可傾轉臺重點裝配技術

裴計達

沈陽機床集團中捷友誼廠 遼寧沈陽 110142

1 序言

大噸位轉臺（超過10t）往往采用靜壓結構，靜壓轉臺的滑動面之間開有油腔，將有一定壓力的油通過節流器輸入油腔，形成壓力油膜，浮起運動部件，使工作表面處于純液體摩擦狀態，不產生磨損，但靜壓轉臺不僅結構復雜，而且由于需要大量液壓油循環，靜壓油受污染會造成轉臺失靈，頻繁換油又會造成資源浪費，故在此前提下非靜壓大噸位轉臺應運而生。

如今世界進入能源時代，煤、石油等非可再生資源面臨枯竭的境地，世界各國都把風能作為發展的重點，我國的風能事業也處在蓬勃發展的時期。風力發電的關鍵部件輪轂需要在水平轉臺的基礎上傾斜一定的角度進行加工，由于沒有專用的設備，所以大多數的廠家會采取將水平轉臺傾斜安裝的手段。水平轉臺傾斜安裝以后，就只能加工一種零件，通用性很差。PIB40T很好地解決了專機的通用性問題，在其不升起的情況下，可以作為普通水平轉臺使用，升起時可以作為加工特殊零件的專機使用。

由于傾斜位置不便于靜壓油的回收，所以此種轉臺不能采用靜壓結構。對于這種大噸位的轉臺，由于單一的承重方式是不可能完成的，所以PIB40T采用貼塑刮研面、承重軸承和卸荷塊復合式承重結構，三種形式互補，互相配合，這在調整上也是頗具難度的。

2 PIB40T轉臺的布局

PIB40T主體部件分為：床身、滑座、轉座、液壓升起與夾緊結構及動力傳動。轉臺各位置狀態如圖1～圖3所示。

圖1 轉臺側視圖（升起狀態）

圖3 轉臺升起位置狀態（斜鐵被液壓缸推入滑座與轉座之間）

3 PIB40T結構

3.1 臺板

PIB40T系列機床沿用了PIB40機床的臺板（見圖4），所用的零部件也都通用。臺板使用：將齒圈安裝在臺板上，送交導軌磨床磨上、下兩面，使之平行。

圖4 臺板

3.2 滑座

由于不用靜壓結構，PIB40T床身上采用很常見的直線導軌（見圖5）作為導向，這是很成熟、很常見的結構，這里不再贅述。

圖5 直線導軌

PIB40T主體為分層式結構，從下往上依次是床身、滑座、轉座、臺板，每一層都要保證自己的精度，而所有的精度基準都要以大地水平作為基準，第一步就是要將床身調成與大地水平平行，調好以后鑲導軌，這與其他使用直線導軌的機床裝配工藝一樣。

直線導軌鑲好以后，可安裝滑座，滑座的上表面為導軌磨床加工，下面有兩條精銑面，作為與滑塊結合的接觸面。由于兩個面系兩臺機床加工，其在裝夾、轉運過程中很難保證精度一致性，所以滑座落在直線導軌的滑塊上，它們之間設有調整墊，用于調整滑座上表面與直線導軌面的平行度[1]，如圖6所示。

圖6 滑塊安裝

具體的做法是：先將所有的調整墊放在同一臺磨床上抄平，這樣所有的調整墊就為同一個厚度（誤差在0.01mm以內），把滑座、調整墊都裝好以后，通過在線軌上推表來檢驗平行度誤差（見圖7）。

圖7 推表檢驗平行度誤差

4個點作為檢驗的基準，百分表的示數不能超過0.02mm，而當平行度超差時，要將調整墊配磨。例如，平尺兩端相差0.06mm，就可以將高度較高的一側最邊上的一塊調整墊磨掉0.06mm，低的一側調整墊不動，中間的調整墊從高至低按次遞減，這樣就可以調整平行度。當調整墊的厚度磨好以后，滑座的高度（相對于床身）已經確定，此時就可以安排安裝絲杠。

3.3 安裝小車

可傾轉臺在升起時要依靠墊鐵保持精度，而在水平狀態時墊鐵要處于縮回狀態，此時墊鐵停留在小車上。小車是專門用于保存墊鐵的裝置，其上表面裝有大量的滾輪，后面裝有兩個用于墊鐵伸縮的液壓缸。所以就存在兩項要求，第一，承擔墊鐵的滾輪要高度一致，避免某幾個滾輪集中受力的情況發生；第二，滾輪的頂部要與滑座跟墊鐵的接合面平行一致，以保證墊鐵在伸出與縮回時不會使液壓缸桿造成彎曲。

在安裝小車（見圖8）時需注意：將滾輪安裝在小車上，找一塊平驗板，涂好顏色后落在滾輪上來回推動，使粘到顏色的滾輪不低于80%；達到要求以后，將小車落在滑塊上，但不要上滑塊調整墊，找一塊500mm的平尺，一端搭在滑座與墊鐵的接觸面上，另一端懸在滾輪的上方，用量塊檢測平尺與滾輪之間的縫隙，按照這個數值配磨小車下面的調整墊，保證滾輪與墊鐵支撐面平行或略高于支撐面，磨好以后裝好調整墊、小車，用螺釘把小車與滑座聯接在一起；將墊鐵落在滾輪上；裝好液壓缸托架，調整好托架的高度，使液壓缸的光杠正對準墊鐵螺紋孔，將光杠與墊鐵聯接在一起。

圖8 安裝小車

3.4 轉座

轉座是此型機床加工和裝配的難點和重點，其結構復雜，要求項目很多，工藝性多樣，是決定安裝結果的關鍵。圖9展示了其結構上的特性。

圖9 轉座結構

轉座的下表面與滑座接觸，是轉臺水平位置的定位面，由導軌磨床加工，上表面是貼塑刮研面，與臺板的大齒圈接觸。在貼塑刮研面有10個已加工好的槽，用以放置承擔臺板以及工件質量的卸荷塊，貼塑刮研面中央有一個加工出來的用以安裝定心軸的環形面，最中心是用以定位定心軸的直口。轉座的兩側精鏜出兩個用以安裝接受液壓升起頂力轉軸的孔。轉座后面的凸臺也精鏜出兩個孔，其中安裝兩個轉軸，作為轉座升起時的回轉軸線。

當裝配工作結束以后，貼塑面、與滑座接觸面、定心軸安裝面與轉臺升起軸線這四者是平行的，但由于貼塑刮研面并非精加工面，而是人工刮研而成，其參照精度是定心軸安裝面，只能保證其與尺圈的接觸率，而不能保證與滑座接觸面的平行，這樣在鏜凸臺上的孔時也就失去了基準，所以想要將轉座一次加工成形非常困難，必須要有配修的過程。具體操作如下。

1）先將轉座落在滑座上，用塞尺檢驗結合縫隙，要求一周0.02mm塞尺不入。

2）用卸荷塊鑲條做研具，刮貼塑面上安裝卸荷塊槽的底面（見圖10），以保證接觸率。

圖10 貼塑面上安裝卸荷塊槽的底面

3）安裝定心軸與承重軸承（見圖11）。

圖11 安裝定心軸與承重軸承

4）刮研。將臺板落在滑座上，既讓承重軸承承擔臺板的質量，又讓尺圈底面與貼塑面接觸，開始刮貼塑面，保證每平方英寸不少于10個點。

注意：由于臺板的質量很大，在臺板與貼塑面合研時會有很大阻力，所以為了減輕合研的阻力，在刮研初期會讓承重軸承承擔大部分的臺板質量，這樣也就造成了轉座中心因受力過于集中而形成的中心凹陷，此時刮出的塑面在有臺板壓著時是個平面，而撤掉臺板，轉座恢復形變以后，實際上是1個中心突起的錐形面（在實際中驗證過，中心突起最大可達0.09mm）?；诖朔N原因，當合研大面上的點以后，要逐漸減小承重軸承的承載質量（逐漸減小承重軸承與臺板之間的調整墊的厚度，每次大約0.02mm），在刮研的后期逐漸減小產生的形變，使最后塑面的形狀盡可能的接近水平。

5）配修轉座。當刮研的過程完成以后，貼塑面已經成為一個精確的平面（宏觀上），可以作為一個加工的基準面。將轉座返回導軌磨床，以貼塑面為基準加工與滑座的接觸面，當加工完成以后，轉座的上、下兩個面就是平行的兩個面了（誤差保證在0.02mm以內）。磨好以后，再以剛加工好的面為基準，精鏜轉臺升起回轉軸的孔，這樣此三方的平行度可保證最優化。

3.5 卸荷塊

PIB40T是復合式承重結構，卸荷塊也是承重的機構之一，當PIB40T處于負重工作狀態時，卸荷塊與貼塑面、承重軸承各承擔大約1/3的質量。裝配卸荷塊（見圖12），當軸桿完全穿入卸荷塊時，要使軸桿端面低于卸荷塊端面。

圖12 裝配卸荷塊

把臺板從轉座上吊走，往槽里放入鑲條與卸荷塊，以刮研好的塑面作為基準推表，檢驗4個滾輪的高度，如果不等高，可以用墊塞尺磨鑲條的辦法調平。

具體做法是：鑲條具有錐度，是1∶50，鑲條通過標準的專用1∶50錐度的夾具平磨出來。當檢驗出不平時，例如檢測出最里面滾輪面比最外面的滾輪面高出0.05mm（由于軸桿是直的，4個滾輪又是外徑相等的標準件，所以如果4個滾輪不等高，會呈現直線遞增或遞減狀態），就可以將鑲條靠近中心的一端墊上0.05mm的塞尺后裝夾在鑲條夾具上，在平磨上磨平。把磨好的鑲條重新裝好以后再次打表，完成滾輪調平，如圖13所示。

圖13 滾輪調平

滾輪調平以后，繼續以上述方法打表，測量滾輪頂點與貼塑面的高度差，使滾輪頂點高于貼塑面0.05mm（鑲條與卸荷塊之間是錐度面接觸，見圖14），當鑲條在水平方向上進退時，會使卸荷塊在豎直方向上升降，在鑲條的后面有頂進螺釘和縮回螺釘，可以通過旋動它們以達到微調卸荷塊高度的目的）。調整好卸荷塊高度以后，同時旋緊頂進螺釘和縮回螺釘將鑲條位置鎖定[2]。

圖14 鑲條與卸荷塊之間以錐度面接觸

3.6 軸瓦

軸瓦是PIB40T采用的另一種新技術。當轉臺處于升起過程時，轉軸與轉座之間存在相對轉動，整個轉臺的負重完全承擔在前后4根轉軸上（轉臺最大負重40t）。由于普通的滾動軸承難以滿足承重的需要，所以PIB40T的設計人員采用了一種新的成型產品。

圖15是所用到的軸瓦，其胎體主要材質為銅，混合其他金屬成為合金，包括鋁、錳、鋅等，不但呈現出一定的剛性，而且在韌性和耐磨性上表現更佳。壁上鉆有多個孔，填充物是石墨的膠合物。

圖15 軸瓦

圖16展示了軸瓦的使用方式，軸瓦的內外壁都具有較高的公差要求，軸瓦鑲在轉座體內，與轉座一同轉動；轉軸支撐軸瓦，存在相對轉動。因此，軸瓦與轉座之間是過渡配合；軸瓦與轉軸之間是間隙配合（0～0.07mm），它們之間的間隙既是為了降低轉動的阻力，同時，轉軸與石墨填充物之間的滑動與摩擦，使得石墨被碾成極為細微的顆粒，填充在間隙中充當潤滑劑。

圖16 軸瓦使用方式

軸瓦本身具有很高的精度，但由于自身材料的原因使其不具備抗擊打能力，為了將軸瓦安全而又經濟地安裝到轉座內，我們制作了專用的打具（當時考慮過液氮冷裝，但因成本較高而放棄），如圖17所示，通過敲打可以將軸瓦毫無損傷的裝入轉座內。

圖17 敲打軸瓦以裝入轉座

軸瓦裝入轉座，還必須要考慮它的拆卸問題，對于轉座尾部的軸瓦，其安裝兩端貫通的孔內，只要將打具以相反方向安裝在軸瓦內就可以將軸瓦打出來。

3.7 安裝轉軸、升起液壓缸

裝好軸瓦以后，將轉座吊下來，把轉軸支架裝在滑座上，讓支架側面靠緊滑座的立面，0.02mm塞尺不入（見圖18），打好定位銷。

圖18 塞尺不入

向軸瓦孔內穿入轉軸，隨后裝入磨盤珠軸承，吊起滑座（連帶著轉軸、軸承）落于其位，使轉座凸臺、軸承位于轉軸支架內，如圖19所示。

圖19 安裝轉軸

以滑座的立面為基面，推表檢驗轉座工藝面的平行度（轉座的軸孔在加工時就是以工藝面為基準加工的，因此軸孔與滑座立面的平行度可以通過此面間接測量，見圖20），若不平行，可以敲擊轉座使其平行。當轉座位置調整好以后，配隔套（最開始為圓形，后因安裝困難改為雙半圓結構），并用量塊測量轉軸與轉軸支架的間隙，配調整墊，將配好的隔套與調整墊裝好。完成后安裝升起液壓缸。

圖2 轉臺水平位置狀態

圖20 檢驗轉座工藝面平行度

3.8 刮墊鐵

可傾轉臺升起角度的精度主要依靠墊鐵的精度來保持，但因墊鐵的精度是不可能直接加工完成的（首先，墊鐵具有的多項精度很難在加工的過程中面面俱到，其次兩塊墊鐵也很難保證他們精度的一致性），所以要通過刮研來調整墊鐵的精度以及其和轉座的接觸率。為此我們制作了標準的角度支撐具。用角度支撐具固定好轉座以后，就可以開始刮研了，如圖21所示。

圖21 刮研

由于墊鐵誤差較大，直接刮研非常困難，因此，每次來墊鐵需要先進行測量和加修。先使用角度支撐具加墊撐起轉座，使轉座與墊鐵間存在間隙，測量每塊墊鐵a、b、c、d、e、f6點間隙，由于墊鐵較長且有一定角度，所以需使用AutoCAD進行數據測量（使用AutoCAD進行直線旋轉，可找出最低點，使用AutoCAD測量出其他幾點需要配銑量進行配銑），而不是直接用a、b、c、a'、b'、c'中最大數減去各點數值進行配銑。如圖22所示。

圖22 測量墊鐵

例如圖2 3 中c點所在線段最低，因此a點需配銑d－a；b點需配銑e－b；c點需配銑f－c＝0（f＝c）。

圖23 配銑值計算

經過現場試驗，此種方法配銑后的兩墊鐵等高，墊鐵與轉座間間隙均在0.02mm以內，可證明此種方法方便刮研，減少了刮研所需的時間[3]。

3.9 其他組件

減速箱：PIB40T并沒有設計專用的減速箱，通用了在之前的PIB40的減速箱，在與轉座的連接上也與PIB40無異。

夾緊器：沿用PIB40的結構。

4 結束語

可升起工作臺復合程度高，通用性很強，在日益激烈的數控產品競爭中，占有重要地位。

目前，數控機床的發展日新月異，高速化、高精度化、復合化、智能化、開放化、并聯驅動化、網絡化和綠色化已成為數控機床發展的趨勢和方向。

中國作為一個制造大國，主要還是依靠勞動力、價格及資源等方面的優勢，而在產品的技術創新與自主開發方面與國外同行還存在一定的差距。中國的數控機床產業不能安于現狀，應該抓住機會不斷努力發展自己的先進技術，加大技術創新與人才培訓力度，提高企業綜合服務能力，努力縮短與發達國家之間的差距。力爭早日實現數控機床產品從低端到高端、從初級產品加工到高精尖產品制造的轉變，實現從中國制造到中國創造、從制造大國到制造強國的轉變。