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摇枕组合加工机床的研制

2022-11-20彭彦虎东伟刘涛王春雷

金属加工(冷加工) 2022年11期
关键词:滑台工位机床

彭彦虎,东伟,刘涛,王春雷

中车石家庄车辆有限公司 河北石家庄 050000

1 序言

摇枕(见图1)是铁路货车转向架的主要构成部件之一,铸造完成后需要对相应的心盘面440mm×490mm铣削加工;心盘螺栓孔8×φ23mm和安全链吊座孔4×φ17mm钻加工。由于工件原始定位面均为毛面,心盘面为铸造冒口位置,使用通用机床加工存在定位难度高、切削余量大(一般在7~15mm)和加工效率低等困难,所以无法经济地实现大批量加工,有必要设计专用机床进行生产。在充分调研论证的基础上,我们结合公司当时年产4000辆份(8000件)摇枕的需要,设计制作了摇枕组合加工机床。

图1 摇枕

2 主要技术参数

摇枕组合加工机床主要技术参数见表1。

表1 摇枕组合加工机床主要技术参数

3 主要结构及特点

摇枕组合加工机床由机体、铣削动力系统、铣削进给系统、12孔钻钻削系统、上料与夹紧装置等组成,如图2所示。机体为多个焊接箱体通过连接板、钢管支撑、螺栓组装而成的框架结构;铣削动力系统主要包括1T X50铣削头和X217-520-2铣刀盘,铣削进给系统采用H Y63液压滑台,共同完成铣削动作;12孔钻钻削系统主要包括动力箱、12孔钻箱、12孔钻模及钻头、配重组成、1H J B50机械滑台组成,共同完成12孔钻削动作;上料与夹紧装置由2个上(下)料工位、2个上(下)料定位小车和1套夹紧工装组成。

图2 摇枕组合加工机床

3.1 机体

机体主要由基座组成、铣头立柱组成、12孔钻立柱组成及连接板通过螺栓联接组成一个整体框架结构,以保证足够刚性,用于承载工件,抵消铣削加工、钻削加工抗力。各构件均采用20mm厚碳素结构钢钢板焊接而成,内部合理布置隔板,保证结构刚性;焊后进行了整体时效处理,消除焊接残余应力,以减小后续可能的应力变形对设备加工精度的影响;各安装面进行了找平粗加工。

3.2 铣削动力系统和铣削进给系统

摇枕工件材质为B级钢(ZG25MnNi),各元素含量:w(C)≤0.28%,w(Si)≤0.40%,w(Mn)≤1.00%,w(P)≤0.040%,w(S)≤0.040%,w(Cu)≤0.30%,w(Ni)≥0.30%。被加工材料性能参数:σb≥485MPa,σs≥260MPa,δ4≥24%,ψ≥36%,AKV ≥20J(-7℃)。

KFz=KSV×铣削速度系数=0.9×0.88=0.792。

根据设计节拍优选切削参数:铣削深度aP=7mm,每齿进给量af=0.06mm/齿,铣削宽度aw=490mm,齿数Z=26,铣刀盘直径d0=520mm。分两层切削:铣削力Fz==7750×(7/2)1.1×0.060.75×4901.1×26×0.792/(5201.3×630.2)=8892(N),铣削扭矩M=Fzd0/(2×1000)=8892×520/(2×1000)=2312(N·m),铣削功率Pm=Fzv/(6×10000)=8892×102.9/(6×10000)=15.25(kW)。

根据切削参数计算结果,选取功率15kW的1TX50铣削头[3]和X217-520-2铣刀盘[2]进行铣削,选取HY63滑台[4]进行铣削进给,均能够满足设计要求。

3.3 12孔钻钻削系统

12孔钻钻削系统主要由动力箱、12孔钻箱(见图3)、12孔钻模及钻、1HJB50液压滑台组成。动力箱通过主轴输出动力给12孔钻箱,在12孔钻箱内经过齿轮传动分别传递给12根钻轴提供旋转动力。钻箱分两层设计,上层为齿轮箱,下层为油池,润滑油通过液压泵进行强制循环和飞溅润滑,润滑效果良好,并能保证整个钻箱快速同温。钻杆上设置有甩油盖和挡油套,利用离心作用,防止润滑油通过钻杆泄漏。12根钻杆长度方向分三层布置,保证同时只有4根钻头参与切削,减少了切削抗力,降低了动力箱功率需求。为保证12个孔的孔距尺寸公差,钻箱下设计有钻模,用于控制钻头相对位置精度,钻模通过导柱导套与钻箱相连,保证钻头进给过程中,钻套与工件距离不变。钻箱通过动力箱与1H J B50机械滑台相连,实现钻削进给。

图3 12孔钻箱示意

3.4 上料与夹紧装置构成

上料与夹紧装置分为五部分,左右各有1个上(下)料工位,2个上(下)料定位滑车和1套夹紧工装。夹紧工装固定在HY63液压滑台上,用限位块实现上(下)料定位滑车在滑台上的限位,夹紧工装底部有2个液压缸,推动楔块顶起装置处于顶起状态,采用4个液压缸和杠杆装置把工件与滑车一起定位夹紧后,随液压滑台向前移动实现铣削进给;切削完成后,液压缸推动楔块顶起装置落下,实现让刀,防止液压滑台快退时刀具划伤工件。左右各一个上(下)料工位,可以实现1个工件加工的同时,进行上(下)料、找正作业,缩短了工作节拍。两个工位设有独立的基础,避免上下料时震动对切削精度产生影响。上(下)料定位滑车以弹簧承台面为水平毛基准,由4个支撑钉定位,其中3个上平面调整至与HY63滑台平行后锁死,第4个高低可手动微调,保证支撑受力面足够稳定;以摇枕八字面为纵向中心毛基准,采用弹性支撑上加“八”字形滚轮实现自动找正;以摇枕L尺寸定位面为横向中心毛基准,通过与滑车上的定位块比较,保证工件中心与滑车中心重合。

3.5 液压系统

整台机床采用1套液压站,设计压力25MPa,分别为HY63液压滑台、液压夹紧装置、铣削头液压让刀装置提供液压动力。实现HY63液压滑台的快进、工进、工退、快退动作;实现液压夹紧装置中6个液压缸的顶起、落下、夹紧和松开动作。

3.6 电气控制系统

整台机床采用1套电气控制系统,采用PLC编程控制,共100个输入/输出点。工件上料夹紧后,能够配合接近开关完成自动铣削、钻削动作,具有多项联锁、互锁设计,保证了整个系统的运行安全。

4 设计及使用情况

该装备自2004年12月底通过公司设计方案评审,2005年2月中旬完成蓝图下发,6月制造完成投产使用。通过1个月的人机磨合,加工节拍最终稳定在15min/件,双班日产达到了25辆份的生产能力,为公司顺利实现年产4000辆份大部件目标提供了坚实的装备保障。

本设计采用定柱吊人工上料,加工流程:左侧小车上料→工件与小车附带夹具对正→小车推入钻削工位→小车与钻削工位左右找正夹紧→启动铣削加工→自动让刀退刀回到钻削工位→钻削加工→钻削退出→松开工位夹具退出小车→左侧小车下料。其中,第6步自动让刀退刀期间,操作人员可进行右侧小车上料及找正工作。相对于常用的铣、钻分体式设计,本设计减少上、下料及找正各1次,可减少机床操作人员1人,铣、钻定位误差为0,效率相当高,且结构紧凑,占地面积小,具有明显的经济效益优势。

由于该设计采用了项目制的组织模式,合理地制订了设计计划,采用了并行设计和模块化设计思路,优选了标准动力头和标准滑台,所以不仅降低了设计工作量30%以上,缩短了设计和制作周期,而且施工质量也得到了有效保证,圆满地完成了公司项目计划。

5 结束语

铁路机车车辆产品具有专用性强、升级换代周期较长及生产批量大的特点,比较适合专用的组合机床进行生产。随着铁路转向架技术的更新换代,K2型摇枕逐步被K4、K6等新技术产品替代,但是由于相关产品外形、材质变化不大,通过钻箱、钻模尺寸微调设计即可用于相关产品的生产,所以本设计方案对目前相关产品的加工仍然具有借鉴意义。

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