CN1454744A - 一种在线修理方法及其专用组合机床 - Google Patents

Abstract

一种在线修理大型设备的方法及其专用组合机床，特别是在修复无法移动的大型高架设备时使用的修理方法及专用组合机床，集镗、铣、钻、削功能于一体的可装卸的组合机床，属于机械加工设备的技术领域。本发明提供了一种可根据加工对象的不同装卸叠加的移动式组合机床，机床功能可实现叠加性，机床结构采用落地镗铣床形式，电路控制一拖二变频控制技术，将镗、铣、钻、削加工设备集合在一起，从而实现本发明的目的。本发明的优点在于：组合机床具有三维方向快速移动和切削进给功能，并能锁紧该方向运动使切削加工稳定，加工精度高，并且具有机械结构简单，零部件数量减少的特点，而且机床控制操作灵活简便，故障点少，运行稳定、可靠，加工成本低廉。

Description

一种在线修理方法及其专用组合机床

一、技术领域

一种在线修理方法及其专用组合机床，特别是在修复无法移动的大型高架设备时使用的修理方法及组合机床，集镗、铣、钻、削功能于一体的可拆卸拼装的组合机床，属于机械加工设备的技术领域。

二、背景技术

对于大型的无法移动的重型设备，在出现磨损、变形、腐蚀等的情况下，需要就地在线及时修复，面对修复工期短、加工精度高的要求，在一般情况下，没有专用的修复设备。在常规修复工艺中，采用化整为零的方法，将能拆卸的零部件运至加工厂；或是采用将需要使用的切削动力头如铣削动力头安装在移动工作台上似搭积木的方法对加工件进行修复，在修复场地搭建修复台架，将切削动力头置于可移动的工作台上进行加工，此种修复方案加工费时费力，加工周期长，加工精度得不到保证，工人劳动强度大，而且具有危险性。

三、发明内容

针对上述加工方法存在的问题，本发明提供了一种在线修理方法及其专用的可拆卸拼装的组合式机床，采用落地镗铣床结构形式和一拖二变频控制技术，将镗、铣、钻、削加工设备集合在一起，从而实现本发明的目的。

技术方案：

一种在线修理大型设备的方法，具体的工艺方法如下：

将加工设备基座设在待修复的大型设备的机架区域内；

将加工设备基础构件在X坐标方向上，设置成可左右移动的、可装卸的形式；可移动的工作区域大于或等于待修复设备的长度；

在X坐标方向上固定好以后，再将该加工设备布置安装在Y坐标方向上，首先通过在基座上安装立柱，然后在立柱上设置可上下移动的、可装卸的切削动力头的滑板，使该切削动力头在立柱方向上根据加工层面的需要上下移动进行分层加工修复；可移动的工作区域大于或等于待修复设备的高度；

该加工设备在水平、垂直方向上固定好以后，在Z坐标方向上，将安装在立柱上的切削动力头设置成可前后移动的安装方式；

该加工设备的电路采用变频一拖二控制的方法控制修复设备在X、Y二个坐标方向上的转换与工、快进给位移控制，即对修复设备上下、左右的移动距离进行集中控制；Z方向上的位移采用人工的方法进行控制；

所述的Z方向上的位移还可通过X方向的横向移动装置在Z方向上的横向定位槽内任意调节和锁定位置，以弥补Z方向上的初始工艺行程不足。

所述的修复设备的机械传动链采用变频电机分别传动的方法控制修复设备在X、Y二个坐标方向上的独立快、工进给，Z方向上的横向位移采用人工调整的方法进行控制。

为实现上述的修理方法而设计了专用的组合机床，该组合机床是一三坐标加工设备，加工机具设置成在X、Y、Z三个坐标方向上均可移动，在X坐标方向上设有基础平台和移动滑台，滑台床身上安装有导轨和传动装置，滑台设有锁紧装置，在移动滑台上安装组合平台，Y坐标方向上的立柱装置安装在组合平台面上，立柱上设有导轨、滑板和传动装置，导轨设锁紧装置，滑板上安装切削动力头，切削动力头在Z方向上移动采用手动进刀机构控制，X、Y方向上切削动力头的移动采用变频电机集中控制电路的方法来调控位移。

所述的组合机床在X坐标方向上设有液压移动牛刨床身与移动牛刨滑台，床身设上导轨和丝杆传动装置，滑台安装在床身导轨上部，滑台沿着导轨左右移动，滑台上设有锁紧装置，滑台可根据加工需要在导轨上的任何位置锁定；刨床的滑台运动采用无级变速，由变频调速电机带动床身进给箱中的齿轮转动，进而带动丝杆传动装置而使滑台在X方向移动；电机和床身进给箱安装在床身一侧；在滑台的上面设有一组合平台，组合平台与滑台通过定位槽固定连接，组合平台与滑台根据加工面需要用固定螺栓进行位置固定。

所述的组合机床在Y坐标方向上设有立柱、导轨、十字滑板升降传动箱、配重滑轮组。立柱安装在组合平台上，为了使立柱达到所需的高度，在组合平台与立柱的中间加设一底座，底座固定在组合平台上，立柱与底座固定成一体。立柱上安装有十字滑板、切削动力头；立柱的几何尺寸确定了组合机床在Y坐标方向上的导轨形式、规格尺寸、切削强度和效能比；立柱上十字滑板的行程大于待修复设备的高度；立柱的顶部安装有传动机构，即由变频电机带动传动装置，通过该传动机构利用丝杆转动带动十字滑板沿着立柱的导轨上下移动；十字滑板安装在立柱导轨上，使得立柱与十字滑板可以相对移动，十字滑板的导轨采用镶条调整导轨间隙并设锁紧装置；十字滑板的升降传动的快速运动和进给运动由变频电机来控制；进给运动的速度最低值由蜗轮蜗杆减速机传动比与变频电机低频设定确定，专用组合机床的升降传动箱的减速比按下式确定：

i_y＝n_电.s/v_进

v_快＝n_电.s/i_Y

其中i_y代表升降传动箱减速比，n_电代表电机设定值，s代表丝杆螺距，v_进代表工进速度，v_快代表快进速度。

切削动力头安装在十字滑板上，可通过锁紧装置来调节位置；切削动力头的上下移动通过安装在其立柱顶部的电机控制。

为了平衡切削动力头的重量，在立柱顶板上设置有配重滑轮组，设有手动双滑轮组和机动单滑轮组，配重比按立柱上十字滑板和切削动力头的重量之和的1/5来配重。

组合机床在Z坐标方向上设有十字滑板与手摇机构。十字滑板在Y、Z坐标方向上正交，其几何尺寸按立柱模块和切削动力头几何参数比例1∶1.2确定；十字滑板在Y方向、Z方向均采用镶条调整导轨间隙并设有锁紧装置来保证定位精度和减少切削震动；手摇机构即手动进给机构按左置、右置对称组合，以保证在狭小的空间内方便操作；Z向最大行程可达250mm；手动进刀机构安装在十字滑板的Z向导轨上，设置多倍率齿轮传动，以减少钻孔时的轴向切削力对Z坐标方向运动阻力矩的影响。切削动力头的左右移动通过安装在十字滑板上的手动进刀机构来控制。

所述的组合平台可在滑台的横向定位槽内沿着Z方向任意调节锁定位置，以弥补Z方向上的初始工艺行程不足，组合平台平板面上的T型槽使得立柱座可在定位槽内前后移位和回转180℃安装定位。

所述的切削动力头左、右置分左置和右置两型，可按工艺要求分别安装在十字滑板的滑板上，具有互换性，在不移动床身的情况下，更换切削动力头左置、右置型式，可加工出立柱二侧平面与键槽。

所述的组合机床在X方向上设有可移动的滑台，滑台安装在预先铣好定位键槽的底座平台上，底座平台安装在待修复设备的机架区域内。

所述的切削动力头十字滑板在立柱上的上下部分对称安装，可上下转换180度安装。

所术述的切削动力头是指铣削动力头、镗削动力头、钻削动力头和磨头。

有益效果：

1、组合机床具有三维方向快速移动和切削进给功能，并能锁紧该方向运动使切削加工稳定。

2、本发明的专用组合机床采用变频调速技术使机械结构简单，零部件数量减少，而且控制操作灵活简便，故障点少，机床运行稳定、可靠。

3、在线修复加工，修复工期短，加工精度高，成本低廉。

4、由于设计上采用模块化等比量化技术，提高了各项技术参数的可靠性。

5、组合机床的功能具有可叠加性，加大和延长了加工范围，方便现场操作。

四、附图说明图1是本发明所述的组合机床的机架结构图；图2是本发明所述的组合机床的机架结构左视图；图3是本发明所述的组合机床的动力头手动进刀机构图；图4是本发明所述的组合机床的动力头手动进刀机构A向剖视图；图5是本发明所述的组合机床的立柱顶板装配图；图6是本发明所述的组合机床的立柱丝杆升降传动图；图7是本发明所述的实施例2的组合机床的装配图；图8是本发明所述的实施例1的组合机床的装配图。1-牛刨床身      2-滑台            3-床身进给箱4-组合平台      5-底座            6-立柱7-十字滑板      8-切削动力头      9-立柱顶板10-变频电机     11-手动进刀机构   12-滑轮组13-平板         14-蜗轮           15-蜗杆16-丝杆         17-床垫           18-X向导轨19-定位槽       21-立柱导轨       22-立柱丝杆23-传动电机     24-Z向导轨        25-手摇柄26-Z向丝杆       27-移动滑台        28-进出小车29-快速进给电机  30-滑台进给电机

五、具体实施方式

实施例1：修复加工中厚板四辊轧机的大型牌坊高1.4～1.5米，长为4.42米。在轧机牌坊的机架内部架设一床垫17，床垫17是放在换辊进出小车支承辊座面上，床垫17上安装牛刨床身1和组合平台4，当进出小车28开入到轧机工作跨里，再安装专用组合机床的立柱6之上部分，进入加工位置。

组合机床的装配过程如下：

在床垫17上放置移动牛刨床身1和牛刨滑台2，床身长为5米，床身1上设有X向导轨18和丝杆16，滑台2安装在床身1上部，滑台2可沿着导轨18左右移动，导轨18设有锁紧装置，在滑台2上安装一组合平台4，组合平台4与滑台2通过定位槽19固定连接；在床身1的一侧安装床身进给箱3和变频电机10，电机功率为7.5KW；为了保证立柱6有足够的高度，组合平台4上先安装一底座5，用螺栓固定，立柱6安装于底座5上，用螺栓固定。本例设立柱高为2米。立柱顶部安装有顶板9，顶板9上放置变频电机10，同时在顶板处设置配重滑轮组12，根据加工面的需要，手动滑轮组设为两组，而且可以转换；立柱6纵向设有立柱导轨21和丝杆22，丝杆22传动由变频电机10带动，电机功率设为7.5KW；在立柱纵向同时安装有铣削动力头8和铣削动力头升降十字滑板7，十字滑板7与立柱的丝杆22连接，用螺栓固定，铣削动力头8通过定位槽19与十字滑板7安装固定，与十字滑板7连为一体；十字滑板7安装在立柱导轨21上，使得立柱6与十字滑板7可以相对移动，十字滑板的Y方向上的导轨21采用镶条调整导轨间隙并设锁紧装置；铣削动力头8的顶部安装有传动电机23(电机功率设为5.5KW)，控制铣削动力头8的主切削运动。立柱6上十字滑板7在Y、Z坐标方向上正交，其几何尺寸按立柱模块和铣削动力头几何参数比例1∶1.2确定；十字滑板7在Z方向上设有z向导轨24，z向导轨24采用镶条调整导轨间隙并设有锁紧装置来保证定位精度和减少切削震动；手摇机构11即手动进给机构安装在十字滑板7的z向导轨24上，按左置、右置对称组合，以保证在狭小的空间内方便操作；铣削动力头8在Z方向上最大行程可达250mm；手摇进给机构设置4倍速率，即传动齿轮的齿数之比，以减少钻孔时的轴向切削力对Z坐标方向运动阻力矩的影响。铣削动力头8的z方向移动通过安装在十字滑板7上的手动进刀机构11来控制。

组合平台4可在床身滑台2的定位槽19内沿着Z方向任意调节位置，使得立柱6可在定位槽内移位和回转180℃安装定位，组合平台4上平板面13还可以左右调整，以弥补Z方向上的行程不足。

铣削动力头8分左置和右置两部分，可按工艺要求分别安装在十字滑板7的Z向导轨24上，并具有互换性，在不移动床身的情况下，更换铣头，可铣出立柱二侧平面与键槽。

组合机床的运动方式如下：

组合机床的刨床1上的滑台2在X方向上的移动，其运动方式采用无级变速，由变频调速电机10带动床身进给箱3中的齿轮转动，进而带动丝杆传动装置16而使滑台2在X方向沿着导轨18移动，在需要固定的位置锁紧；

立柱6上十字滑板7的升降传动利用立柱丝杆22螺母传动，在Y方向上的位移由安装在立柱顶部的变频调速电机10带动立柱内部的丝杆22转动，进而带动十字滑板7沿着立柱导轨21上下移动，根据加工需要在不同的层面上用螺栓定位锁紧；十字滑板7的升降传动的快速运动和进给运动由变频电机10来控制；进给运动的速度最低值由蜗轮14蜗杆15减速机传动比与变频电机10低频设定确定，专用组合机床的十字滑板升降传动箱的减速比按下式确定：

i_y＝n_电.s/v_进＝80*12/24＝40

v_快＝n_电.s/i_Y＝1440*12/40＝432mm/min

铣削动力头8在Z坐标方向上的移动由手动进刀机构11来控制，手摇柄25转动，带动安装在十字滑板7内部的Z向丝杆26转动，通过4倍率的速度传送给铣削动力头8，从而使得铣削动力头8在十字滑板7的Z向导轨24上移动，到达所需加工的位置；如果位移不足，则可通过调整组合平台4在滑台2内的定位槽19中的位置，到达所需加工的准确位置。

本实施例所涉及的具体的设计参数为：

行程X＝4.5M              Y＝1.5M             Z＝0.2M

速度V_x＝20～800mm/min  V_y＝15～500mm/min  V_z＝手动

铣削动力头的主电机功率 5.5KW         选用4级电机

铣削动力头的主电机主轴转速          50～400rpm

铣削动力头的加工刀盘直径    Φ200mm      Φ160mm

组合机床的最大空间几何尺寸    6000×1200×3500mm

床身进给箱的减速比为：          18.5

因十字滑板7和铣削动力头8总计约为1000kg，以1∶5的比例配重，故滑轮组12配重设为200公斤。

加工过程：采用端面铣削加工，上下公差控制在0.15mm以内，走刀量100mm/min，主轴转速125转/分，接刀采用Φ250mm刀盘，走刀量＜180mm/min，加工面不平度＜0.15mm，平面粗糙度为3.2。一个面加工完后，采用透光法检测平面度，用塞尺检查。调面采用左置铣削动力头铣削另一面，用第一次的基准找下直线度，确保机架牌坊内侧二面平行，检测结果为0.03mm，达到设计图纸要求。

实施例2：修复加工中厚板三辊轧机的大型牌坊窗口高3米，宽为500mm。在轧机牌坊的机架内部放置一平板面13，平板长为3.6米，平板13上预先铣好600*3500mm滑台定位槽19，再安装与之匹配的移动滑台27，然后在600*3500mm移动滑台27的工作台上再安装立柱座和专用组合机床，不含床身与滑台部分，组合机床由600*3500mm移动滑台27提供X方向的进给，立柱、十字滑板、铣削动力头提供Y方向、Z方向的进给和铣削动力。移动滑台的传动采用快速进给电机29和滑台进给电机30供给，立柱上十字滑板的位移由立柱顶板上的变频电机10控制。

其装配过程如下：在平板13的定位槽内安装600*3500mm移动滑台27，在该滑台27上安装立柱底座5，在底座5上安装立柱6，用螺栓固定，使得立柱与底座成为一体，立柱高设为2米。立柱以上部分的装配同实施例1，其装配精度和结构与实施例1完全相同。

运动方式如下：移动滑台27在X方向上的移动，其运动方式采用无级变速，由快速进给电机29和滑台进给电机30供给动力，进而带动丝杆传动装置16而使滑台27在X方向上沿着导轨18移动，在需要固定的位置锁紧；

组合机床在Y和Z方向的移动方式同实施例1。

本实施例的具体设计参数为：

行程X＝2M                Y＝1.5M             Z＝0.2M

速度V_x＝20～800mm/min  V_y＝15～500mm/min  V_z＝手动

铣削动力头的主电机功率    5.5KW        选用4级电机

铣削动力头的主电机主轴转速     50～400rpm

铣削动力头的加工刀盘直径    Φ160mm

组合机床的最大空间几何尺寸  6000×1200×3500mm

进给箱的减速比为：          18.5

Claims (16)

1、一种在线修理大型设备的方法，具体的工艺方法如下：

将加工设备基座设在待修复的大型设备的机架区域内；

将加工设备基础构件在X坐标方向上，设置成可移动、可装卸的形式；

在X坐标方向上固定好以后，再将该加工设备布置安装在Y坐标方向上，首先通过在基座上安装立柱，然后在立柱上设置可上下移动的、可装卸叠加的切削动力头的十字滑板，使该切削动力头在立柱方向上根据加工层面的需要上下移动进行分层加工修复；

该加工设备在水平、垂直方向上固定好以后，在Z坐标方向上，将安装在立柱十字滑板上的切削动力头设置成可移动的安装方式；

所述的修复设备的机械传动链采用变频电机分别传动的方法控制修复设备在X、Y二个坐标方向上的独立快、工进给，Z方向上的横向位移采用人工调整的方法进行控制。

2、根据权利要求1所述的在线修理大型设备的方法，其特征在于：所述的加工设备在Z方向上的移动还可采用X方向的横移异向装置在Z方向上的定位槽内任意调节位置的方法。

3、根据权利要求1或2所述的在线修理大型设备的方法，其特征在于：所述的加工设备可移动的工作区域大于或等于待修复设备加工面的长度和高度。

4、根据权利要求1或2所述的在线修理大型设备的方法，其特征在于：所述的修复设备的电路采用变频一拖二控制的方法控制修复设备在X、Y二个坐标方向上的转换与工、快进给位移控制。

5、根据权利要求1所述的在线修理大型设备的方法所专用的组合机床，其特征在于：所述的组合机床是一三坐标加工设备，加工机具在X、Y、Z三个坐标方向上可分别拆卸安装；在X坐标方向上设有组合平台和移动滑台，移动滑台下安装有床身导轨和传动装置，滑台设有锁紧装置，在移动滑台上安装组合平台，Y坐标方向上的立柱装置安装在组合平台面上，立柱上设有Y向导轨、十字滑板和传动装置，导轨设锁紧装置，十字滑板上安装切削动力头，切削动力头在Z方向上移动采用手动进刀机构控制，切削动力头在X、Y方向上的移动采用变频电机集中控制电路的方法来调控。

6、根据权利要求5所述的专用组合机床，其特征在于：在X坐标方向上设有液压移动牛刨床身与移动牛刨滑台，床身设上导轨和丝杆传动装置，滑台安装在床身导轨上，滑台沿着导轨左右移动，滑台设有锁紧装置；电机和床身进给箱安装在床身一侧；在滑台的上面设有一组合平台，组合平台与滑台通过定位槽固定连接，组合平台与滑台根据加工面需要用固定螺栓进行位置调整和固定；

所述的组合机床在Y坐标方向上设有立柱、导轨、十字滑板升降传动箱、配重滑轮组；立柱安装在床身滑台的组合平台上，为了使立柱达到所需的高度，在组合平台与立柱的中间加设一底座，底座固定在组合平台上，立柱与底座固定成一体；立柱上设有导轨和丝杆传动装置，安装有十字滑板、切削动力头；立柱上十字滑板的行程大于待修复设备加工面的高度；立柱的顶部安装有传动机构，十字滑板安装在立柱导轨面上，使得十字滑板与立柱可以相对移动，十字滑板的导轨采用镶条调整导轨间隙并设锁紧装置；切削动力头安装在十字滑板上，可通过紧固螺栓孔位来调节安装位置；切削动力头的上下移动通过安装在立柱顶部的传动变频电机控制，由电机带动传动机构，利用丝杆转动带动十字滑板沿着立柱的导轨上下移动；

组合机床在Z坐标方向上设有十字滑板与手动进刀机构；十字滑板在Y、Z坐标方向上正交，在Y方向、Z方向均采用镶条调整导轨间隙并设有锁紧装置来保证定位精度和减少切削震动；手动进刀机构安装在十字滑板的Z向导轨上，设置多倍率齿轮传动，以减少钻孔时的轴向切削力对Z坐标方向运动阻力矩的影响；手动进刀机构控制切削动力头的Z向位移；

7、根据权利要求5或6所述的专用组合机床，其特征在于：所述的组合平台可在滑台的横向定位槽内沿着Z方向任意调节锁定位置，以弥补Z方向上的初始工艺行程不足，组合平台上的平板面上的T型槽使得立柱座可在定位槽内前后移位和回转180℃安装定位。

8、根据权利要求5或6所述的专用组合机床，其特征在于：所述的切削动力头分左置和右置两部分，两部分可分别拆卸安装。

9、根据权利要求5或6所述的专用组合机床，其特征在于：所述的组合机床在X方向上设有可移动的滑台，滑台安装在预先铣好定位键槽的底座平台上，底座平台安装在待修复设备的机架区域内。

10、根据权利要求5或6所述的专用组合机床，其特征在于：在立柱顶板上设置配重滑轮组，设有手动双滑轮组和机动单滑轮组，配重比按立柱上十字滑板和切削动力头的重量之和的1/5来配重。

11、根据权利要求5或6所述的专用组合机床，其特征在于：Z方向的最大行程可达250mm。

12、根据权利要求5或6所述的专用组合机床，其特征在于：刨床的滑台运动采用无级变速，由变频调速电机带动床身进给箱中的齿轮转动，进而带动丝杆传动装置而使滑台在X方向移动；Y向十字滑板的升降传动的快速运动和进给运动由变频电机来控制；进给运动的速度最低值由蜗轮蜗杆减速机传动比与变频电机低频设定确定，专用组合机床的升降传动箱的减速比i_y按下式确定：

i_y＝n_电.s/v_进

v_快＝n_电.s/i_Y

13、根据权利要求5或6所述的专用组合机床，其特征在于：手动进刀机构设左置、右置两部分对称组合，分别可拆卸安装。

14、根据权利要求5或6所述的专用组合机床，其特征在于：切削动力头十字滑板在立柱上的上下部分对称安装。

15、根据权利要求12所述的专用组合机床，其特征在于：切削动力头十字滑板在立柱上可上下转换安装。

16、根据权利要求5或6所述的专用组合机床，其特征在于：切削动力头是指铣削动力头、镗削动力头、钻削动力头和磨头。

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