STC600塔机标准节主弦杆加工工艺

杨少秀 刘双明 范勖成

（陕西建设机械股份有限公司，西安 710000）

陕西建设机械股份有限公司主要生产各种类型塔式起重机，在塔式起重机生产过程中标准节是关键重要部件，并且有批量大精度要求高等特点。本文以STC600塔机标准节主弦杆为例，对其加工工艺进行了优化分析。

1 主弦杆设计要求

陕西建设机械股份有限公司生产的标准节主弦杆设计要求如图1所示。

2 工件施工状况

主弦杆是塔机的重要组成构件，是承载塔机起重臂质量的主要承载构件，在施工过程中要保证弦杆精度良好，连接完毕后标准节成方尺寸误差在±2 mm内。同时，主弦杆上、下节之间不允许有错边，以保证塔机顶升过程顺畅。主弦杆的各节点板之间用斜腹杆相连，要求连接孔位置精度小于等于±0.05 mm，并保证连接完毕后标准节不变形，塔机在旋转施工过程中无异响。

根据主弦杆的特点和施工概况，此类零件要求孔精度高，其连接板和方钢管的内孔和端面等位置度要求也较高。由于陕西建设机械股份有限公司拥有大型落地加工中心，制定该零件的加工工艺方案为：各零件角钢拼方→拼焊→涂装→粗精铣→粗精镗。考虑到工件长度与孔位，其装夹方式如图2所示。

此装夹方案利用工件自重与长度以及其中的内直角边定位[1]，方便装夹与上下料，并且加工时能够避让开节点板长度。加工时采用的刀具长度要小于刀具4倍直径，加工方法采用钻、扩、镗和钻、扩、铰等常用刀具加工。经过实际装配施工检验，加工完毕后，主弦外形在装配时存在错边现象，错边量大于 2 mm，同时同组孔之间同轴度超差，且节点板孔超差严重，从而造成标准节连接完毕后起升困难，且节与节之间异响严重，组装完毕后整个标准节出现扭曲变形。其原因分析如下。

（1）由于本零件主体结构由角钢合方而成，零件焊接完毕后，零件变形会导致整体扭曲。经过测量后整体构件扭曲大于5 mm，个别构件弯度大于8 mm。加工时，此方案与实际工况装配基准不统一。基于此类原因，导致加工基准与加工要素误差大，加工完毕后孔边距离严重超差，孔与基准面垂直度误差超过3 mm。

（2）构件本身刚性差，且加工前矫正不到位造成工件扭曲，加工时压紧又使构件变形。

（3）定位基准与设计要求不一致。设计装配要求不焊接连接板的直角边为定位基准，但在加工时为了方便装夹和方便上下料采用了内直角边为基准装夹，加工完毕后误差全部积累到外直角边，导致加工完毕后装配基准出现错边。

经过工地试装与工艺人员和一线人员的沟通，更改了装夹方案，同时将原有工艺方案做了大量改进：各零件角钢拼方→拼焊→矫正→涂装→粗精铣→粗 精镗。

2.1 对称施焊

采用ER50-6、Φ1.2 mm焊丝施焊，焊接电流为260～280 A，电压为26～28 V，气体流量为15～25 L·min-1，焊后去除飞溅[2]。另外，焊接其余零件与方钢管之间的焊缝时需要注意以下几点要求。

（1）打底焊前检查定位焊缝，如有缺陷，需清除缺陷焊缝后再施焊[2]。

（2）焊前需要预热，采用烘枪或液化气喷火枪 （50型单开关）预热，预热温度为150～200 ℃。

（3）采用多层多道焊缝施焊，并保证层间温度在150～200 ℃。

（4）焊后使用岩棉、石棉被等保温材料覆盖保温缓冷。

（5）坡口焊平，焊后打磨，保证焊缝光滑平顺，不得有气孔、咬肉、夹渣、漏焊等现象。

通过控制合方电流电压，并实施多层多道焊的焊接工艺有效改善了构件变形缺陷[3]。

2.2 构件焊接完毕进行矫正

首先，将各连接板拉筋磨开，并修磨平整，进行火焰矫正，在各连接板内开档尺寸。其次，矫正主弦直线度偏差小于等于1 mm·m-1，总长小于2 mm，扭曲小于2 mm。最后，在加工时用工装检测矫正不合格的产品，并再次矫正，以避免不合格产品流入机加工序而产生报废品。

2.3 涂装

本构件内腔需要进行防锈处理，为避免冷却液等后期清洗困难的问题，可在加工前进行防锈处理。陕西建设机械股份有限公司采用专用长杆喷枪对内腔进行防腐处理，在此不详细叙述。

2.4 装夹方案

装夹定位基准选择踏步所在外直角边，并对装夹工装设置调整螺栓以消除焊接误差，使基准与装配基准统一，保证误差全部积累到不影响构件尺寸的内角边。具体装夹更改方案如图3所示。

3 工装说明

工装改进后采用不焊接连接板的直角边定位，而且为保证加工刚性选择在大孔附近分别固定夹板，同时工装下面有可调支撑（支撑螺栓）[4]，在构件变形时可以在一定范围内使基准与工装贴实。另外，为减少加工连接时的变形情况，在连接板之间加装了固定夹板，有效减少了加工颤动。工艺优化后经过测量与现场工地装配，所有孔距均合格，外形错边量小于等于0.5 mm，且装配过程流畅。

4 刀具切削参数选择与优化

本零件加工过程需要用到Φ80 mm面铣刀、Φ74.5 mm的U钻和Φ45 mm组合镗刀等刀具。为保证加工效率节约刀具成本，经过长时间的探索与总结选取以下加工参数。

4.1 两端铣削

在加工两端总长尺寸（5 700 mm±0.1 mm）时，采用D=Φ80 mm的面铣刀（齿数Z=8），并按照方管截面形状采用轮廓分层铣削的方式，铣削速度选取V=120 m·min-1，根据切削速度计算公式：

计算得出转速N=477 r·min-1；根据切削经验，刀具进给量选取为f=305 mm·min-1。

4.2 Φ75十字孔加工参数选定

在加工4×Φ75H8孔时，为提高加工效率，采用U钻+精镗的方式加工[5]。U钻采用Φ74.5 mm的U钻，切削速度为140 m·min-1。根据式（1）计算可得转速为598 r·min-1，根据切削经验，刀具进给量选取 59.8 mm·min-1。注意在U钻加工孔时，为创造更好的排屑条件，要将冷却压力开到最大，以保证铁屑更好地排出，避免铁屑参与二次切削而造成表面划伤或者挤伤刀具。U钻加工完毕后再采用精镗刀进行精加工可达到精度要求。

4.3 Φ45H8孔加工参数选定

在加工10×Φ45H8孔时，为提高加工效率，在试制过程中可采用麻花钻+铰刀的方式加工。但是由于Φ45 mm孔处于连接板上，麻花钻加工时会存在变形而导致铰孔尺寸过大，且粗糙度也不能满足要求。根据零件特点与孔位置开档尺寸要求定制组合镗刀，采用U钻钻孔-粗镗-精镗的加工方式。组合镗刀第一层刀片采用Φ43 mm的U钻，第二层粗镗采用Φ44.5 mm 的粗镗刀，精镗采用Φ45 mm精镗刀，并利用组合刀一次加工完成，以减少换刀频次。切削参数选择为 120 m·min-1，根据式（1）计算可得转速为888 r·min-1，根据切削经验进给量选取88.8 mm·min-1。

经过优化工装与切削参数、增加矫正工序等方式使零件加工完毕后完全符合设计要求。

5 结语

本工装设计改变了原有底面定位的装夹方式，通过调整螺栓保证加工基准与设计基准统一，充分体现了基准的重要性。主弦杆主要用于大型塔的标准节，其质量是塔机正常安装运行的关键部件，其特点是构件长度大、精度要求高、批量大、互换性要求高等。但是，在制作过程中只要严格按照工艺流程并合理选择加工基准就能满足构件精度要求，从而保证塔机正常安装使用，大大节约后期维护成本。后期加工时，可考虑优化刀具，如选择合适的组合刀具提高加工效率。由于本构件为焊接件，在Φ75 mm孔附近由角钢本身与加强板焊接而成的叠层板加工难度大，且在焊接时加强板与母材存在间隙，U钻在加工时存在“锥形盖”不易切削现象，“锥形盖”受进给力的挤压容易造成刀具磨损。后期可选取更合适的刀片解决此类现象，以保持良好的切削条件，减少刀片磨损，节约加工成本。