Z100摇臂钻加工转盘轴承座平面的改造

秦皇岛技师学院 （河北 066000） 李 雯 张 辉 吕 娜

笔者在港务局机械设备修理厂下厂锻炼期间，亲身参与Z100摇臂钻床的技术改造工作，就是用摇臂钻来加工门机的回转平面。门机属于大型港口起重设备，是大型部件，既入不了车间厂房，也上不了普通机床，使加工难度提高。其中转台和圆筒上的转盘轴承座直径4200mm，要求平面度0.3mm，这两部分分别与转盘轴承配合，要求精度高，也是门机中回转机构的核心部分。经过与机修厂技术人员的共同努力和研究，成功将Z100摇臂钻进行了改造，完成了回转加工铣削平面，并借助改进水平仪的平面测试和修正技术，使加工平面度在0.2mm以内，节省了大量资金和时间，取得了良好的经济和社会效益。

1.门机转台总成的技术参数及简图

4043门机转台总成外形尺寸（见图1）：13220mm（长）×10146mm（宽）×4024mm（高），重量124512.1kg；需要加工的圆筒支架表面尺寸（见图2）：外圈直径4040mm，内圈直径3600mm，高1506mm；需要加工的圆筒端部表面尺寸（见图3）：外圈直径4282mm，内圈直径3600mm，高1800mm。

图1 转台总成示意图

图2 圆筒支架

图3 圆筒端部

2.改进前技术状况分析

由于门机转台总成和圆筒端部的外形尺寸和重量都比较大，又没有相关的经验和设备进行机加工，外协加工会影响到门机制造资质的评审，所以只能对现有设备进行改造，而且加工精度还要保证在图样要求的平面度0.3mm之内。根据加工件的尺寸最终决定将Z100摇臂钻进行改造。

摇臂钻床（见图4）尺寸：4390mm（长）×50m m（宽）×4130m m（高）；主轴最小跨距540m m；主轴最大跨距3000m m；最小工作高度440mm，最大工作高度2100mm。

在改造摇臂钻床过程中主要有以下几个问题：①摇臂钻是以钻孔为主，如何将钻削改为铣削。②如摇臂钻在铣平面时主轴主要受径向切削力影响，切削转矩较大，因主轴直径只有65mm，而专业落地镗的主轴直径在160～200mm，相比之下主轴刚度较小。③摇臂钻主轴和主轴箱的运动为齿轮齿条传动，因为齿轮齿条之间有间隙，故在进刀过程中受到外力影响会产生位移，影响加工精度。④在加工过程中如何保证立柱的刚度。⑤加工过程中如何进刀，如何保证表面粗糙度。

图4 摇臂钻尺寸示意图

3.技术改进设计

针对加工时可能遇到的问题，采取了如下方案：

（1）根据钻床和铣床的刀头联接方式，经过参考后设计了一个可以联接铣刀盘的锥柄，将锥柄插入套筒轴内，这样就达到铣平面的目的。由于大刀盘与平面接触面积大，在加工过程中切削转矩大，而摇臂钻主轴又不能达到使用要求，使铣出的平面达不到加工精度，所以又备用一个较小的刀盘，并设计了一个联接法兰。经过初期试验，使用小刀盘效果更好一些（见图5）。

图5 刀盘联接

（2）钻床的主轴运动是由齿轮齿条传动实现的。齿轮齿条之间有间隙，在加工过程中也会因为轴向进刀受到轴向的阻力，使主轴出现上下的位移。其次，主轴刚度不够，加工过程中受回转的切削力，就会产生振动。针对主轴在加工过程中会出现的位移和振动，以及解决进刀的问题，我们决定将主轴与主轴箱壳体联接起来使之成为一体。为此设计了两块卡轴板，卡轴板2与主轴箱壳体相连，卡轴板3通过长螺杆与卡轴板2相连，卡轴板均切为两半，通过螺栓锁紧，使套筒轴与卡轴板之间形成过盈，这样就限制了主轴上下和平面方向的位移，加强了主轴的刚度。其次，通过螺母可以调节轴向的进刀量。这种方法大大提高了摇臂钻铣床的加工精度（见图6）。

图6 主轴固定

（3）由于转台焊接时搭建的平台表面到圆筒支架加工面的尺寸大于摇臂钻最大工作高度，因此摇臂钻需要整体加高。其次加固摇臂钻立柱时没有加固点，还要尽量避免损坏机床表面。于是我们设计了一个支座（见图7），联接原配重底座和立柱，并验算了抗倾覆性和螺栓剪切强度。这样可以从支座上引出加固筋板，从而避免损坏机床，还可以通过在支座和摇臂钻之间用铜片来进行找正。

图7 支座

（4）在加工时需要将摇臂钻整体放入圆筒支架中间，当主轴受到轴向的反作用力后，会对立柱形成一个弯矩。如果只将底座固定在工作平台上，由于立柱的刚度不够，在加工时就会出现振动。于是我们在支座和圆筒支架之间分三个或四个方向加了筋板固定，将筋板上下面，摇臂钻底座与工作平台焊接起来，这样，转台、工作平台和立柱就成为X132.9和X132.10输出24V，通过功率继电器控制右边PPU的ON/OFF1使能和OFF3使能。

同样的道理，驱动总线就绪信号DB2700.DBX2.5为1后，PPU的X122.1通过功率继电器KA1给入24V，ON/OFF1使能；之后，PPU的X122.2通过功率继电器K A2给入24V，OFF3使能。这些使能加上之后，PPU的X132.9和X132.10输出24V，作为左边PP72/48 I/O的输入信号，当这两个输入信号同时为1后，可以给X轴和Z轴加脉冲使能和控制使能，即P L C接口信号D B380x.D B X4001.7=1和D B380x.DBX2.1=1。