倒角與坡口組合加工專用機(jī)床的研制

劉忠誠(chéng)

(齊齊哈爾斯潘塞重工裝備有限公司 黑龍江 齊齊哈爾 161002)

為提高出口鐵路貨車的質(zhì)量，考慮將帶倒角與坡口加工的零件進(jìn)行的焊接拼接結(jié)構(gòu)，改為整體倒角與坡口加工結(jié)構(gòu)，這樣使得加工量減少，但需要在大型機(jī)床上加工，經(jīng)濟(jì)性差，影響了產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。

研制倒角加工專用機(jī)床和坡口加工專用機(jī)床，雖然按先后順序兩種專用機(jī)床能完成零件的加工，但兩種專用機(jī)床的上下料、定位、夾緊與松開及滑臺(tái)進(jìn)給工作，屬于重復(fù)性工作，沒有達(dá)到利潤(rùn)最大化。提高其經(jīng)濟(jì)性，優(yōu)化上下料、定位、夾緊與松開結(jié)構(gòu)，將倒角加工與坡口加工的工藝性有機(jī)地結(jié)合在一起，必須研制出倒角與坡口組合加工專用機(jī)床。

1 倒角與坡口加工專用機(jī)床的研制目標(biāo)

1.1 加工材料范圍

用于碳鋼(Q235、Q345)、耐候鋼(09CuPCrNi-A)、不銹鋼(JFE410RW、4003mod、T4003)、高強(qiáng)度鋼(Q450NQR1)、鋁合金(5083-H321)的加工。

1.2 主要技術(shù)參數(shù)

倒角與坡口加工專用機(jī)床的主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

2 倒角與坡口加工專用機(jī)床結(jié)構(gòu)組成

滿足倒角加工與坡口加工的工藝性要求，按照工件落料、進(jìn)入加工區(qū)、定位、夾緊和加工等功能進(jìn)行布局設(shè)計(jì)，倒角與坡口加工專用機(jī)床結(jié)構(gòu)組成如圖1所示，由氣缸導(dǎo)料裝置、油缸壓緊裝置、電磁鐵壓緊裝置等組成。

表1 倒角與坡口加工專用機(jī)床主要技術(shù)參數(shù)

1—?dú)飧讓?dǎo)料裝置；2—油缸壓緊裝置；3—電磁鐵壓緊裝置；4—帶定位機(jī)構(gòu)的加工工作臺(tái)；5—坡口加工銑頭單元；6—倒角加工銑頭單元；7—控制系統(tǒng)；8—機(jī)械滑臺(tái)；9—輔助工作臺(tái)。圖1 倒角與坡口加工專用機(jī)床結(jié)構(gòu)組成圖

2.1 機(jī)械部分

氣缸導(dǎo)料裝置由水平推料氣缸、電磁閥、直線導(dǎo)軌和托料架組成；油缸壓緊裝置由電動(dòng)泵、蓄能器、控制器、單向油缸和液壓系統(tǒng)組成；電磁鐵壓緊裝置由2套電磁鐵和消磁系統(tǒng)組成；帶定位機(jī)構(gòu)的加工工作臺(tái)由垂直定位氣缸、電磁閥、T型槽工作面和龍門架組成；坡口加工銑頭單元由GY-T5銑頭、GY-H45偏軸萬向銑頭、進(jìn)給機(jī)構(gòu)和調(diào)速加工機(jī)構(gòu)組成；倒角加工銑頭單元由橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)、縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)和旋轉(zhuǎn)銑頭組成；機(jī)械滑臺(tái)由工進(jìn)機(jī)構(gòu)、快進(jìn)機(jī)構(gòu)和滑臺(tái)組成；輔助工作臺(tái)由支架、輥輪和軸承座組成。

2.2 控制系統(tǒng)

PLC控制器采用西門子S7-200實(shí)現(xiàn)；滑臺(tái)快退為接觸器控制，工進(jìn)為變頻器控制,帶機(jī)械限位限制極限及電磁抱閘；倒角旋轉(zhuǎn)加工為變頻控制，升降為接觸器正反轉(zhuǎn)控制，帶機(jī)械限位限制極限；坡口旋轉(zhuǎn)加工為接觸器控制，升降電機(jī)為接觸器控制，帶機(jī)械限位限制極限[1]。

3 倒角與坡口加工組合專用機(jī)床工作原理及過程

3.1 工作原理

應(yīng)用風(fēng)控系統(tǒng)，完成垂直氣缸控制定位擋升降，完成水平氣缸將工件推入和導(dǎo)出加工區(qū)；應(yīng)用電磁鐵夾緊系統(tǒng)，將工件吸牢和松開，加工后進(jìn)行退磁處理；應(yīng)用液壓夾緊系統(tǒng)，使單向液壓油缸將工件壓緊，通過油缸內(nèi)的彈簧使壓頭歸位，加工過程靠蓄能器進(jìn)行保壓。采用坡口加工銑頭單元加工坡口。采用倒角加工單元銑頭加工倒角。采用機(jī)械滑臺(tái)進(jìn)行工進(jìn)和快退。

3.2 工作過程

(1)定位擋升起，工件由天車吊入，落在加工工作臺(tái)和輔助工作臺(tái)上；風(fēng)控系統(tǒng)工作，水平氣缸動(dòng)作將工件推入加工區(qū)，工件與定位擋接觸到位；電磁鐵夾緊系統(tǒng)工作，將工件吸牢；液壓夾緊系統(tǒng)工作，單向液壓油缸動(dòng)作，將工件壓緊；定位擋降落，脫離加工區(qū)。

(2)準(zhǔn)備對(duì)刀工作，倒角加工銑頭單元工作，配合手動(dòng)進(jìn)給，使刀盤處于加工位置；機(jī)械滑臺(tái)工退，坡口加工銑頭單元工作，配合手動(dòng)進(jìn)給，使刀盤處于加工位置；機(jī)械滑臺(tái)工進(jìn)，進(jìn)行坡口加工和倒角一次性加工。

(3)加工結(jié)束后，操作坡口加工銑頭和倒角加工銑頭脫離加工區(qū)；操作快進(jìn)電機(jī)，使滑臺(tái)退回原始位；操作電磁鐵夾緊系統(tǒng)，進(jìn)行退磁處理后，使工件與電磁鐵脫開；操作液壓夾緊系統(tǒng)，通過油缸內(nèi)的彈簧使壓頭歸位；工件被松開后，操作風(fēng)控系統(tǒng)，使工件退出加工區(qū)[2]。

4 倒角與坡口組合加工專用機(jī)床的技術(shù)創(chuàng)新經(jīng)濟(jì)性

4.1 加工工作臺(tái)與輔助工作臺(tái)的聯(lián)合使用技術(shù)創(chuàng)新

加工工作臺(tái)與幾個(gè)輔助工作臺(tái)的聯(lián)合使用，因其上面都帶有氣缸導(dǎo)料裝置，即使工件很長(zhǎng)，也能保證工件平行進(jìn)入和退出加工區(qū)域，解決了工件大、加工量小，使用大型通用機(jī)床經(jīng)濟(jì)性差的問題。與大型通用機(jī)床相比較，其優(yōu)點(diǎn)是功能強(qiáng)大，且工作臺(tái)的制造成本能節(jié)省4/5。

4.2 倒角加工與坡口加工的聯(lián)合使用技術(shù)創(chuàng)新

加工工作臺(tái)、坡口加工單元和機(jī)械滑臺(tái)結(jié)構(gòu)組成圖如圖2所示。

1—水平氣缸導(dǎo)料裝置；2—加工工作臺(tái)；3—龍門架；4—鐵屑刮板；5—垂直定位氣缸；6—機(jī)械滑臺(tái)；7—坡口加工銑頭單元；8—橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)。圖2 加工工作臺(tái)、坡口加工單元和機(jī)械滑臺(tái)結(jié)構(gòu)組成圖

倒角加工銑頭結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是角度調(diào)整范圍大，但切削量??；坡口加工銑頭結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是角度調(diào)整范圍小，但切削量大。倒角加工銑頭和坡口加工銑頭共用滑臺(tái)時(shí)，角度調(diào)整范圍都變小，切削量都變小，無法滿足工藝要求。以倒角加工銑頭工作范圍的中心為基準(zhǔn)，調(diào)整坡口加工銑頭的位置。在滑臺(tái)與坡口加工銑頭之間增加輔助橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)，滿足坡口加工銑頭的功能。共用滑臺(tái)的內(nèi)部承載結(jié)構(gòu)滿足倒角加工銑頭和坡口加工銑頭的受力要求。與先用坡口加工專用機(jī)床加工，后用倒角加工專用機(jī)床加工的工藝方法相比較，其優(yōu)點(diǎn)是進(jìn)行一次性加工，減少了二次定位夾緊的誤差，保證了產(chǎn)品質(zhì)量，節(jié)省工時(shí)和作業(yè)面積，也減少了操作人員[3]。

4.3 電磁鐵夾緊系統(tǒng)與液壓夾緊系統(tǒng)組合使用技術(shù)創(chuàng)新

工件的特征是邊緣處板薄，且加工后，還要焊接，不能有磁性。單獨(dú)應(yīng)用電磁鐵夾緊時(shí)，退磁不凈影響后期焊接。單獨(dú)應(yīng)用液壓夾緊時(shí)，液壓夾緊的油缸及龍門架與銑頭的位置不能干涉，夾緊位置遠(yuǎn)離加工區(qū)時(shí)，工件沒夾牢會(huì)引起振動(dòng)，影響加工質(zhì)量。電磁鐵夾緊系統(tǒng)與液壓夾緊系統(tǒng)的組合使用，就規(guī)避了自身的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了在狹小空間夾緊工件，保證了倒角加工和坡口加工的工藝要求[4]。

4.4 排屑系統(tǒng)的技術(shù)創(chuàng)新

每次加工后產(chǎn)生的鐵屑分布特征是量少，且堆積在滑臺(tái)與加工工作臺(tái)之間。在滑臺(tái)與加工工作臺(tái)之間設(shè)置導(dǎo)料槽，導(dǎo)料槽兩端設(shè)置排屑斗，在滑臺(tái)上設(shè)置刮板。這樣每次加工時(shí)，滑臺(tái)帶著刮板往復(fù)運(yùn)動(dòng)，將鐵屑推進(jìn)排屑斗里。與使用排屑機(jī)比較，既經(jīng)濟(jì)又節(jié)省空間。

5 結(jié)束語

研發(fā)的倒角與坡口組合加工專用機(jī)床，完成了澳大利亞力拓公司40 t軸重礦石車、澳大利亞PN煤炭漏斗車和FMG礦石車等出口車的中梁腹板、中梁下蓋板、牽引梁下蓋板、牽引梁腹板等長(zhǎng)大厚板件倒角坡口的加工。單件倒角和坡口加工部分成本降低了30%。獨(dú)創(chuàng)的電磁和液壓快速夾緊組合應(yīng)用方式，提高了加工的可靠性；倒角加工銑頭單元和坡口加工銑頭單元的組合應(yīng)用方式使工作效率提高1倍。多項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)新的應(yīng)用提高了公司出口車產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力。