接觸網(wǎng)零部件機(jī)械加工智能化改造
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摘要：在接觸網(wǎng)關(guān)鍵零部件機(jī)械加工中準(zhǔn)確采取生產(chǎn)線改造措施能夠提升零部件智能化加工水平?；诖?，文章詳細(xì)闡述了抱箍類零件鉆攻柔性、中間接頭結(jié)構(gòu)鉆攻、滑輪軸車削、擋塊加工、棘輪輪體加工這幾個接觸網(wǎng)關(guān)鍵零部件機(jī)械加工方面的智能化改造，希望能夠?yàn)榻佑|網(wǎng)零部件智能化加工技術(shù)的發(fā)展提供助力。
關(guān)鍵詞：關(guān)鍵部件；機(jī)械加工；擋塊加工
接觸網(wǎng)主要作用是為列車輸送電流，是列車供電系統(tǒng)的重要組成部分，因此人們對接觸網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性要求較高，使得接觸網(wǎng)關(guān)鍵零部件的加工成本增加。為此，相關(guān)工作者應(yīng)深入研究零部件的智能化加工方法，并采取有效加工工藝改造措施，提升零部件加工的智能化水平，優(yōu)化零部件機(jī)械加工的性價比。
1智能化改造研究意義
接觸網(wǎng)主要是指供受電弓取流，在列車軌道上空沿軌道以“之”字形架設(shè)的高壓輸電線，其中通常包含支持裝置、定位裝置、接觸懸掛、基礎(chǔ)、支柱等部分。一般來說，在高鐵運(yùn)行系統(tǒng)中，接觸網(wǎng)停電、接觸網(wǎng)與電弓之間的接觸不良等問題，在很大程度上源于接觸網(wǎng)關(guān)鍵零部件性能問題，而為了保障零部件性能的可靠性，人們通常需要投入大量的資金成本在零部件的機(jī)械加工生產(chǎn)中，造成了接觸網(wǎng)關(guān)鍵零部件制造成本高的問題，制約了高鐵技術(shù)的發(fā)展。為此，需要進(jìn)一步更新接觸網(wǎng)關(guān)鍵零部件生產(chǎn)技術(shù)，使其能夠跟上高鐵技術(shù)的發(fā)展步伐。在此過程中，研究者提出了提升零部件機(jī)械加工智能化水平的方法，并展開了對各接觸網(wǎng)關(guān)鍵零部件機(jī)械加工工藝改造設(shè)計研究，意在通過提升機(jī)械加工生產(chǎn)線的智能化水平，來優(yōu)化零件生產(chǎn)速度，保障零件性能質(zhì)量，促進(jìn)鐵路電氣化建設(shè)事業(yè)的發(fā)展。
2智能化設(shè)計研究
2.1關(guān)鍵零部件類型
在接觸網(wǎng)的運(yùn)作中起到主要作用的零部件通常分為六大類，即定位裝置、腕臂裝置、中心錨結(jié)、下錨裝置、整體吊弦、電連接裝置。當(dāng)受電弓取流時，接觸網(wǎng)中的導(dǎo)線需要利用定位、腕臂裝置，使導(dǎo)線與受電弓之間保持均勻摩擦，以免出現(xiàn)局部劇烈磨損，導(dǎo)致兩者之間的接觸不良問題，因此，上述兩類裝置作為影響接觸網(wǎng)系統(tǒng)使用性能的重要因素，在此次研究中被納入到了機(jī)械加工智能化改造的范疇內(nèi)。此外，在列車供電系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)作中，放電間隙、接觸電阻增大造成的拉弧現(xiàn)象，作為容易影響列車運(yùn)行的故障之一，其主要源于下錨裝置的性能問題。在此過程中，由于該裝置應(yīng)用職能為向供電導(dǎo)線提供額定張力，因此，在其正常發(fā)揮效用時能夠?qū)㈦姽×骱透咚偻ㄟ^過程中，由摩擦力形成的電弓振動波，控制在常規(guī)范圍內(nèi)，消除拉弧問題，一旦該裝置存在性能上的不穩(wěn)定，則很容易造成了供電系統(tǒng)運(yùn)行故障，不利于列車的可靠運(yùn)作，為此，研究者將下錨裝置類型的關(guān)鍵零部件機(jī)械加工工藝納入智能化改造內(nèi)容中，保障此次改造設(shè)計的全面性和有效性。基于上述論述，研究者經(jīng)過歸納總結(jié)，將需要進(jìn)行機(jī)械加工工藝改造的關(guān)鍵零部件具體種類列為5項(xiàng)，即腕臂類裝置中起到連接作用的抱箍類零部件，以及下錨類裝置中的擋塊、軸類、棘輪輪體、中間接頭零部件。
2.2抱箍類零件鉆攻柔性加工改造設(shè)計
就目前來看，抱箍類零部件一般采用熱模鍛工藝成型，然后借助鉆5-Φ13、3-Φ13等工具，進(jìn)行機(jī)械連接通孔加工。在此過程中，研究者為了優(yōu)化該部件的連接精度，需要增強(qiáng)圓弧兩側(cè)孔洞與圓弧中心之間的對稱度，因此，研究者選用數(shù)控鉆攻技術(shù)，來實(shí)現(xiàn)抱箍類零部件機(jī)械加工的智能化改造。該零部件的機(jī)械加工智能化改造主要分為四個層次，即物料運(yùn)轉(zhuǎn)、機(jī)床上卸料、加工單元、夾具。在物料運(yùn)轉(zhuǎn)改造中，采用了直線滑道圓弧定位設(shè)計、步進(jìn)電機(jī)鏈條驅(qū)動技術(shù)，并應(yīng)用了傳感設(shè)備，支持60、48兩種規(guī)格抱箍類零部件中各個結(jié)構(gòu)在料道上順利滑動，而且能夠在無料時進(jìn)行提醒。還采用了機(jī)器人工裝、手爪，實(shí)現(xiàn)物料系統(tǒng)的智能化運(yùn)作。在機(jī)床上卸料方面，在2臺數(shù)控鉆攻中心之間，設(shè)置了6軸節(jié)、雙手抓設(shè)計的機(jī)器人，可承受10kg的額定負(fù)載、1450mm的工作區(qū)域范圍以及0.05mm及以下的重復(fù)定位精度。在加工單元方面，選用了VCP-400L的小型龍門式加工中心，并通過計算為其配置了23.5/35NM的大扭矩主軸。在夾具上，在綜合考慮機(jī)器人工作空間、料道設(shè)計、加工中心維保預(yù)留通道等多個方面，并通過計算之后，采用了偏心距為170mm的偏心設(shè)計，而且將夾緊松開動作納入機(jī)床指令控制范圍內(nèi)，為工作者的加工邏輯控制提供了便利。
2.3中間接頭結(jié)構(gòu)鉆攻加工改造設(shè)計
中間接頭結(jié)構(gòu)雖然屬于下錨類零部件，但其在生產(chǎn)布局上與上述的抱箍類零部件相似，因此，在此次機(jī)械加工智能化改造上，針對中間接頭結(jié)構(gòu)，需要從4個方面開展改造工作，即物料運(yùn)輸、卸料、加工單元、夾具。在物料運(yùn)輸中，中間接頭結(jié)構(gòu)的智能化機(jī)械加工設(shè)計改造內(nèi)容與抱箍類零部件的加工改造相同，采用上下料道的結(jié)構(gòu)，結(jié)合步進(jìn)機(jī)鏈條驅(qū)動來構(gòu)建物料運(yùn)輸系統(tǒng)。在卸料系統(tǒng)中，采用外形定位設(shè)計來進(jìn)行毛坯定位，設(shè)計相應(yīng)的機(jī)器人手爪、工裝夾具，以便于更好地兼容復(fù)合軌道中間接頭零部件的加工。從整體上來看，該項(xiàng)零部件加工的程序主要是以兩個加工單元為中心，中間結(jié)構(gòu)零部件結(jié)構(gòu)，先經(jīng)過上料物流，到加工單元中心，然后從被傳輸至下料物流、上料物流，再進(jìn)入另外一個加工單元中心，最后來到下料物流中，完成機(jī)械加工過程，同時，結(jié)合輔助頂緊液壓缸、主壓緊缸等加工工具，配合機(jī)器人設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)智能化的中間接頭鉆攻加工，有助于下錨裝置性能的穩(wěn)定性和可靠性，促進(jìn)高鐵技術(shù)的優(yōu)化發(fā)展。
2.4滑輪軸車削加工改造設(shè)計
滑輪軸車削加工是進(jìn)行下錨裝置中軸類零部件機(jī)械加工的生產(chǎn)線，通過對該生產(chǎn)線進(jìn)行智能化改造，能夠增強(qiáng)軸類零部件的生產(chǎn)效率和性能。一般來說，該類零部件需要2次裝夾工序才能完成加工任務(wù)，因此此次改造設(shè)計中依然要采用兩個加工單元的模式，來對該生產(chǎn)線進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。優(yōu)化改造設(shè)計主要包含物料運(yùn)轉(zhuǎn)、加工單元裝卸料、加工單元、卡盤、質(zhì)量檢測等這五項(xiàng)內(nèi)容。其中物料運(yùn)轉(zhuǎn)，采用3m長的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動履帶式料道設(shè)計，并在下料道的定位塊上，設(shè)置尼龍墊來保護(hù)部件產(chǎn)品表面質(zhì)量。在裝卸料系統(tǒng)優(yōu)化中，選用S20桁架機(jī)器，來對兩臺車削中心進(jìn)行卸料操作。在加工單元優(yōu)化上，綜合考慮軸類零件的外徑、長度等情況，選擇了斗山PUMA215Ⅱ數(shù)控車削中心，來構(gòu)建加工單元，并將其以“一”字形布局，以便于機(jī)器進(jìn)行自動化的卸料操作，而且為其配備了70bar高壓冷卻液斷削系統(tǒng)，防止切屑劃傷產(chǎn)品表面。在加工單元的具體選用上，研究者需要將主軸的最高轉(zhuǎn)速設(shè)置在4500r/min以下、高速扭矩在70N•m以上、低速扭矩在127N•m以上，這樣可以保障加工單元的使用性能，優(yōu)化最終改造效果。在卡盤、質(zhì)量檢測方面，選用液壓自動卡盤，并在其與工件的接觸面位置，鑲嵌了非金屬柔性材料，同時，在加工單元之間，構(gòu)建一個自動抽檢平臺，結(jié)合人工檢驗(yàn)操作，優(yōu)化了軸類零部件的加工質(zhì)量。
2.5擋塊加工改造設(shè)計
擋塊與軸類零部件相同，也需要兩次裝夾才能完成機(jī)械加工，依然采用了“一”字形的加工單元布局，將桁架機(jī)器設(shè)置在兩臺機(jī)械加工設(shè)備之間，使其同時在兩個加工單元中，開展裝卸料、串并操作，同時，還在設(shè)備之間預(yù)留出相應(yīng)的維護(hù)保養(yǎng)空間，保障機(jī)械設(shè)備運(yùn)作的可靠性。但在此過程中，由于擋塊結(jié)構(gòu)的長度比軸類零部件短，其毛坯直徑僅為Φ50mm，因此，在物料運(yùn)轉(zhuǎn)系統(tǒng)的構(gòu)建中，選用六工位盤形式的上下料系統(tǒng)設(shè)計，而且在機(jī)械加工過程中，為了保障機(jī)器人工作頻率的準(zhǔn)確性，還要根據(jù)整體工序內(nèi)容，來劃分兩個加工單元的工藝內(nèi)容，使兩個單元的加工時長大致相等，實(shí)現(xiàn)兩者的節(jié)拍匹配，確保智能化生產(chǎn)線的順利運(yùn)作。此外，為了強(qiáng)化檔塊零部件機(jī)械加工生產(chǎn)線的柔性，通過選擇高智能化的數(shù)控設(shè)備作為加工單元，使該生產(chǎn)線得以支持多種類型的檔塊零部件加工，增強(qiáng)了機(jī)械加工生產(chǎn)線的整體生產(chǎn)能力，有助于接觸網(wǎng)關(guān)鍵零部件機(jī)械加工智能化的發(fā)展。
2.6棘輪輪體加工改造設(shè)計
棘輪輪體的機(jī)械加工內(nèi)容以軸孔為主，現(xiàn)行的加工工藝為數(shù)控車削中心加工，需要兩次裝夾定位操作，但這兩次定位操作通常難以實(shí)現(xiàn)基準(zhǔn)重合，使零部件呈現(xiàn)出軸承裝配孔同軸程度超差，棘輪出現(xiàn)跳動尺寸超差缺陷，影響系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)效果。為此，提出采用立式加工中心，結(jié)合一套繞X軸自由翻轉(zhuǎn)的工裝，將軸孔加工僅經(jīng)歷一次定位，即可完成，解決了傳統(tǒng)工藝模式下，兩次加工基準(zhǔn)不重合的問題，全面優(yōu)化加工效率和效果。在此過程中，采用輪體的測平面作為夾具的軸向定位基準(zhǔn)，然后以4只轉(zhuǎn)角油缸夾緊棘輪耳緣進(jìn)行裝夾定位，并為裝夾系統(tǒng)配備了聚縮醛墊塊，防止機(jī)械加工對工件產(chǎn)生損傷，同時，利用渦輪蝸桿傳動機(jī)制，結(jié)合液壓馬達(dá)驅(qū)動，實(shí)現(xiàn)了自由翻轉(zhuǎn)工裝中的翻轉(zhuǎn)動作，使棘輪2個面鏜孔的銑削加工可以在一次定位中完成。此外，在夾具優(yōu)化方面，采用具有2條油路的液壓工裝夾具，并使其應(yīng)用電磁閥、電機(jī)處于加工中心的控制中，使用者通過向中心輸入控制信號、程序，即可實(shí)現(xiàn)機(jī)械加工控制，提升了機(jī)械加工智能化水平。
3結(jié)果分析
在接觸網(wǎng)關(guān)鍵零部件的機(jī)械加工中，將經(jīng)過上述優(yōu)化的零部件生產(chǎn)工藝應(yīng)用到了實(shí)際生產(chǎn)中，結(jié)果顯示，經(jīng)過優(yōu)化后的生產(chǎn)線具有高效、高質(zhì)量、智能化水平高的特點(diǎn)，同時，生產(chǎn)線運(yùn)行的可靠性也得到了強(qiáng)化。因此，上述接觸網(wǎng)零部件機(jī)械加工智能化改造措施可以應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中，有助于零部件機(jī)械加工水平的發(fā)展。此外，工作者還將經(jīng)過優(yōu)化后的生產(chǎn)工藝所生產(chǎn)的接觸網(wǎng)關(guān)零部件應(yīng)用到了接觸網(wǎng)關(guān)的建設(shè)中，進(jìn)行了一段時間的運(yùn)行測試，測試結(jié)果顯示，抱箍類零件、中間接頭結(jié)構(gòu)、滑輪軸、擋塊、棘輪輪體這幾項(xiàng)關(guān)鍵零部件的使用性能足夠保持接觸網(wǎng)關(guān)長時間維持優(yōu)質(zhì)的運(yùn)作狀態(tài)，并其相較于傳統(tǒng)加工條件下生產(chǎn)的零部件，具有更強(qiáng)的耐用性和可靠性，使接觸網(wǎng)關(guān)結(jié)構(gòu)的性能得到了深入優(yōu)化，由此可見，此次設(shè)計的改造措施，不僅可以提升零件加工效率，而且還能優(yōu)化接觸網(wǎng)關(guān)的運(yùn)行質(zhì)量。
4結(jié)論
綜上所述，落實(shí)接觸網(wǎng)關(guān)鍵零部件機(jī)械加工的智能化改造，能夠強(qiáng)化零部件的質(zhì)量，降低加工成本。在改造過程中，通過分別優(yōu)化各個關(guān)鍵零部件加工生產(chǎn)線的智能化水平，可以在保障零部件性能可靠性的同時，提高機(jī)械加工效率，促進(jìn)列車供電系統(tǒng)接觸網(wǎng)的建設(shè)工作的發(fā)展。
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作者：馮軍杰 單位：中鐵建電氣化局集團(tuán)軌道交通器材有限公司