。根据重型机床的特点,床身铸件大多都是单件小批量的生产,没有通用的砂箱工装,投资很大,特别是数控机床的床身,由于结构形状比较复杂,在模样制作、砂芯紧固等造型操作方面都存在较大难度,其材质还要具有良好的精度稳定性、抗压强度和减震性,此外还要有良好的铸造性能和切削性能,其硬度要求。
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