浅析挖掘机结构件机械加工工艺

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摘要：对目前履带作为液压挖掘机行业中焊接结构件的机械加工工艺进行了分析。

关键词：挖掘机；结构件；机械加工工艺

履带作为液压挖掘机结构件，是产品的主要部分，也是各主机厂制造的关键零件。下面就挖掘机(以20t挖掘机产品为例)各主要结构件机械加工工艺进行分析。

1 回转平台

挖掘机回转平台是挖掘机的上车部分，其质量的好坏直接影响整机的性能和外观质量，必须建立起高精度的设备来保证零件的质量。用专机加工虽然效率高，但难以满足多品种的需要；采用普通设备，则需多次安装，由于零件的尺寸较大，零件的安装辅助时间较长，加工精度很难保证。回转平台主要由三大部件组成，即主平台、左侧平台、右侧平台。主要加工内容是主平台，主平台的加工部位有：与回转支承的结合面、回转减速机的安装面及安装孔、与动臂及动臂油缸连接的连接孔。挖掘机上车和下车是通过回转平台相结合的。动臂及动臂油缸连接的两个连接孔的平行度为0．O01mm，两孔的同轴度为 Ф0．O01mm。根据产品设计要求，有以下几种加工方法：

1)主平台的大梁采用整体式

该种设计方式使得主平台尺寸较大，一般情况下零件尺寸为：l 330mmx3 270mm ，为了保证产品的质量和提高生产效率，可以采用以下两种方式进行加工。

第一种方式：采用龙门式加工中心(五面体)进行加工。

龙门加工中心可带有交换工作台，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。零件需2次安装才能完成所有的加工内容。小松山推、山东众有、徐州卡特等公司均采用这种加工方法。该生产设备投资较大，一般情况下单台设备投资约为120万美元左右。单个零件的加工约为2h，如果年产量大于2 000台，可以把回转支撑支承的结合面和回转减速机安装面的螺栓孔拿下来，定位孔在龙门加工中心进行加工，其余螺栓孔放在摇臂钻床(Z3080)上进行加工，可节约设备投资。

第二种方式：采用卧式加工中心(双工作台)进行加工。采用这种方式加工，零件需立起来装夹，如图1所示，被加工部位离机床的工作台面为1 360mm，使得零件的夹具设计要求刚性强度大，零件装夹较上一种生产方式更困难，零件一次装夹可完成所有加工内容。设备主要参数如下：

X轴主要行程3O00mm

y轴主要行程2300mm

Z轴主要行程1600mm

W轴主要行程700mm

工作台尺寸2O00mm×2200mm

工作台数量2台

主轴直径Ф150mm

主电机功率22kW

刀库容量60件

图1卧式加工工作台

2)主平台的大梁采用分体式

这种设计使得主平台的尺寸较小，一般情况下零件尺寸为：1 330mm×500mm，在普通的卧式加工中心上即可进行加工，卧式加工中心可带有交换工作台，一台加工中心可满足2000台挖掘机生产的需要。

2行走架

行走架一般采用焊前加工，其加工零件可分为三部分，即x架、行走减速机安装座、履带架。

1)X架

X架根据产品的设计要求，其加工有两种工艺方案。

第一种工艺方案：回转支承联结体与X架拼焊前加工。该零件属于圆盘类零件，比较适合采用立式车床进行面的加工，螺纹孔采用摇臂钻床进行加工。这种方法设备投资少，山东众有、广西柳工股份挖掘机分厂、常州现代公司都采用这种工艺方法。

第二种工艺方案：回转支承联结体与x架拼焊后加工，拼焊后零件比较大，对机床要求也比较大，安装、加工较费时，一般都采用龙门加工中心进行加工，设备投资较大，合肥日立挖掘机公司、徐州卡特都采用这种方式。设备主要参数如下：

工作台尺寸5 O00mm×2O00mm

X、y、Z轴位移6O00mm×3O00mm×1O00mm

W轴位移1500mm

主轴转速15 r／min～1500r／min

主电机功率30kW

2）行走减速机安装座

一般情况下采用行走减速机安装座与u形梁拼焊前进行加工的方案，焊接后不再进行加工。采用的设备一般为立式车床和摇臂钻床，设备投资少。

3）履带架

履带架根据产品的设计要求，其加工有两种工艺方案。

第一种工艺方案：涨紧装置支架与u形梁拼焊后组成履带架，焊接后不再进行支重轮、托链轮安装面加工，u形梁拼焊单独加工，支重轮、托链轮安装螺栓孔采用钻模进行加工，不需钻前划线加工。这种方法设备投资少，小松山推、山东临工挖掘机分厂、广西柳工股份挖掘机分厂、常州现代公司都采用这种工艺方法。

第二中工艺方案：行走减速机安装座、涨紧装置支架与U形梁拼焊后组成履带架，拼焊后零件比较大，对机床要求也比较大，安装、加工较费时，焊接后进行支重轮、托链轮安装面加工，支重轮、托链轮安装螺栓孔采用钻模进行加工，不需钻前划线加工。一般都采用龙门加工中心进行加工，设备投资较大，合肥日立挖掘机公司、徐州卡特都采用这种方式。

3 动臂、斗杆

动臂和斗杆均属于长臂件，结构相似，加工内容相当。各油缸、销轴连接孔有一定的同轴度和平行度要求，相对应的各孔平行度为Ф0.5mm，各孔的同轴度为Ф0.25mm，零件焊接后进行整体加工，以确保零件的位置公差要求。履带式液压挖掘机有多种用于不同场合的工作装置，动臂和斗杆的种类很多，尺寸差别大。动臂和斗杆一般都采用双面加工的方式，可采用以下几种机床进行加工：

1)采用数控(数显)双面卧式镗铣床进行加工

用数控(数显)双面卧式镗铣床进行加工，不带有刀库，机床采用人工换刀，机床不具备刀具的检测、补偿功能。根据机床的布置方式可分为二种型式：

① 机床的工作台移动，机床主轴沿Y、Z轴移动，可实现同时铣削端面和镗孔，机床的主要参数为：

左右主轴直径Ф130mm

左右主轴锥孔锥度公制80#

左右主轴最大许用扭矩3400N・m

左右主轴转速范围3.5r／min～700r／min

工作台尺寸 9000mmx1600mm

左右主轴箱垂直行程2000mm

主电机功率 2x15kW

② 机床的立柱移动，工作台不移动。该机床的缺点就是两个立柱在使用一段时间后，需对两个立柱进行对中、调零。

2)采用双立柱加工中心进行加工

双立柱加工中心进行加工的好处，在于每个立柱均有单独的驱动系统进行控制，每个立柱均可独立完成各自的加工任务。双立柱加工中心带有刀库，根据动臂和斗杆的加工内容，最多需配30把刀。小松山推、合肥日立、常州现代等都采用这种加工方式。

4 铲斗

挖掘机的铲斗生产工艺可分为整体组焊后进行加工和焊前进行加工两种方式，后一种加工方法是国内挖掘机厂家普遍采用的方法。

1)整体组焊后进行加工

这种工艺方案的优点在于能保证装配的一致性，保证装配的精度。装配、焊接工序分开，有利于提高各工种生产效率和按节拍组织流水线生产。由于相对刚度大，有利于减少焊接变形，缩短起吊运输工作时间。缺点是整体焊接难以实现焊接自动化，铲斗焊接完成后整体在双面卧式镗铣床或专用机床上进行加工，工件吊装、找正和装夹很烦琐，同时由于侧板干涉，使得镗杆行程过长，致使加工难度增加，而且设备投资较大。

2）铲斗焊前进行加工

将铲斗的后板、立板与加强板组焊后，作为小部件进行加工，加工后再与其它部件总体拼焊。由于其余焊缝大多呈对称状态分布在其两侧，只要采用合适的焊接顺序，整体焊接后对加工精度影响很小，能满足其公差要求。这种加工方法的优点在于小部件镗孔易于找正、装夹，同时也缩短了镗杆的行程，使加工更方便，提高了生产效率，设备投资小，在一般的卧式镗床上就可以进行加工。