大型結(jié)構(gòu)件法蘭平面的加工

1工件結(jié)構(gòu)及加工設(shè)備需求法蘭外徑5930mm，整體工件高度（長(zhǎng)度）12000mm（見圖1），法蘭材質(zhì)為Q345B鋼，厚度為140mm，由鋼板拼裝焊成法蘭，探傷及退火熱處理后先進(jìn)行粗加工，粗加工比較容易，可以放在立式車床上進(jìn)行加工，粗加工后與筒體焊接，再進(jìn)行精加工，如果將法蘭精加工后與筒體焊接后不進(jìn)行再次加工，則幾何公差達(dá)不到要求，且因焊接引起的變形無法消除，所以必須在焊接后再進(jìn)行精加工。法蘭焊接后成形，這樣的大型工件采用一般機(jī)械設(shè)備無法進(jìn)行加工，且國(guó)內(nèi)能加工這類工件的機(jī)床也罕見。在起重機(jī)行業(yè)，有專業(yè)人士采用專用加工裝置，到現(xiàn)場(chǎng)代客戶加工，但費(fèi)用昂貴，例如一對(duì)法蘭的加工費(fèi)用高達(dá)18.5萬元，且加工質(zhì)量不太穩(wěn)定，加工時(shí)間受到限制，對(duì)交貨期有影響。為此，根據(jù)現(xiàn)有設(shè)備及條件，自行設(shè)計(jì)加工裝備，對(duì)鋼筒平面進(jìn)行加工。2鋼筒（立柱）工藝方案的確定（1）筒身的加工筒身的加工工藝流程為：原材料→噴丸處理→刷底漆→下料（坡口）→成形（卷板焊接）→組焊。（2）法蘭的加工法蘭的加工工藝流程為：原材料→下料（坡口）→拼裝焊接→退火→粗加工（車削）。（3）工件整體的加工法蘭與筒身及其他部分組焊→去應(yīng)力退火→法蘭平面加工→鉆孔等加工→與船體焊接（檢驗(yàn)未注明）。3法蘭平面的加工工藝流程法蘭平面的加工工藝流程為：工件（焊有法蘭的鋼筒）放置到水平平臺(tái)上→安裝調(diào)試搖臂鉆床→銑平面→打磨接刀痕→磨平面→標(biāo)準(zhǔn)平面對(duì)研修整→拆卸加工裝置（檢驗(yàn)未注明）。4筒身的放置將原沿軸線水平放置的筒身，起升為軸線鉛垂方向，然后放到預(yù)先調(diào)好水平的支撐面上，再次測(cè)試垂直度，如果垂直度超差，則采用在水平支撐面與工件間加墊片并與工件焊牢的方法，待到船體上與船體焊接，使垂直度在要求范圍內(nèi)。5鉆床的改裝及安裝鉆床在工件中的安裝如圖2所示。1）將搖臂鉆床Z30110原機(jī)座拆去，安裝于事先制好的安裝底板2上，用螺釘夾緊。過渡聯(lián)接板1事先固定于鋼筒板上（焊接），安裝底板和過渡聯(lián)接板均預(yù)先找中心并鉆好安裝孔，放置安裝墊鐵。安裝墊鐵為標(biāo)準(zhǔn)墊鐵，兩接合面為斜面的平坡帶有螺栓，可調(diào)整兩塊板的相對(duì)位置，從而使上下兩面距離增大或減小，達(dá)到調(diào)整高低的目的。2）起吊搖臂鉆床（與安裝底板已聯(lián)接在一起）放置于安裝墊鐵上，并使安裝底板及過渡聯(lián)接板上的安裝孔相對(duì)應(yīng)。3）機(jī)床的調(diào)整。在搖臂鉆床搖臂上方的橫向軌道面上安放光學(xué)合像水平儀4，根據(jù)光學(xué)合像水平儀的讀數(shù)調(diào)整安裝墊鐵的高度，通過搖臂360°回轉(zhuǎn)，調(diào)整安裝墊鐵，使搖臂360°回轉(zhuǎn)均在同一水平面內(nèi)。然后將鉆床底板和過渡聯(lián)接板緊固牢靠，再次360°轉(zhuǎn)動(dòng)搖臂，如有偏差則再次微調(diào)，直到底板與過渡聯(lián)接板夾緊固定后，搖臂回轉(zhuǎn)及主軸箱平移為同一水平面，也就是整個(gè)法蘭平面最大誤差調(diào)整在＜0.06mm范圍內(nèi)。4）在鉆床主軸上安裝百分表，并為基準(zhǔn)檢測(cè)整個(gè)法蘭待加工平面最高、最低點(diǎn)及大致的平面狀態(tài)，將大于平均高度處涂色作記號(hào)，則為加工余量較大的部分。5）鉆夾頭更換裝夾銑刀。先加工著色部分，使最后一道工序加工余量比較均勻。銑削時(shí)，進(jìn)刀運(yùn)動(dòng)為主軸上下運(yùn)動(dòng)，即鉆孔時(shí)的走刀方向；走刀運(yùn)動(dòng)為銑刀軸線沿法蘭徑向移動(dòng)，由法蘭的內(nèi)徑向法蘭的外徑行走運(yùn)動(dòng)，一個(gè)走刀完成后，則返回，搖臂旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度再按原進(jìn)刀深度再次走刀，旋轉(zhuǎn)角度使得兩次走刀相交接，按此方法依次在法蘭圓周上進(jìn)行切削，如圖3所示。走刀時(shí)鉆床搖臂與立柱應(yīng)鎖定，包括主軸上下采用自制鎖定套鎖定。為提高表面加工質(zhì)量，減輕操作工的勞動(dòng)強(qiáng)度，在主軸箱移動(dòng)手輪上加裝一齒圈，通過伺服電動(dòng)機(jī)（減速機(jī)）小齒輪進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，將轉(zhuǎn)速調(diào)到相適宜的走刀速度，進(jìn)行機(jī)動(dòng)自動(dòng)走刀。6）修磨。由于整個(gè)圈周走刀次數(shù)很多，難免會(huì)留下走刀接刀痕跡，所以用磨光機(jī)砂皮拋光修磨的方法去除接刀痕。7）將鉆夾頭裝上磨光砂皮百葉輪，對(duì)銑削平面進(jìn)行光整磨削，從而提高表面質(zhì)量。8）研磨。事先制好一塊長(zhǎng)度1500mm、寬度及圓弧形與所加工的平面相當(dāng)?shù)钠桨澹ㄒ妶D4），對(duì)平面表面進(jìn)行淬火處理后的精磨。研磨時(shí)加工平面涂著色粉，將預(yù)制平板光面與加工平面對(duì)磨，其作用為：①檢查平面的接觸情況。②研磨接觸部分亮點(diǎn)。采用裝有砂皮輪的手提式磨光機(jī)磨去亮點(diǎn)部分。圖5所示為研磨修磨過程中的平面。6檢驗(yàn)采用激光平面度測(cè)量?jī)x進(jìn)行檢驗(yàn)，檢測(cè)結(jié)果平面度為0.25mm，滿足要求。7加工過程中的關(guān)鍵點(diǎn)加工過程中有以下幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：1）銑平面時(shí)，采用徑向走刀，走刀行程不長(zhǎng)，走刀次數(shù)多，易造成接刀痕增加，操作者操作頻繁。如果采用搖臂回轉(zhuǎn)進(jìn)行走刀，一次走刀一個(gè)圓周，接刀痕跡少，但由于立柱與搖臂配合的間隙放大，使得加工過程中系統(tǒng)剛性減小、振動(dòng)加劇，加工表面質(zhì)量差，還影響刀具的使用壽命，因此，該方法不可取。2）研磨采用平板對(duì)研，用砂皮輪修磨而未采用刮刀刮削，這是因?yàn)樵撁鏋橹С忻妫枰惺茌^大的力而沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，更不存在潤(rùn)滑的要求，這與機(jī)床導(dǎo)軌的運(yùn)動(dòng)要求有本質(zhì)的不同。采用砂輪修磨速度快，勞動(dòng)強(qiáng)度小。3）加工過程中，盡量使搖臂處于最低狀態(tài)以增加系統(tǒng)的剛性。4）切割速度、進(jìn)給量不可盲目照搬切削手冊(cè)數(shù)據(jù)，應(yīng)根據(jù)銑削及鉆床的特性，結(jié)合實(shí)際工況下試切削的經(jīng)驗(yàn)來確定，比如對(duì)于銑削平面來說，搖臂鉆床的主切削功率比較小，鉆管（軸）伸出比較長(zhǎng)，剛性差，其銑削刀具直徑和銑削速度會(huì)受到限制。8結(jié)語通過本加工方案的實(shí)施及裝置的使用，成功加工出筒身法蘭及相應(yīng)平臺(tái)法蘭，幾何公差均達(dá)到規(guī)定要求，并通過CCS（中國(guó)船級(jí)社）的檢測(cè)認(rèn)可，獲得船檢證書。實(shí)踐證明，雖然該裝置人工操作的勞動(dòng)強(qiáng)度比較大，但加工的法蘭滿