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大量工程實(shí)踐［1 － 2］和理論計(jì)算［3 － 4］表明，螺栓球的加工質(zhì)量是決定空間結(jié)構(gòu)網(wǎng)格安全穩(wěn)定性的主導(dǎo)因素。其中，螺栓球的形位誤差和螺紋誤差是加工中影響質(zhì)量的最主要問(wèn)題，依照標(biāo)準(zhǔn)，目前行業(yè)中螺紋孔精度和角度誤差的合格率普遍不超過(guò) 30% ，有的誤差甚至超過(guò)國(guó)家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn) 10 倍以上［4］，施工時(shí)多采用強(qiáng)迫安裝，使局部受力過(guò)大，應(yīng)力集中顯著，嚴(yán)重影響空間結(jié)構(gòu)的安全。隨著大型、超大型空間結(jié)構(gòu)日益增多，對(duì)螺栓球精度的要求越來(lái)越高，安全性問(wèn)題日益突出。
造成以上結(jié)果的原因是行業(yè)內(nèi)采用改造的普通機(jī) 床和人工加工方式，不能適應(yīng)螺栓球加工的特點(diǎn)，補(bǔ) 償繁瑣，勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低。隨著數(shù)控技術(shù)發(fā) 展，采用數(shù)控加工中心是一種解決方案，行業(yè)上曾出 現(xiàn)利用美國(guó)辛辛那提數(shù)控中心加工螺栓球的生產(chǎn)方 式，采用普通立式加工聯(lián)合 2 軸數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)行加工，但螺栓球受力巨大，為維持加工剛性需減少進(jìn)給速度，而無(wú)法在行業(yè)中推廣。
開(kāi)發(fā)螺栓球?qū)Ｓ眉庸C(jī)床，適應(yīng)螺栓球加工特點(diǎn)，提高加工精度和效率，是空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)行業(yè)亟需解決的問(wèn)題。
作者針對(duì)螺栓球加工的特點(diǎn)，分析了螺栓球加工中的受力情況和誤差來(lái)源，提出了定心加工方案和臥式機(jī)床設(shè)計(jì)，依據(jù)分析結(jié)果計(jì)算了各個(gè)功能部件的受力以及裝配要求。
1 加工條件
設(shè)計(jì)螺栓球時(shí)，依據(jù)專用軟件的計(jì)算結(jié)果決定單 個(gè)螺栓球中螺栓孔的尺寸和方位，屬于單件生產(chǎn)。螺 栓球直徑為 120 ～ 300 mm，加工進(jìn)給量 150 mm 以內(nèi)， 屬短進(jìn)給加工。
不考慮基準(zhǔn)面和孔，螺栓球中每一個(gè)螺紋孔加工分為 4 步: 銑平面→鉆孔→倒角→攻絲。其中，受力或力矩的步驟是鉆孔和攻絲。隨著建筑大型化， 螺栓球孔直徑已經(jīng)達(dá)到 M50 以上。以 M40 為計(jì)算實(shí)例，鉆孔的軸向鉆削力接近 1 × 104 N，攻絲力矩達(dá)到 200 N?m，屬于重力切削加工。因此，加工中應(yīng)使用鎖緊裝置和靜態(tài)加工方法增強(qiáng)加工穩(wěn)定性和剛 性，并應(yīng)盡可能實(shí)現(xiàn)加工中各個(gè)部件的受力基本均 勻。
另一個(gè)現(xiàn)實(shí)條件是: 由于螺栓球?yàn)閱渭庸?，?yīng)盡可能使用自動(dòng)設(shè)備加工，減少人工使用量和編程量，以提高效率。