锰钢辙叉产品钻孔工艺优化及机构设计.doc

锰钢辙叉产品钻孔工艺优化及机构设计摘 要：高锰钢辙叉是铁路道岔产品中常用的重要部件之一，型号繁多结构差异大。为实现产品多品种、大批量快速加工，优化设计专用组合多孔钻床意义较大。我们设计的优化方案，适应范围大、设计功能合理。设计移动工作台、滚珠丝杠传动装置、数字控制系统，配备自定心装置，实现快速装夹；采用多孔钻一次装夹完成12孔加工；机床四个动力头设计旋转装置。经过优化设计，解决了已有普通加工设备找正困难、对正精确度低、多次移动工件、定位性差、耗时多劳动强度大、劳动效率低等问题；辙叉钻孔工序实现了快速、准确定位，辅助时间大大缩短，加工质量及生产效率大幅提高。关键词：铁路高锰钢辙叉产品；钻孔工序机构优化设计；移动工作台；滚珠丝杠传动数控系统；自定心装置；工件快速装夹；动力头旋转装置；生产效率高1.概述长期以来，高锰钢由于其优异的冲击硬化性能、具有较高的强度和冲击韧性，作为最好的材料广泛应用于铁路道岔的关键部件辙叉的制造。高锰钢辙叉型号繁多，结构差异较大，且具有加工硬化特性，给机械加工增加困难。钻孔工序作为高锰钢辙叉机械加工中的重要一环，长期以来一直存在生产效率低、辅助时间长、劳动强度大、工件加工精度不易控制等问题。本文是利用新建项目，在综合分析行业内现有辙叉钻孔工艺及设备现状，以全新设计理念，设计一套多功能专用组合设备，采用科学合理配置，实现了工作台快速移动、精确定位、大大减少辅助时间，极大的改善和优化了生产工艺，使其在保证质量的前提下，满足高锰钢辙叉多品种、批量大的高效生产特点。2.高锰钢辙叉钻孔工序工艺过程及设备现状2.1高锰钢辙叉钻孔工序工艺过程现状（1） 吊装工件，放置在工作台面上。（2） 用撬杠调整工件定位。保持工件与机床沟槽平行并垂直于主轴。（3） 用螺栓对称夹紧工件。（4） 钻一端两侧6个孔。（5） 用天车吊起旋转180重新调整夹紧；同法，加工另一端6个孔。2.2 高锰钢辙叉钻孔工序设备现状2.2.1 现状目前，行业内的知名企业生产该产品的设备均投资较早，受当时机械行业整体技术水平的制约，其机构简单、操作性差，效率低下，且加工适用范围相对较小。（见图1）多数是以60-12号辙叉孔距长度为基准设计，机床两端均安装卧式动力铣头及移动滑台；中间安装固定的工作台，工装简易。将工件置于工装台上，利用撬杠移动工件至工作台中心，重复定位精度低，加工质量可靠性较差。其它产品，装夹一次只能加工辙叉一端的6个31孔；加工另一端的6个31孔时，则需要在天车的辅助下将工件起吊旋转至180?，重新放置床面移动、找正、装夹。存在的问题是：找正困难、重复定位性差、钻孔精确度低、辅助时间长、劳动强度大、生产效率低；对于一些复杂的大角度辙叉装夹、找正更加困难。动力头不能旋转，对于大部分产品，轨腰与孔径垂直度较差。3.高锰钢辙叉专用多孔钻床优化设计方案3.1 优化的高锰钢辙叉钻孔工序工艺过程（1） 天车吊工件放置在工作台面的工装台面上，一端顶住定位块侧面。（2） 摇动自定心夹具装置，工件自动位移至中心对称，精确定位，两侧锁紧。（3） 根据不同型号辙叉，调整动力头对应角度锁紧。（4） 根据产品孔距，移动工作台至相应位置；一次装夹钻削两侧12个对称螺栓孔。（5） 松开夹紧螺栓，吊离工件。3.2 设计优化的高锰钢辙叉专用多孔组合钻床根据高锰钢辙叉种类繁多，不同的辙叉型号对应的辙叉角不同，从2?到16?不等，辙叉开口尺寸也不相同；不同轨型辙叉的高度不同长度各异，产品长度范围29米。为了适应高锰钢辙叉种类繁多、加工范围宽、大批量生产、更换频繁、辅助时间长、劳动强度大的特性，全新设计的专用组合多孔钻床，具有如下特点：将固定工作台设计为移动式工作台；设计3轴5轴两种动力头，同时满足两种系列产品的钻孔加工；设计滚珠丝杠传动装置，数字控制系统，保证设备能够根据不同产品型号，快速实现精确定位；主轴与动力头部分设计手动旋转装置，能够快速旋转，确保加工精度。主轴进给采用液压系统，保证工作平稳；设计专用顶铁，等高支撑，手动自定心装置，实现快速装夹；如图2所示。图1 原有钻孔设备示意图 图2 新型高锰钢辙叉产品专用多孔组合钻床（1） 工作台及传动系统该工作台，设计为移动式结构，设计长度7000mm，一次装夹满足产品加工。结合产品特点，按照包容性原则，四个动力头装置合理定位，最大限度缩小设备占用空间。工作台传动系统采用步进电机滚珠丝杠螺母传动装置2，简易数字控制，既能满足产品技术要求，又降低了设备成本。能够保证工件实现纵向快速、准确移动到位。工作台面配置端头定位装置、高度调整装夹块、自定心夹紧装置，操作简单，能够快速实现精确定位、夹紧，安全可靠，省时省力。（2）机床动力头装置系统动力头装置部分：设计4组合对称分布多轴联动，实现多孔钻削；滑台底座外侧安装旋转角度表及刻度指针 ；底座下端安装圆弧齿条啮合，手动旋转装置实现动力头有效回转，增加锁紧装置，能够保证快速旋转后及时定位，确保工件加工精度。动力头进给采用液压系统1，设置快进、工进、快退三个工步，工进速度采用调速阀进行微调；保证钻削加工过程平稳运行。（3）控制系统及其它设计一站式数控操控平台，速简化操作过程；对工作台进行变频调速，保持系统稳定性。设计分离式液压站，管路下埋，有效利用空间，减小设备体积，使设计更加合理。4.结论经过4年的生产验证，得出以下结论：（1）本文所设计的“专用多孔组合钻床”优化设计方案合理，并且，切实可行。解决了已有加工设备，重复定位性差，对正精度低，找正困难，加工范围窄，辅助时间长等问题。（2）本文所设计的“专用多孔组合钻床”简化了原有工艺过程，加工适应范围大幅提高，设计功能合理，技术先进，性能稳定，配备自定心快