重型数控卧车承载能力提升改造

2018-01-02张朝阳韩兆举孟天宇申明付姚培根

设备管理与维修 2017年5期

关键词：卡盘托辊主轴

张朝阳，韩兆举，孟天宇，申明付，郭杰，姚培根

（1.洛阳中重设备工程工具有限责任公司，河南洛阳 471003 2.中信重工机械股份有限公司，河南洛阳 471003）

重型数控卧车承载能力提升改造

张朝阳1，韩兆举1，孟天宇1，申明付2，郭杰2，姚培根2

（1.洛阳中重设备工程工具有限责任公司，河南洛阳 471003 2.中信重工机械股份有限公司，河南洛阳 471003）

超大型回转件本身质量大，现有的重型卧车不能满足加工需要，通过加装辅助托辊分载装置对机床承载能力进行提升改造，达到高效率、短周期、低成本的改造要求。

重型数控卧车；承载能力；提升改造

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.05.53

0 引言

国家重大战略工程必须由极端制造能力提供保证与支撑。极端条件下的可靠服役已成为复杂装备制造的基本特点和要求。重型制造装备的基本特点是尺度、载荷、惯量巨大，为满足重型装备的制造加工，需要机床具备更高的加工能力，针对大型卧车承载能力的提升改造，介绍一种低成本、短周期的改造方案。

1 改造背景

中信重工机械股份有限公司为国内某公司生产制造的冶金设备Φ4400 mm×18 000 mm底吹熔炼炉，筒体外径4400 mm，筒体长14 380 mm，重149.112 t。底吹熔炼炉筒体使用Φ6000 mm×22 000 mm卧车（机床型号TP300）加工，机床主要性能参数：主轴卡盘和尾座卡盘中心距床身高3000 mm（最大回转直径6000 mm），过刀架最大加工直径4600 mm，最大加工工件长度22 000 mm，前后夹盘直径均为4000 mm，机床承重120 t。底吹熔炼炉筒体重量超出该机床设计承重能力，不能满足加工要求。为满足生产需求及后续同类产品的加工，需要一套高效率、短周期、低成本的解决方案。

2 改造方案

TP300卧车主轴结构如图1所示，主轴箱和尾座主轴均为主轴—卡盘结构，卡盘装卡工件后，通过主轴前、后轴承提供支撑力并使工件进行支撑回转，承载工件重量的能力关键在于主轴前、后轴承的额定承载能力。通过更换轴承型号提高轴承的承载力，也可以实现卧车承载能力的提升，但必须对箱体、主轴上轴承位置尺寸进行设计更改，这样不仅完全改变了原有的配合尺寸，同时要对主轴箱、尾座进行拆解，甚至更换主轴，工作量大，成本高，且存在加工质量、装配精度等不确定性因素，难以满足高效率、短周期、低成本的改造要求。

图1 TP300卧车主轴结构示意

改造要求是不改变原有内部机械结构，从外部入手解决承载力问题。经综合考虑，决定在主轴箱卡盘和尾座卡盘下方各增加一套辅助托辊分载装置，通过为主轴卡盘提供辅助支撑分力提升机床的承载能力，同时为了保持卡盘的整体刚度、强度和耐久性，在卡盘外圆热装一轮带，使辅助托辊分载装置的支撑力通过轮带传到卡盘主轴，分载工件重量。机床改造承重结构布置见图2。

3 改造内容

（1）辅助托辊分载装置。辅助托辊分载装置的2套辅助托辊分别与卡盘轮带相切接触，与卡盘竖直轴线方向成30°夹角（图3）。辅助托辊通过卡盘轮带托住卡盘，用于卸荷机床承载力。托辊内部为调心轴承，工作过程中可根据受力方向变化进行微量自适应调整，以保证分载效果。通过调整丝杠、丝母实现对辅助托辊支撑预紧力的调整，达到最佳的接触效果。

图2 机床承重结构布置示意

图3 机床承重改造示意

辅助托辊装置靠下部的托辊支承座、托辊导轨座支撑。托辊支撑座有通长键槽，与辅助托辊下部的键形成滑动副，对辅助托辊的径向移动进行导向，同时进行轴向定位。尾座端下方的托辊导轨座与床身导轨接触，并将托辊导轨座通过连接板与尾座体连为一体，使尾座端辅助托辊装置可以随尾座移动，以适应不同长度的工件，避免拆卸。主轴箱端辅助托辊装置不需要移动，托辊导轨座直接与主轴箱体下部支撑固定连接。

（2）卡盘轮带。由于卡盘材料为铸铁，而辅助托辊材料一般采用经表面淬火后的42CrMo，轮带材料选 45#钢。轮带工作过程中，要受到托辊的作用力，如采用铆焊件，焊缝连接处的硬点会对托辊产生循环冲击载荷，使托辊较快产生压痕点蚀磨损，影响精度和使用寿命，同时托辊轴承由于振动磨损缩短使用寿命。如采用铸钢或铸铁件，硬度远低于托辊表面硬度，两者对滚易造成轮带较快磨损，因此轮带材料选用锻件。

轮带与卡盘选用过盈配合，热装方式安装，使轮带对卡盘圆周上的固持力均匀，加强卡盘的刚度和强度。根据卡盘尺寸选择轮带与卡盘合适的过盈量，过盈量小，可导致工作过程中轮带与卡盘产生相对移动；过盈量过大，则热装冷却后会因轮带对卡盘的固持力过大，对卡盘结构产生不利影响。