大型盾构机加工工艺攻关

黄炳镇 王林

（广州广重企业集团有限公司 广州 511400）

大型盾构机加工工艺攻关

黄炳镇 王林

（广州广重企业集团有限公司 广州 511400）

本文主要对超大型盾构机在机加工方面如何在最经济，最方便有效的前提下加工并保证盾体的加工精度的关键技术研究和攻关。

大型盾构机；加工工艺；机床改造

1 引言

盾构机，是一种大型、高效的光、机、电、仪一体化产品，广泛应用于隧道工程施工的现代大型施工机械，是现代化交通运输工程、地下工程、矿山开采工程、水力水电工程、城市市政建设工程中先进的施工工具。

φ18m盾构机是目前全球最大的盾构机。我公司主要负责大型盾构机盾体焊接和加工制造。大型盾构机分瓣式盾体的生产制造对加工工艺和加工装备要求很高。盾体直径大而且是分瓣结构，对加工精度要求较高，华南地区现有的加工设备能力难以直接加工。

2 主要技术指标

φ18m盾构机的盾体尺寸：盾体直径φ17560（+20/0）mm，高度8815mm，重约1000t，加工盾体的中心驱动法兰直径：φ8480（+2/+1）mm，长度1255mm，粗糙度Ra3.2。在驱动法兰下平面钻攻144个M36螺纹孔的螺纹。

3 原先加工工艺方案

盾体分成分成八大件，中间用连接法兰板和螺栓连成一个整体，八对联接法兰板的2个平面先精加工，并钻孔攻螺纹，铣密封槽，镗定位销孔。然后连接法兰板与盾体整体铆焊完成后，拆散八件盾体，每件盾体分别吊装到12m数控龙门镗铣床精加工中心法兰内圆，并要求加工后盾体整体组装检测中心法兰内圆公差尺寸。

以上传统的大型分瓣结构盾体加工，比较繁琐，由于分片加工，整体圆度难以保证，加工周期长，需反复多次拆装的缺点。

4 工艺改进方案

4.1 改装小型专用车床

将改造好的专用小型机床安装在盾构机中心空间位置上来加工中心驱动法兰，工件不动，机床转动车削加工的方式，代替原先的铣削，车削可以一次加工盾体的中心法兰内圆直径尺寸。具体是：将一台φ3.4m普通立车的立柱和横梁拆除，保留转台、旋转装置和变速机构，取消原有机床的电控箱，使用75kW变频器来代替45kW变频器，使用55kW 960r/min，可以在加工切削过程中不断地调整切削速度，达到最佳切削效果。由于φ3.4立车转台直径φ3m，要加工工件直径φ8m，就必须在原来转台上在扩大到φ7m转台。于是，设计一件7000mm×3000mm×300mm钢结构平台，为了保证钢结构平台旋转时的平衡，钢结构平台一端安装一套刀架立车，另一端安装一套平衡块，钢结构平台用螺栓紧固在转台上。

在平台上用螺栓在紧固一件偏心钢板，偏心钢板上安装两条的用于立柱拖板水平移动的导轨，在立柱垂直移动的拖板上再用螺栓连接水平放置的小刀架，小刀架可以用手动水平移动进刀和退刀。在小刀架还装上垂直刀杆，可以上下移动，采用上下两个固定形式，防止切削工件时可能产生振动。这样，刀杆可以根据加工工件长度做上下调整。同时，又在垂直刀杆上固定连接一件水平进给的横向刀把，横向刀把装上刀杆和车刀，可以水平进给加工一定的长度。因为加工工件有较高的表面粗糙度要求，所以要求切削时能自动进给，要自动进给就必须解决电源接线装置、转台和可快速进退的变速机构的问题。加工时由于工件固定不动，刀架和转台一起旋转，所以电源线就采用电机导电炭刷连接方式。采用立柱垂直丝杆螺母副和悬挂形式及变速机构设计形式，增大了丝杆螺母副和轴承副的刚性，解决了水平移动拖板的丝杆螺母副的自动进给和快速进给的变速机构设计问题，如图1。

4.2 改造小型专用钻床

盾体中心法兰精加工平面圆周上要求钻孔攻一圈M36螺纹孔，由于盾体高度超出φ125摇臂钻床钻孔的高度范围，这样旧的钻削方式行不通。通过工艺方案的改进来解决钻削问题，即改装φ80摇臂钻床，将钻床放置盾体内孔来解决问题。

具体是：先将φ80摇臂钻床的立柱与底座拆卸，用钢板焊接一件底面直径φ2m、上面直径φ1m、高1m圆锥平台，平台上下两平面分别加工凹凸止口面，并用螺栓上紧固定原立柱与圆锥平台上。再将立车转台上的立柱刀架吊开，把摇臂钻床立柱和加高的圆锥平台一起吊到转台平面，并用螺栓上紧固定到转台上面，这样升高摇臂立柱可以在中心法兰的内圆中间旋转360°钻攻M36螺纹孔。

图1

5 改进后的效果

通过该小型专用机床加工出来的盾构机内孔，经检验，其表面尺寸精度和粗糙度，均达到图纸的设计要求。整体加工时间大幅降低，比原先缩短了一半，做到了一次安装，连续不间断加工，减轻了由于分块加工需多次运输装夹的工作，改进效果明显。该小型专用机床的成功改进，也在往后的盾构机加工中得到应该。

6 结语

通过不断是试车和加工出合格的产品，实践充分说明该小型专用机床是可行的，该项机床改造技术也获得“发明专利”（专利号：ZL 201210582501.X）。利用小型专用机床加工大型盾体，机构简单，方便装拆，无需开挖专有地基，降低设备投入费用和维护成本，减少占地面积，且可根据构件的大小和形状进行调整，适应性强。

[1]徐灏，等.《机械设计手册》[M].北京：机械工业出版社，2000.

TG71

A

1004-7344（2016）16-0255-01

2016-5-22

黄炳镇（1984－），男，助理工程师，大学本科，主要从事通用机械产品工艺技术方面的工作。