多段對接床身的加工工藝設計

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

【關鍵詞】多段床身；精度；曲線設計；找正；裝卡

一、引言

床身是機床的基礎。機床其他主體零、部件，有的固定在床身；有的工作時在床身導軌上運動。床身的精度，尤其是導軌面的形、位精度，影響這些零、部件工作時的相對位置和相對運動的準確度。一些大型、重型龍門刨床、銑床、鏜銑床、落地式鏜銑床、鏜床、導軌磨床，臥式車床等機床的床身，由于毛坯制造、運輸等原因，不得不采取多段連接結構。在這類床身中，有的連接成整體后的長度超過生產廠家精加工用機床的行程長度，對其怎樣加工并保證其導軌a、b、c三項精度，是大、中型機床磨削加工中技術難點。

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計，圖1所示為我公司32T機床床身簡圖1及精度要求（國家標準規定）。

（a）床身導軌在垂直面內的直線度在1000mm測量長度上為0.02mm，12000mm長度內為0.08mm，超過12000mm長度0.12mm。

（b）床身導軌在水平面內的直線度在1000mm測量長度上為0.02mm，12000mm長度內為0.04mm，超過12000mm長度0.048mm。

（c）床身導軌的平行度：0.02/10000。

二、多段結合床身導軌面精加工工藝過程

精加工床身導軌面：先連接床身第一、二段（或更多段?；蛞欢危醇庸C床行程長度決定），精加工至尺寸：然后卸下第一段，移位重裝第二段，并按下節所述圖解法求其水平面內和垂直面內的找正數值，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“后加工段”的加工有兩個作用：

（1）工藝基準：“后加工段”各導軌面的加工以“前精加工段”相應導軌面為工藝基準進行對刀和測量，以保證兩者相關位置和橫斷面幾何精度在圖紙要求的范圍內。

（2）定位：“前加工段”在水平面內和垂直面內按圖解法找正數值，找正緊固后，以其端面連接“后加工段”，即確定了“后加工段”與之連接的相對位置關系?；蛘哒f：確定了“后加工段”在機床運行中的位置。

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

三、求“前加工段”移位重裝找正數值用的“圖解法”及作圖步驟

如前所述，保證機床導軌面a、b、c三項精度是床身加工工藝的重點。其中c項時床身導軌的平行度。由于多段結合床身各段導軌面的精加工是在同一臺機床上逐段進行的，只要加工裝卡正確，無強壓變形，導軌相關位置精度一致，各段床身導軌面的平行度誤差，必然是加工機床行程中對應其裝卡位置部分的運行平行度誤差值，在工件床身全長上，只是這些誤差值的重復出現，故工件床身全長上導軌面的平行度誤差，應能實現在加工機床運行平行度誤差值附近。a、b兩項精度則不然，它不僅取決于加工機床的運動直線度，還取決于各段床身連接間的相對位置關系，即在逐段加工中，如何在水平面內和垂直面內找正“前加工段”，定位、加工相鄰后段”。

a、b兩項精度的解決方法完全相同，為簡化說明，下面只講直線度，不再指明是水平面內還是垂直面內的。設圖3所示，弧ABC曲線為加工機床運行直線度誤差曲線，又設工件加工裝卡變形忽略不計，即弧ABC曲線又是AB段BC段連接加工后導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，如不計加工裝卡誤差，CD段的直線度誤差曲線應與弧BC曲線重合，弧ABCD曲線即是三段床身連接成一體后長度上的直線度誤差曲線。當床身段數n達到一定數量時，全長直線度誤差曲線就會成一條圓弧線，可見在這種條件下，按圓度值找正“前加工段”顯然是不對的。

在給定平面內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域。按此定義，設圖4、圖5分別為兩多段結合床身導軌的直線度誤差圖像，兩者的全長誤差值6均等于公差值t，符合圖紙技術要求。但是誤差分布的規律不同，前者加工機床運行直線度誤差應在σ′范圍內，σ′<σ=t，后者可在σ=t范圍內。

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

圖解法就是根據上述各點，在掌握加工機床和“前加工段”直線度誤差的前提下，用坐標圖預設“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”移位重裝時的找正數值，以達到“后加工段”加工后同前加工段各段連成一體時，單位長度上和全長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）調整加工機床精度。

（2）連接床身第一、二段，精加工其導軌面后，不松開卡壓裝置測量其直線度，設如圖示弧ABC曲線為加工機床實際運行直線度曲線；松開卡壓裝置重測其直線度，設如圖示弧A′B′C′曲線（若加工裝卡誤差很小或可忽略不計時，此兩曲面應近似或重合）。

（3）按最小包容原則（或端點連線原則）。

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距離σ應小于多段接合床身全長的直線度公差值t。

（4）確定第三段床身在加工機床行程中的安裝位置，設如圖示B-D處。作BD弦，并預設弧BD為第三段床身導軌面的直線度誤差曲線。（若加工裝夾誤差小，此預設應符合實際）。

（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各點對BD弦的坐標尺寸等于弧AD′相應各點對AD′弦的坐標尺寸），在此條件下，已在T-T平行包容線之外。因此，將AD′弦轉動至AD′，將弧BD曲線劃到AD\"弦上，并使弧AD\"曲線上的各點均在平行包容線內和保證弧D\"A′B′C′曲線任一單位長度上的直線度允差。

（6）將AB弦平移至BB\"，并轉動至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，如圖B點和m點，此兩點距弧ABC曲線的坐標尺寸差ym，即為第二段床身移位重裝按機床運行拉表的找正值。兩找正點的距離Xm不宜過長，1-1.5米即可，并應靠近連接端面，因工件床身不是絕對剛體，移位重裝后，很難保證全段長度上直線度曲線原狀。

（8）精加工第三段床身后（見圖6），檢測第二段床身實際安裝找正值，設如圖示y′m，按y′m作弦BD′，使y′D\"=y′B\"作A′D\"弦，將自由狀態下測得的第三段床身導軌面實際直線度誤差曲線（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導軌面的實際直線度誤差曲線。

（9）確定第四段床身在加工機床行程中的安裝位置，設如圖7所示B-E處。平移BE弦至D\"E，并轉至要求位置D\"E\"；將D\"A′弦平移至BD，并按DD′=E′E\"轉至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8、9步驟加工至n段，直至繪出整個床身導軌直線度實際誤差曲線，評定其是否加工合格。

四、結束語

根據我公司改進工藝后對長條機床床身精加工后的精度檢驗分析，可知：

（1）無論工件床身加工機床行程長若干倍，如果按照上述工藝方法總可以使其導軌面的a、b、c三項精度控制在加工用機床實際運行精度值附近。而保證和提高行程短的機床的運行精度較之行程長的要容易的多，故這一工藝方案可使多段結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，隨時做出其直線度誤差坐標圖和檢查實際平行度，評定其是否合格，做到及時處理；無需待各段全部加工完后由轉配連成一體，進行調平，才能檢查其加工精度并造成往返運輸返修。從而縮短了加工時間和產品轉配周期。

綜上所述，這一工藝方案對大、重型長條機床精度的保證有重大意義。

參考文獻

[1]磨工藝學（5）[M].機械工業出版社，1984.

[2]機床設計手冊（下冊）[M].機械工業出版社.

作者簡介：劉亞洲（1976—），男，現供職于天水星火機床有限責任公司，主要從事機械加工技術管理工作。