基于重大装备制造技术优化设计机架制造工艺分析

张应宏++李旭++杨美宁++张亮

[摘 要]重大装备有着体积大、重量大的特点，其中单件重量就达到了200t以上，在加工的工程中起吊、数控加工、产品运输等各个环节都有着特殊性，本文简要分析了基于重大装备制造技术优化设计机架制造工艺，旨在为我国重大设备的设计和制造生产提供相关参考。

[关键词]重大装备；制造技术；优化设计；机架

中图分类号：THl6 文献标识码：B 文章编号：1009-914X（2016）11-0016-01

前言

重大装备在各个国家都有着举足轻重的地位，其对于制造业的发展有着重要的推动作用，相较于其他装备而言，重大装备在设计、制造等方面有着一定的特殊性。基于以上，本文简要研究了基于重大装备制造技术优化设计机架制造工艺。

1 重大装备制造技术分析

就目前来看，我国逐渐进入了工业化中级阶段，市场上对于重大装备的需求逐渐提升，国家正大力扶持重大装备制造，在这样的背景下应当加大对重大装备制造的研究力度。重大装备产品精度高、零件单件重量大，这就对其制造提出了较高的要求，要对零件的毛坯制造、经监工、装夹等过程全面整合，制定完整方案，只有这样才能够保证重大装备制造的稳定和成功。

2 机架结构分析与加工设备的选择

一般来说，大型的轧机机架由两片牌坊组成，两片牌坊通过上横梁和下横梁连接在一起，牌坊的尺寸以及重量都比较大，轧机机架要求两片牌坊的主要尺寸一致。国外机架加工厂大都使用龙门铣镗床，而我国许多的重机厂则配备了规格较大的数控龙门铣镗床，这种数控龙门铣镗床有效完善了编程系统和数控工具加工系统，这对于机架加工奠定了良好的加工条件基础。

基于数控加工有着如下的特点：首先，机床的结构十分先进，工艺性较好，能够很好地适应机架加工特点，定位精度较高，安全性较好，传动精度较高，保证了加工的精密性和可靠性[1]；第二，附件十分齐全，能过满足3-4次装夹需求，扩大了加工范围，缩短了周期，此外，还可以装备上加工专用的相关附件，例如电子径向镗头等，这就为特殊工件的加工提供了条件；第三，数控功能更加完善，对于一些特殊型面以及加工比较困难的程序都能够有效完成，提升了加工质量和加工速度；第四，采用了新的材质和结构作为刀具，切削效率得到了提升，质量得到了保证，有效提升了加工的速度和精度，例如广泛使用的涂层刀具、硬质合金刀具等。

3 加工工艺方案优化设计

从零件的工艺性入手，对工件零点、装夹方案设计，对数控加工进行优化，从而实现整个加工工艺方案的优化。

3.1 对零件结构工艺的分析

在零件制造的过程中，零件尺寸、架构特征及精度要求的分析至关重要，轧机牌坊较重，因此要确定零件重心，使其保证在工作台中轴线上，保证工作太稳定，避免出现事故，合理布置零件下方的垫铁，尤其对于可以动的工作台来说，在长度方向和宽度方向的承载分布要保证均匀，要对单位面压进行测定，防止超载。

对于有着双工作台的机床来说，在加工的过程中要保证两个工作台的承载的均匀分布，在保证最低加工部位空间需要的基础上对零件垫高进行合理设置，在工作台前后要考虑铣头的更换和加工，以此来满足横梁下降需要。尤其对于零件长度较长的加工来说，更加需要考虑铣头更换时的空间留余[2]。

对于25.00m以下、单件重量在200-250t之间的轧机机架来说，可以采用双工作台加工，同时装夹两件，安装工件要保证二者之间的距离符合加工要求，因此可以设置编程零点，在编程的过程中按照零点的不同进行分别加工。

3.1 对工件零点的设定

在工件零点设定的过程中要以工艺基准、设计基准和加工面等因素为基础，综合考虑各种因素产生的利弊影响，如果工件的零点直接位于设计的基准面，此时可以直接变成图面的尺寸，不需要进行复杂的换算。如果工件零点在工艺基准面时，则能够有效减少工件加工过程中的定位误差，能够提升工件加工的质量。除上述注意要点之外，在工件零点设定的过程中还要保证操作方便和编程方便，同时要保证能够进行测量。

3.3 确定装夹方案

对于重大装备而言，其架体通常是大型框架，因此其在铣镗床上的装夹次数一般为3-4次，这样就完成了架体的粗加工，具体的粗加工过程为：①架体的第一次装夹过程：将架体的外侧面作为粗加工的第一个面，同时在翻面中需要用到辅助基准面，因此在架体的第一次装夹过程中还要辅助基准面；②架体的第二次装夹过程：将架体进行翻面，对另一个侧面进行粗加工，在架体第二次装夹粗加工结束之后可以将其直接投入到半精加工流程中，如果架体的刚性较差达不到相关要求，在粗加工之后需要对其进行松活处理，找准正确位置，压紧垫实，确保在压紧后不出现变形，之后才能够投入到半精加工或精加工的流程中，如果架体毛坯没有经过精整，则此次装夹过程粗加工之后要进行第四次装夹；③第三次装夹：将架体再一次翻回，对第一次装夹过程中粗加工之后的面进行精加工，要保证零件定位精确，尽量保证两次装夹零位重合[3]。在三次装夹的过程中有效分配了粗加工内容和精加工内容，机架翻身次数减少，有效防止了因翻身导致的变形，节省了加工时间，提升了加工效率。

3.4 数控加工工艺

轧机机架对于精度要求一般较高，精加工需要数控加工工艺的支持，首先，要对加工的部位先后次序进行排序，一般来说顺序排列遵循先顶面后侧面、先内后外、先面后槽、先大孔后小孔的原则，之后要对加工刀具的运动轨迹。起点终点以及行程距离等进行确定，以此来绘制出合理的工艺图纸，分配接下来的工序。在粗加工的过程中需要留取一般3-5mm的刚性差，如果质量不稳定则可以取上限，当粗糙度在Ra6.3以上，则可以两刀加工，取余量0.7mm，如果面要求较高，可以先试切，测量后保证尺寸精确再切，最后要将这些工序反应在工序图之上。

结论

我国逐渐进入了工业化中级阶段，市场上对于重大装备的需求逐渐提升，国家正大力扶持重大装备制造，在这样的背景下应当加大对重大装备制造的研究力度。本文从重大装备制造技术、机架结构分析、加工设备选择、工艺方案优化等四个方面研究了基于重大装备制造技术优化设计机架制造工艺，旨在为相关重大装备的制造提供参考。

参考文献

[1] 杨顺田，李小汝.基于重大装备制造技术优化设计机架制造工艺[J].四川工程职业技术学院学报，2008，03：34-39.

[2] 杨顺田，李小汝.基于重大装备制造技术优化设计轧机机架制造工艺[J].机械与电子，2008，08：37-40.

[3] 王亚军.大型结构整体建模及八万吨压机主机架分析与优化设计[D].中南大学，2009.