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      螺栓球定心臥式鉆攻中心構型設計


      大量工程實踐[1 - 2]和理論計算[3 - 4]表明,螺栓球的加工質量是決定空間結構網格安全穩定性的主導因素。其中,螺栓球的形位誤差和螺紋誤差是加工中影響質量的最主要問題,依照標準,目前行業中螺紋孔精度和角度誤差的合格率普遍不超過 30% ,有的誤差甚至超過國家規定標準 10 倍以上[4],施工時多采用強迫安裝,使局部受力過大,應力集中顯著,嚴重影響空間結構的安全。隨著大型、超大型空間結構日益增多,對螺栓球精度的要求越來越高,安全性問題日益突出。
      造成以上結果的原因是行業內采用改造的普通機 床和人工加工方式,不能適應螺栓球加工的特點,補 償繁瑣,勞動強度大,生產效率低。隨著數控技術發 展,采用數控加工中心是一種解決方案,行業上曾出 現利用美國辛辛那提數控中心加工螺栓球的生產方 式,采用普通立式加工聯合 2  軸數控轉臺進行加工,但螺栓球受力巨大,為維持加工剛性需減少進給速度,而無法在行業中推廣。
      開發螺栓球專用加工機床,適應螺栓球加工特點,提高加工精度和效率,是空間網架結構行業亟需解決的問題。
      作者針對螺栓球加工的特點,分析了螺栓球加工中的受力情況和誤差來源,提出了定心加工方案和臥式機床設計,依據分析結果計算了各個功能部件的受力以及裝配要求。
      1    加工條件
      設計螺栓球時,依據專用軟件的計算結果決定單 個螺栓球中螺栓孔的尺寸和方位,屬于單件生產。螺 栓球直徑為 120 ~ 300 mm,加工進給量 150 mm 以內, 屬短進給加工。
      不考慮基準面和孔,螺栓球中每一個螺紋孔加工分為 4 步:  銑平面→鉆孔→倒角→攻絲。其中,受力或力矩最大的步驟是鉆孔和攻絲。隨著建筑大型化, 螺栓球最大孔直徑已經達到 M50 以上。以 M40 為計算實例,鉆孔的軸向鉆削力接近 1 × 104  N,攻絲力矩達到 200  N?m,屬于重力切削加工。因此,加工中應使用鎖緊裝置和靜態加工方法增強加工穩定性和剛 性,并應盡可能實現加工中各個部件的受力基本均 勻。
       另一個現實條件是: 由于螺栓球為單件加工,應盡可能使用自動設備加工,減少人工使用量和編程量,以提高效率。


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      針對 45 號鋼螺栓球的直徑為 10 ~ 50 mm 螺紋孔全系列加工特點,設計專用加工機床,采用球心定位結構和臥式機床布置形式,進行了誤差影響因素分析和受力狀態下的機床剛性有限元分析,提出了機床的設計思路。結果表明:
      ( 1) 采用臥式轉臺和立式轉臺的軸心交點和螺栓球球心重合,實現球心定位,能夠減少兩項設計和避免補償加工誤差;
      ( 2) 球心定位結構的薄弱環節在于立式轉臺, 將立式轉臺結構簡化為空心體, 當壁面厚度在 15mm 以上時,球心點位移在 0. 05 mm 以下,考慮內部減速機構的分擔作用,可認為剛度能夠保證加工精度;
      ( 3) 有限元簡化模型中,立式轉臺的臺面和夾具連接部分為應力集中區域,在設計中需要加強;
      ( 4) 機床設計應以聯合轉臺結構為出發點,依據機床受力逐步擴展。
      設計螺栓球加工機床時,應考慮的因素較多,包括摩擦剛度和輔助構件等構型設計,需要進一步研究。

      標簽: 鉆攻中心  
      分類: 鉆攻中心  
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