挖掘机动臂半自动化机加工制造的探讨

王德军/WANG De-jun

（山河智能装备股份有限公司，湖南 长沙 410199）

在工程机械制造领域，经常要制造大型的构件，有的十分复杂，还需要有足够的强度；构件一般要设计铰接孔，用来完成一些动作，需要按照图纸进行机加工来实现构件的形位公差精度，才能实现设计目的；机加工过程复杂，需要大量时间调整、对正，工作效率低，设备利用率就更低；机加工装备不仅包括加工机床、刀具、量具，还包括专用的机夹具。机床的选用和机夹具的设计直接关系到动臂的加工质量和生产效率。

本文主要是以双轴加工中心加工挖掘机动臂为例论述在加工中心上面实现半自动快速机加工的制造工艺。

双轴加工中心大多配有2个工作台，可以交换使用，尤其善于对称配置孔的蹚、铣、削加工，适用于长杆状结构件的机械加工，例如挖掘机的动臂。结构件不一样，所以每加工一件时都要重新调整，设备大部分时间处于待加工状态，在结构件定位时，不但要保证前后对正，也要保证上下对正，为了达到图纸机加工要求，往往需要有较高技能的操作者，但仍无法避免在每一枚产品加工完以后实际尺寸有很大区别的现象，偏镗和镗偏的现象经常发生。所以在调整时，只好利用百分表、标尺等，进行反复的校正，才可获得需要的加工位置，这样就延长了加工时间。另外在工件调整过程中，操作员要近距离反复接触工装，行走于工装和加工中心的平台中，如遇夜间上班，安全可靠性差，有的工厂已经出现把人挤压到设施里面的事故。

图1 目前使用的机加工工装

1 双轴加工中心加工动臂普遍采用的制造工艺

当前加工中心使用的工装如图1，主要采取螺杆定位，液压油缸夹紧的方式，在动臂的侧面通过螺杆夹紧定位，前端通过塔形件夹紧定位，中间部分通过月牙板夹紧定位，尾部通过后侧板夹紧定位；需要不断调整构件的位置，由于每个

2 机加工定位原则

当前广泛采用的机加工定位方法是：为了预留机加工进刀的空间位置，采取定位位置与加工位置不一致的工艺方法。这也是行业内镗孔工装一直采取的装夹定位方法。而结构件在焊前组对时，采用后期要机加工的位置进行定位是最佳定位，此处正是结构件尺寸相差最小的位置。为了机加工进刀，不得不放弃这些定位位置。本文探讨的工艺装备，正好推翻了原来的定位方法，提出了一个新的机加工定位原则，即采取定位位置与机加工位置相统一的机加工定位原则。通过合理设计，避开定位占用机加工刀具位置的矛盾，从而实现组焊与机加使用一个定位位置，达到缩短时间的目的。

3 结构件半自动快速机加工工艺装备的结构

3.1 装置的整体结构及组成

半自动机加工工艺装备如图2所示，包括快速前定位、快速中定位和快速后定位；快速前定位与前定位支座对接，快速中定位与中定位支座对接，快速后定位与后定位支座对接。

图2 半自动机加工工艺装备图

图3为前、中、后快速定位装置，其中快速前定位包括前底板、前动板和前动力装置，前底板上设有前轨道，前动板上设有前箱体、前行走装置，前顶油缸设计在前箱体上，箱体两侧配有前定位块；中定位包括中底板、中动板和中动力装置，中底板上设有中轨道，中动板上设有中行走装置和2个中定位块；后定位包括后底板、后动板和后动力装置，后底板上设有后轨道，后动板上设有后行走装置和2个后定位块。

3.2 快速定位装置的定位原理

图3 前、中、后快速定位装置

前动力装置的前进给油缸的一端固定在前底板上，另一端固定在前动板的下方，前导向定位轴设有燕尾状滑道并固定安装在前动板上，前顶油缸的一端与前导向定位轴连接另一端与前箱体连接；在前动力装置的前进给油缸作用下，前动板可以沿前轨道前后移动，可以应对不同机型的位置，在前顶油缸的作用下定位块开始移动实现对动臂前部支撑的定位，同样可以在定位块上更换不同厚度的垫块实现不同机型的定位，对于工装本身也获得了一个可以调整精度的定位装置。

中动力装置的中进给油缸的一端安装在中底板上，另一端安装在中动板上，中横油缸通过中横油缸座安装在中动板上，在中进给油缸的作用下中动板可以沿中轨道移动，在中横油缸中定位块可以水平伸缩，从而实现动臂中部支撑的定位。

后动力装置的后进给油缸的一端安装在后底板上，另一端安装在后动板上，后横油缸通过后横油缸座安装在后动板上，在后进给油缸的作用下后动板可以沿后轨道移动，在后横油缸的作用下定位块可以水平伸缩从而实现动臂后支撑的定位。

在前中后定位完成以后，上下左右锁紧定位装置跟进，在不影响刀具进给的位置锁紧动臂，实现终极定位，随后油缸系统加紧，至此获得了一个可靠的待机加工的位置；随后前中后快速定位装置撤出，从而完成快速定位全过程。

4 快速定位装置的半自动化

以上装置使用控制线路，驱动电磁阀，控制油缸改变推进方向，实现定位装置的遥控动作。控制原理简图如图4，此为半自动控制装夹定位装置，与现有技术相比，本装夹原则带来的有益效果是：双轴加工中心使用半自动快速定位，重新启用组焊时的定位位置，实现组焊定位位置与机加工定位位置相统一的系统定位原则。在公差范围内实现快速定位，解决了现有技术中调整、对正时间长的问题，并通过无线遥控装置的使用，实现双轴加工中心工装远距离装夹，从而解决了双轴加工中心操作安全性低的问题。使用本装置以后只需要5min左右便可以完成调整、对正过程，操作过程简单，易于掌握，工作效率大大提高。也为全自动装置奠定基础。通过快速定位装置的使用，可以让一个零件安装，另一个零件在加工，可节省零件的安装、检测时间。

图4 遥控实现简图

5 半自动快速定位装置的使用方法

半自动快速定位装置的使用方法，包括下列步骤。

1）将所述快速前定位、快速中定位和快速后定位分别固定安装在机加工工装的相应位置，连接液压油管线、压力油泵站及相关配电线路。

2）将被加工结构件——如挖掘机动臂放到工装里面，机加工工装将结构件导入预定位置(误差在2mm的范围内)。

3）驱动前进给油缸将快速前定位的前动板沿前轨道送入定位位置，启动前顶油缸，使前箱体沿前导向定位轴向下移动，迫使两个前定位块对称顶出，对挖掘机动臂的前锻件执行前端定位。

4）驱动后进给油缸将快速后定位的后动板沿后轨道送入定位位置，启动后横油缸，推动后定位块对挖掘机动臂的后锻件执行后端定位。

5）驱动中进给油缸将快速中定位的中动板沿轨道送入定位位置，启动中横油缸，推动中定位块对中锻件执行定位。

6）随后启动结构件机加工工装，对结构件位置进行确定(误差在0.5mm的范围内)、锁死。

7）将快速前定位的前定位块、快速中定位的中定位块、快速后定位的后定位块退出。

6 结 论

1）通过快速定位装置实现定位位置与机加工位置相统一的机加工定位原则。

2）整个制造过程采取组焊定位位置与机加工定位位置相统一的系统定位原则。

3）快速定位装置，实现了机加工件校正依赖机床主轴的现状，可以直接在工作台上面装夹，不占用机加工时间，提高了机床的利用率。

[1] 左延红，张克仁．数控落地镗铣床在挖掘机超长臂机加工的应用[J]．制造技术与机床，2010，(8)：111-114．

[2] 叶道军．挖掘机结构件机械加工工艺探讨[J]．公用工程设计，2008，（8)：82-84．

[3] 王德军，洪 峰．动态快速定位装置[P]．中国专利：ZL201220428053，2013-04-24．