不落轮镟床碎屑器的设计与改进

2012-10-26南京地铁运营分公司设备中心张荣胜陆良登李夏欢

河南科技 2012年7期

南京地铁运营分公司设备中心张荣胜陆良登李夏欢

不落轮镟床碎屑器的设计与改进

南京地铁运营分公司设备中心张荣胜陆良登李夏欢

南京地铁一号线进口的TF2000HD型数控不落轮镟床，配备了一套碎屑传送系统。其中的碎屑器，断屑不彻底，易卡滞、堵塞，造成反复清堵检修，费时费力。本文，笔者从碎屑器装置结构分析入手，对刀盘（片）与隔套的材料、加工工艺、外形参数等方面重新设计，改进后，碎屑效果改善显著。

一、问题概述

从理论上来讲，原机床在碎屑传送系统装置配置方面考虑是合理的，但在实际使用中效果却不能令人满意，特别是碎屑器断屑不彻底，二片叠装的刀片、隔套易卡滞、挤压变形，故而引发传送带易堵，维修人员反复清堵检修，费时费力，如图1所示。

图 1 原机所配碎屑器

二、首次改进方案

显然，整套碎屑器必须进行改进。但是原机床生产厂家没有提供相关图纸，且厂家因经营困难，已不再提供后续保障和服务。鉴于此，这种改造必须由南京地铁运营公司自己主导实施。具体的改造方案如下。

1.必须针对性研究地铁车辆轮对的材料与硬度。南京地铁一号线使用的电客车轮对由太原重工钢轮有限公司生产，车轮为锻钢辗钢轮，CL60，采用冷压工艺压装到车轴上，并可通过油压进行拆卸。车轮基本参数为：在轮辋的表面车有一圈最终镟轮标记的凹槽；新轮直径840 mm；半磨耗车轮直径805 mm；全磨耗车轮直径770 mm；轮辋宽度135 mm；轮毂宽度170 mm；车轮踏面下5 mm处的硬度为265～295 HBS，踏面下30 mm处的硬度为255～285 HBS。

2.选择更换镟修切削刀具（有断屑槽），保证稳定断屑；统计、研究在轮对踏面的不同位置上的出屑的卷曲形式，优化选择主轴转速、切削量、进刀速度等参数配合，有效控制断屑。

3.新做的刀片、隔套显然都必须是整体的，不能采用二片叠装。

4.制作工艺、装配过程必须简洁，保养维护方便，使用寿命长。

基于以上几点，考虑碎屑的结构、原理，笔者初步设计将碎屑器的主动轴、从动轴截面制作成正六角，去除键销结构；主、从动轴上的螺旋齿刀片（与装配隔套叠装）交错排列；刀片和隔套采用模具钢，整体淬火，保证硬度；刀片和隔套外形为内孔正六角，刀片采用外八角齿(弧形)，保证准确分度加工；主、被动轴上成对的刀片（尖顶外圆最大处）与隔套间距为2 mm，刀片厚度（29.80±0.10）mm，隔套厚度（29.90±0.10）mm。

实际装配后试运转，发现同步碎屑，有可能使碎屑过程对轴冲击加大，易引起电机过载保护，于是将同轴上的刀片弧形齿顺次旋转错开15°安装。

三、首次改进后使用情况

改进后的碎屑器在使用一段时间后，发现因刀片端部太尖，易崩尖；而由于整体淬火，崩尖或堆屑会挤碎隔套或刀片。而修复、更换部分损坏的刀片、隔套时，后一批生产的新件与原件偏差较大，在装配过程中，反复调整不同厚度的刀片、隔套的顺序位置，过程复杂，测量困难，且间隙不好控制。

在这里，笔者使用了一个小技巧，将全部可选择装配件即刀片、隔套厚度数据填入Excel电子表格，自动计算刀片间的间隙，在一端输入调节间隙（实际装配中可以调整的间隙）后，检查刀片间间隙大小（函数自动计算），拖放刀片、隔套（指厚度尺寸数据），另一端形成自然间隙（也可以在实际装配中调整），结果如图2、图3所示，可选件、装配间隙、剩余件一目了然。图中可以看出刀片间隙在0.15 mm左右（图中为0.12～0.19 mm）。

四、二次改进方案

基于第一次改进后存在的问题，做了以下改进。尖角部分，把倒圆直径加大，如图4所示，刀片尖角部分改进对照，虚线为改进前，实线为改进后，仍保持刀片外圆最大直径（指最大旋转形成直径）值不变。

图 4 片尖角部分改进

刀片与隔套的标准厚度均为29.85 mm（刀片与隔套同时在磨床磨削加工），误差±0.02 mm；同时，刀片两面在隔套外圆直径外加工出0.075 mm台阶，理论上装配后刀片间轴向自然形成0.15 mm间隙。但在加工中台阶尺寸难以控制，特别是刀片厚度磨削时不稳定，控制不准，甚至不能满足与六角内孔的垂直度要求。

因此，考虑去掉刀片装配预留台阶，同时，为保证断屑效果和便于装配调整，采用磨床磨削，控制误差，刀片厚度（29.70± 0.02）mm，隔套厚度（29.84±0.02）mm，使两轴上的刀片轴向间隙控制在0.10～0.18 mm。稳定形成最终刀片、隔套截面图的设计如图5所示。

图 5 最终刀片、隔套

综合设计、制作试验，并经实际验证，具体加工方法、工艺为：采用P20（模具钢）材料，下料；通过锻打的手段使其材质结构更加紧密；回火消除内应力，减少加工过程当中产生的应力变形；数控车床车削加工；中走丝线，线切割割出外形；在平面磨床进行面加工厚度到满足尺寸；表面做氮化处理，表面氮化层的厚度约为0.3 mm，氮化要求保温至少在72 h以上，使材料原先的硬度从22～28HRC达到58～62HRC。