可加工不同制動(dòng)倍率用夾具的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

吳鐵志

（資陽(yáng)中車電氣科技有限公司，四川資陽(yáng) 641301）

0 引言

我公司生產(chǎn)的ZYZD型踏面機(jī)車單元制動(dòng)器，其制動(dòng)倍率n可根據(jù)用戶采購(gòu)技術(shù)條件在1.8～5.4范圍任意變動(dòng)。行車緩解鞲鞴是ZYZD型機(jī)車踏面單元制動(dòng)器的重要零件，制動(dòng)倍率的變動(dòng)只需改變行車緩解鞲鞴的鉛錘面與制動(dòng)楔角面的夾角。如圖1所示，行車緩解鞲鞴是一典型的異形件。異形件通常指結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜而不規(guī)則的零件[1]，其上下表面不是相同或者相似圖形，沒(méi)有規(guī)則的支撐和受力面，采用通用夾具難以可靠安裝、夾緊。

圖1 行車緩解鞲鞴示意圖

行車緩解鞲鞴主要結(jié)構(gòu)為“叉形”，其皮碗安裝外圓柱面及端面需進(jìn)行機(jī)械加工，軸向凸出布置2個(gè)支臂，支臂上下兩端由鉛錘面與制動(dòng)楔角面組成。機(jī)車制動(dòng)時(shí)向制動(dòng)缸輸入壓縮空氣，推動(dòng)行車緩解鞲鞴使其沿軸向移動(dòng)，鉛錘面為保證行車緩解鞲鞴運(yùn)動(dòng)始終與制動(dòng)缸軸線同軸（或平行），并通過(guò)制動(dòng)楔角面放大輸出壓力，作用到閘瓦托和閘瓦，與車輪踏面產(chǎn)生摩擦力，對(duì)機(jī)車進(jìn)行制動(dòng)。排氣后在緩解彈簧、復(fù)位彈簧的作用下，行車緩解鞲鞴反向運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)車制動(dòng)緩解。行車緩解鞲鞴設(shè)計(jì)工藝要求較高，鉛錘面、制動(dòng)楔角面工藝方法、加工質(zhì)量等將直接影響機(jī)車踏面單元制動(dòng)器的性能和可靠性。本文針對(duì)行車緩解鞲鞴的加工工藝分析、加工工藝方法合理選用、夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和具體實(shí)施，解決行車緩解鞲鞴鉛錘面、制動(dòng)楔角面精加工和可靠裝夾難題，確保其加工質(zhì)量，且通過(guò)更換夾具的制動(dòng)倍率調(diào)整墊，可實(shí)現(xiàn)對(duì)不同制動(dòng)倍率的行車緩解鞲鞴的加工。

1 行車緩解鞲鞴加工工藝分析

制訂零件機(jī)械加工工藝過(guò)程，需根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)條件、毛坯類型、生產(chǎn)綱領(lǐng)、技術(shù)要求等方面要求，進(jìn)行零件結(jié)構(gòu)、加工工藝分析，合理選擇定位基準(zhǔn)，確定各加工表面的加工方案和加工工序順序。

1.1 主要結(jié)構(gòu)分析

行車緩解鞲鞴毛坯為鑄件，材料為ZG310-570，生產(chǎn)綱領(lǐng)600 件/a（不同制動(dòng)倍率），生產(chǎn)類型為小批量生產(chǎn)。

該零件結(jié)構(gòu)特征為“叉形”，盤形一端軸向凸出布置2個(gè)支臂，支臂間無(wú)連接，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，無(wú)可靠的支撐和受力面，剛度差、易變形，給定位、夾緊、機(jī)械加工帶來(lái)較大困難。

1.2 主要技術(shù)要求及機(jī)械加工主要內(nèi)容

圖2 行車緩解鞲鞴零件圖

1.3 定位基準(zhǔn)的選擇

1.4 加工工序安排

4）支臂上鉛錘面F、制動(dòng)楔角面E高頻表面淬火，深度為1.0～1.5 mm，硬度為40～45 HRC。

5）支臂表面探傷。

6）精加工支臂上鉛錘面F、制動(dòng)楔角面E。

7）其他輔助工序，如鉗工處理、表面氧化處理等。

2 加工鉛錘面F、制動(dòng)楔角面E工藝難點(diǎn)分析

針對(duì)鉛錘面F、制動(dòng)楔角面E的精加工存在如下問(wèn)題和工藝難點(diǎn)：

1）加工工藝方法的確定。鉛錘面F、制動(dòng)楔角面E進(jìn)行高頻表面淬火，硬度為40～45 HRC，采用一般切削刀具（銑削）難以加工，刀具損耗大。

2）受行車緩解鞲鞴結(jié)構(gòu)限制，加工中易產(chǎn)生振動(dòng)，不易保證加工表面粗糙度Ra0.8 μm。

3）技術(shù)要求為2個(gè)鉛錘面F共面、2個(gè)制動(dòng)楔角面E共面，平面度為0.05 mm，難以保證形位公差。

4）行車緩解鞲鞴結(jié)構(gòu)屬于“異形件”，解決可靠定位、裝夾難題。

5）加工精度控制與檢測(cè)。

2.1 加工工藝方法確定

零件加工工藝方法選用，應(yīng)根據(jù)加工表面技術(shù)要求、加工材料性質(zhì)、加工類型、企業(yè)現(xiàn)有設(shè)備和技術(shù)條件等確定加工工藝方法。根據(jù)以上加工工藝難點(diǎn)分析和加工工藝過(guò)程安排，需先對(duì)鉛錘面F、制動(dòng)楔角面E進(jìn)行粗加工，并留精加工余量0.4～0.5 mm，再進(jìn)行高頻表面淬火，深度為1.0～1.5 mm，硬度為40～45 HRC，最后進(jìn)行精加工。從形位公差要求上分析，2個(gè)鉛錘面F共面、2個(gè)制動(dòng)楔角面E共面，平面度為0.05 mm。加工表面粗糙度要求均為Ra0.8 μm。

平面磨床功能特點(diǎn)是相對(duì)一基準(zhǔn)平面進(jìn)行磨削，以保證加工面與基準(zhǔn)平面的平行度、加工表面的平面度、表面粗糙度要求。因此，采用磨削加工工藝方法進(jìn)行鉛錘面F、制動(dòng)楔角面E的精加工，可避免加工表面硬度較高、使用一般機(jī)床切削刀具（銑削）不易加工、刀具磨損消耗大、刀具使用成本高等不利影響；磨削加工工藝方法可獲得高的表面質(zhì)量和平面度，解決加工表面粗糙度、形位公差不易保證的工藝難題；磨削加工工藝方法切削力較小，可控制或降低工件受力振動(dòng)對(duì)加工表面的不利影響。

2.2 加工設(shè)備確定

行車緩解鞲鞴外形尺寸為φ172 mm×144 mm，鉛錘面F、制動(dòng)楔角面E磨削加工部位尺寸為133 mm×98 mm。根據(jù)我公司現(xiàn)有加工設(shè)備，選用M7130平面磨床進(jìn)行鉛錘面F、制動(dòng)楔角面E的精加工。M7130平面磨床主要技術(shù)規(guī)格參數(shù)為：工作臺(tái)面尺寸為320 mm×1000 mm，電磁吸盤尺寸為300 mm×680 mm，加工范圍（長(zhǎng)×寬×高）為1000 mm×320 mm×400 mm，加工面對(duì)基面平行度為0.015 mm/1000 mm，表面粗糙度為Ra0.32～6.3 μm，磨削砂輪垂直移動(dòng)精度為0.01 mm。M7130平面磨床加工范圍、設(shè)備精度、移動(dòng)精度、加工表面粗糙度等能滿足對(duì)行車緩解鞲鞴鉛錘面F、制動(dòng)楔角面E的精加工。

2.3 加工夾具設(shè)計(jì)原理

行車緩解鞲鞴為“叉形”結(jié)構(gòu)，采用通用夾具或電磁吸盤無(wú)法可靠裝夾，需設(shè)計(jì)、制作一套磨削加工用夾具。夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需解決如下問(wèn)題和工藝難點(diǎn)：

圖3 磨削夾具原理圖

2）夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)實(shí)現(xiàn)在一套夾具上對(duì)鉛錘面F、制動(dòng)楔角面E磨削加工；

3）夾具與加工設(shè)備的連接；

4）工件的正確定位，滿足工件被加工表面的工序尺寸和位置精度要求；

5）裝夾位置合理選擇，保證其可靠性；

6）使用、調(diào)整的便利性，能實(shí)現(xiàn)對(duì)不同制動(dòng)倍率行車緩解鞲鞴鉛錘面F、制動(dòng)楔角面E的加工。

以下介紹一種可加工不同制動(dòng)倍率用磨削夾具，解決行車緩解鞲鞴鉛錘面F、制動(dòng)楔角面E形位公差、表面粗糙度要求高、不易裝夾的難題，通過(guò)更換制動(dòng)倍率調(diào)整墊，實(shí)現(xiàn)加工不同制動(dòng)倍率的行車緩解鞲鞴。

3 可加工不同制動(dòng)倍率用夾具設(shè)計(jì)

3.1 磨削夾具設(shè)計(jì)方案

3.2 磨削夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

如圖4所示，磨削夾具主要由夾具體、制動(dòng)楔角調(diào)整墊、鉤形壓板組件等組成。夾具體2下平面用于加工行車緩解鞲鞴1鉛錘面F；上平面加工2個(gè)鍵槽，與平鍵3、制動(dòng)楔角調(diào)整墊4鍵槽配合安裝，控制2個(gè)制動(dòng)楔角調(diào)整墊4 的自由度，保證制動(dòng)楔角調(diào)整墊斜角α平面共面，用于加工行車緩解鞲鞴1制動(dòng)楔角面E；利用鉤形壓板8、內(nèi)六角圓柱頭螺釘7裝夾工件，松開(kāi)內(nèi)六角圓柱頭螺釘7，壓縮彈簧6頂開(kāi)鉤形壓板8[3]，轉(zhuǎn)動(dòng)鉤形壓板8約90°，取出行車緩解鞲鞴1。

圖4 磨削夾具結(jié)構(gòu)圖

1）夾具體。

圖5 夾具體

2）制動(dòng)楔角調(diào)整墊。

預(yù)先制作完成一定數(shù)量的制動(dòng)楔角調(diào)整墊（基礎(chǔ)件），斜角θ不加工至尺寸，后期根據(jù)緩解鞲鞴制動(dòng)倍率加工至要求的斜角θ，如圖6所示。

圖6 制動(dòng)楔角調(diào)整墊

4 磨削加工具體實(shí)施

4.1 行車緩解調(diào)整墊斜角θ

ZYZD型踏面機(jī)車單元制動(dòng)器閘瓦托輸出壓力（制動(dòng)力）由于采用楔角放大原理，只需通過(guò)改變行車緩解鞲鞴制動(dòng)楔角α值，就可以獲得不同的制動(dòng)倍率，如圖7所示。

圖7 制動(dòng)結(jié)構(gòu)和楔角放大原理圖

該型制動(dòng)器制動(dòng)倍率只與行車緩解鞲鞴制動(dòng)楔角α有關(guān)，由K=P×1/tan α=P×n，得n=K/P=1/tan α。式中：n為制動(dòng)倍率；P為制動(dòng)鞲鞴所受作用力；K為制動(dòng)單元輸出力；α為楔角角度。

根據(jù)制動(dòng)倍率計(jì)算行車緩解鞲鞴制動(dòng)楔角α值，行車緩解調(diào)整墊斜角θ與制動(dòng)楔角α值一致，就可對(duì)行車緩解鞲鞴制動(dòng)楔角面E進(jìn)行加工。在夾具體、制動(dòng)楔角調(diào)整墊制作過(guò)程中，應(yīng)合理安排工藝路線，應(yīng)力求滿足（或達(dá)到）設(shè)計(jì)和工藝技術(shù)要求，有利于保證加工質(zhì)量。制動(dòng)楔角調(diào)整墊為成對(duì)使用，不但需保證其形位公差，還需確保斜角θ一端（大端或小端）高度的一致性。

4.2 具體實(shí)施

按制動(dòng)倍率要求安裝制動(dòng)楔角調(diào)整墊（2件），將平面磨床工作臺(tái)清理干凈，進(jìn)行行車緩解鞲鞴鉛錘面F、制動(dòng)楔角面E的精加工，如圖8所示。

圖8 加工示意圖

1）工件安裝。磨削夾具基準(zhǔn)面A朝下，放置在機(jī)床工作臺(tái)上，將待加工工件裝入φ150+0.057+0.014mm定位孔內(nèi)，2個(gè)支臂距基準(zhǔn)面A尺寸L1、L2調(diào)整至一致（相差≤0.10 mm），擰緊鉤形壓板2顆內(nèi)六角圓柱頭螺釘，完成工件的安裝。主要工量具為無(wú)磁百分表座、杠桿百分表。

2）精加工鉛錘面F。將磨削夾具定位端面與工作臺(tái)平行（X軸方向）擺放，電磁吸盤通電吸緊夾具，分多次進(jìn)行鉛錘面F的磨削加工，測(cè)量基準(zhǔn)面A與鉛錘面F距離140 mm，間接保證工序尺寸48 mm±0.05 mm，保證平面度0.05 mm。主要工量具為無(wú)磁百分表座、杠桿百分表、塊規(guī)（尺寸140 mm）。

3）精加工制動(dòng)楔角面E。電磁吸盤斷電松開(kāi)夾具，掉頭以基準(zhǔn)面B為基準(zhǔn)面，磨削加工制動(dòng)楔角面E，因上工序留有0.4～0.5 mm磨削余量，該面精加工磨削至2個(gè)支臂制動(dòng)楔角面E全部見(jiàn)光，保證制動(dòng)楔角α值、平面度0.05 mm。

4）工件拆卸、退磁操作。

4.3 實(shí)施效果

采用磨削加工工藝方法對(duì)經(jīng)表面高頻淬火鉛錘面F、制動(dòng)楔角面E進(jìn)行精加工，加工表面質(zhì)量好，平面度、共面等形位精度能得到保證；磨削夾具定位基準(zhǔn)與上工序加工基準(zhǔn)統(tǒng)一，能更好地確保加工表面間相互位置精度，減少和避免基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換的誤差；一次裝夾完成鉛錘面F、制動(dòng)楔角面E精加工，實(shí)現(xiàn)工序集中，避免分步裝夾加工鉛錘面F、制動(dòng)楔角面E帶來(lái)的重復(fù)定位誤差，提高加工效率；磨削加工鉛錘面F利用塊規(guī)檢測(cè)尺寸140 mm±0.05 mm，間接實(shí)現(xiàn)對(duì)工序尺寸48 mm±0.05 mm進(jìn)行檢測(cè)。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)更換不同斜角θ的制動(dòng)倍率調(diào)整墊，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同制動(dòng)倍率行車緩解鞲鞴鉛錘面F、制動(dòng)楔角面E的精加工。磨削夾具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通用性好；制作一套磨削夾具，制作不同斜角θ制動(dòng)倍率調(diào)整墊，可重復(fù)安裝使用，減少工藝裝備投入；安裝、調(diào)整方便快捷。該磨削夾具的應(yīng)用，解決了行車緩解鞲鞴鉛錘面、制動(dòng)楔角面精加工和可靠裝夾的難題，確保了加工質(zhì)量，進(jìn)一步提高了ZYZD型制動(dòng)器結(jié)構(gòu)動(dòng)作靈活性和可靠性。