高錳鋼轍叉銑端工序工藝優(yōu)化及機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

中國鐵建重工集團(tuán)有限公司道岔公司（湖南株洲 412005）尚 超

長期以來，高錳鋼由于其優(yōu)異的沖擊硬化性能、高的強(qiáng)度和沖擊韌性，作為最好的材料廣泛應(yīng)用于鐵路道岔的關(guān)鍵部件——轍叉的制造。高錳鋼轍叉型號(hào)繁多，結(jié)構(gòu)差異較大，且具有加工硬化特性，給機(jī)械加工增加困難。

銑端工序作為高錳鋼轍叉機(jī)加工工序中的重要一環(huán)，長期以來一直存在生產(chǎn)效率低、輔助工時(shí)長、勞動(dòng)強(qiáng)度大、工件尺寸精度不易控制等問題。本文是利用我公司新建項(xiàng)目，在綜合分析行業(yè)內(nèi)現(xiàn)有銑端工序工藝及設(shè)備基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)一套具有全新設(shè)計(jì)理念的專用設(shè)備，科學(xué)合理配置工作平臺(tái)和銑削動(dòng)力頭，增加快速移動(dòng)、找正、裝夾裝置，改進(jìn)優(yōu)化銑端工序工藝，使其適應(yīng)高錳鋼轍叉大批量、多品種的生產(chǎn)特點(diǎn)。

1.原有高錳鋼轍叉銑端工序工藝

（1）吊裝工件，放置在工作臺(tái)面。

（2）調(diào)整工件工作邊與端銑刀盤垂直角度，用撬杠反復(fù)調(diào)整銷子定位。（3）螺栓對(duì)稱夾緊工件，并用法蘭輔助。

（4）加工兩端的一側(cè)端面，加工達(dá)標(biāo)之后松開螺栓，重新校正另一側(cè)對(duì)稱的端面，保證工作邊垂直于刀盤。

（5）同法重復(fù)上述操作，加工轍叉同側(cè)另一端面。

2.高錳鋼轍叉銑端工序設(shè)備現(xiàn)狀

（1）銑端機(jī)現(xiàn)狀：目前，國內(nèi)高錳鋼轍叉行業(yè)內(nèi)的知名企業(yè)的機(jī)加工設(shè)備多為八五改造時(shí)期投資建設(shè)的，因?yàn)槭艿疆?dāng)時(shí)機(jī)械行業(yè)整體技術(shù)以及經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的制約，其機(jī)構(gòu)簡單、操作性較差，效率低下，且加工適用范圍相對(duì)狹窄。其銑端設(shè)備及裝置（見圖1）多數(shù)是以60-12固定型轍叉長度為準(zhǔn)，機(jī)床兩端均安裝臥式動(dòng)力銑頭及移動(dòng)滑臺(tái)；中間安裝一個(gè)長的固定的工作臺(tái)，及旋轉(zhuǎn)工裝。加工時(shí)，將工件置于工裝臺(tái)上，利用產(chǎn)品工作邊找正，或再根據(jù)圖樣要求計(jì)算出端面的偏移角度和偏移量找正，然后人工撬動(dòng)工件至加工位置進(jìn)行加工。當(dāng)加工振動(dòng)較大時(shí)，操作者用撬杠進(jìn)行減振。對(duì)于60-12固定型轍叉以外的產(chǎn)品，裝夾一次只能加工轍叉一側(cè)的一個(gè)端面；加工另一個(gè)端面時(shí)，則需重新進(jìn)行移動(dòng)找正并裝夾。加工另一側(cè)的兩個(gè)端面時(shí)，則需要在天車的輔助下吊起并旋轉(zhuǎn)180°，并重復(fù)上述找正裝夾加工過程。該設(shè)備裝置及加工方法對(duì)高錳鋼轍叉端面銑削來說存在的缺點(diǎn)是：找正困難，精確度低，重復(fù)定位性差，多次移動(dòng)工件輔助時(shí)間長，勞動(dòng)強(qiáng)度大，工作效率低，不利于提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率；對(duì)于一些復(fù)雜的特殊轍叉進(jìn)行裝夾、找正時(shí)更加困難。

圖1 原有高錳鋼轍叉銑端設(shè)備示意圖

（2）銑端刀具現(xiàn)狀：傳統(tǒng)的銑端刀具是由定位滑塊、滑塊壓塊、刀片壓塊及刀體組成，如圖2所示。

圖2 傳統(tǒng)銑端刀具

3.改進(jìn)優(yōu)化的高錳鋼轍叉銑端工序工藝

（1）調(diào)整回轉(zhuǎn)工作臺(tái)面自定心裝置開口，調(diào)整專用銑端機(jī)工作臺(tái)長度并與預(yù)加工轍叉匹配位置，將轍叉吊放到兩端工作臺(tái)面及回轉(zhuǎn)工作臺(tái)自定心夾具內(nèi)。

（2）按動(dòng)操作盤電鈕，使回轉(zhuǎn)工作臺(tái)中心位于轍叉理論尖端，自定心機(jī)構(gòu)對(duì)稱鎖緊工件耳板兩側(cè)面，液壓起升回轉(zhuǎn)工作臺(tái)抬起轍叉，根據(jù)轍叉型號(hào)及液壓工作臺(tái)側(cè)面刻度旋轉(zhuǎn)至匹配角度精確定位，回程落下，并對(duì)稱夾緊壓板螺栓。

（3）同時(shí)加工兩側(cè)對(duì)稱兩個(gè)端面。

（4）松開各夾緊螺栓，起升液壓回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，旋轉(zhuǎn)角度至工藝要求，同法加工轍叉另外對(duì)稱兩個(gè)端面。

4.全新設(shè)計(jì)的高錳鋼轍叉專用組合銑端機(jī)

高錳鋼轍叉種類繁多，不同的轍叉型號(hào)對(duì)應(yīng)的轍叉角不同，2°～16°不等，轍叉開口尺寸也不相同；不同軌型轍叉的端面及高度也不同；不同轍叉的長度各異，最大相差約2～9m。為了適應(yīng)高錳鋼轍叉種類繁多、加工范圍寬、大批量生產(chǎn)、翻動(dòng)頻繁、輔助時(shí)間長、勞動(dòng)強(qiáng)度大的特點(diǎn)，全新設(shè)計(jì)了高錳鋼轍叉專用組合銑端機(jī)，具體如下：將整個(gè)工作臺(tái)分為回轉(zhuǎn)支撐工作臺(tái)和固定工作臺(tái)兩部分，其中固定工作臺(tái)又包含可移動(dòng)固定工作臺(tái)和不可移動(dòng)固定工作臺(tái)兩部分，如圖3所示。

圖3 新型高錳鋼轍叉專用組合銑端機(jī)

（1）回轉(zhuǎn)支撐工作臺(tái)：該平臺(tái)的結(jié)構(gòu)特征是操作簡單，快速定位，安全可靠，省時(shí)省力。①回轉(zhuǎn)支撐工作臺(tái)上面安裝了兩個(gè)具有工件自定心裝置，絲杠螺母結(jié)合液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；下端安裝1.2m大直徑液壓抬起回轉(zhuǎn)系統(tǒng)；側(cè)面設(shè)計(jì)安裝轍叉角度刻度標(biāo)識(shí)、指針及旋轉(zhuǎn)角度表。②回轉(zhuǎn)支撐工作臺(tái)同時(shí)整體坐落在機(jī)床縱向?qū)к壣希拷z杠螺母系統(tǒng)傳遞動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)長度方向的移動(dòng)，保證旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)能夠根據(jù)不同轍叉長度快速地移動(dòng)到理論尖端位置。③安裝專項(xiàng)操作控制盤；按鍵可實(shí)現(xiàn)工件自定心夾緊、起升、旋轉(zhuǎn)、精確定位、落下，完成角度精確定位及長度方向位置精確定位全過程。

圖4 左端不可移動(dòng)固定工作臺(tái)

圖5 右端可移動(dòng)固定工作臺(tái)

（2）固定工作臺(tái)：左端為不可移動(dòng)固定工作臺(tái)與側(cè)銑頭裝置、床身安裝為一個(gè)整體（見圖4）；右端為可移動(dòng)固定工作臺(tái)與側(cè)銑頭裝置安裝在一個(gè)整體滑臺(tái)上（見圖5），由絲杠螺母機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)橫向移動(dòng)。固定工作臺(tái)為裝夾工作臺(tái)，比回轉(zhuǎn)支撐工作臺(tái)高出15mm?；剞D(zhuǎn)支撐工作臺(tái)為調(diào)整和定位工作臺(tái)，裝夾工件時(shí)回轉(zhuǎn)支撐工作臺(tái)不受力；當(dāng)安裝轍叉需要調(diào)整角度及理論尖端位置時(shí)，液壓系統(tǒng)開始工作，使回轉(zhuǎn)支撐工作臺(tái)上升至20mm，輕松實(shí)現(xiàn)角度與位置的移動(dòng)變換。加工時(shí)，可以根據(jù)不同工件的長度與角度任意自動(dòng)調(diào)整，故可同時(shí)加工兩個(gè)端面，不需借助天車進(jìn)行吊裝及轉(zhuǎn)換。

（3）工作臺(tái)與進(jìn)給系統(tǒng)裝置：如圖6所示，工作臺(tái)采用高強(qiáng)度鑄鐵制作，進(jìn)行回火處理，充分消除內(nèi)應(yīng)力確保鑄件穩(wěn)定；內(nèi)部設(shè)加強(qiáng)筋，增強(qiáng)剛性，結(jié)構(gòu)緊湊，穩(wěn)定性好。左側(cè)動(dòng)力頭橫向進(jìn)給實(shí)現(xiàn)左端面銑削；右側(cè)動(dòng)力頭可進(jìn)行橫向進(jìn)給、縱向移動(dòng)；根據(jù)不同工件長度、寬度的變化，快速進(jìn)行定位、裝夾，實(shí)現(xiàn)右端面銑削。此工作臺(tái)進(jìn)給系統(tǒng)裝置，夾緊工件方便可靠，省時(shí)省力，裝夾效率高。設(shè)置工進(jìn)、快進(jìn)兩種速度；工進(jìn)、快進(jìn)安裝兩個(gè)雙組合電動(dòng)機(jī)，提高快速切換性，使得該設(shè)備更加具有實(shí)用性和先進(jìn)性，從而達(dá)到事半功倍的效果。

圖6 工作臺(tái)與進(jìn)給系統(tǒng)裝置

5.改進(jìn)優(yōu)化后銑端工序?qū)Ｓ玫毒?/h2>

高錳鋼轍叉機(jī)加工有三大特點(diǎn)：第一是加工硬化，使得切削力增大，加劇了刀具磨損，也容易造成刀具崩刃而損壞；第二是切削溫度高，高錳鋼的導(dǎo)熱系數(shù)只有中碳鋼的四分之一，因此刀具磨損嚴(yán)重，耐用度降低；第三是尺寸精度不易控制，高錳鋼的線膨脹系數(shù)和黃銅差不多，在較高的切削溫度下，局部產(chǎn)生變形，尺寸精度不易控制。根據(jù)以上特點(diǎn)，對(duì)傳統(tǒng)銑端刀具進(jìn)行了改進(jìn)優(yōu)化（見圖7），在銑端刀具的定位滑塊側(cè)下方增加一個(gè)定位銷，強(qiáng)力切削情況下增強(qiáng)了滑塊的定位性，使得銑端刀具始終保持良好的定位基準(zhǔn)，抗沖擊性能大大加強(qiáng)，減少了刀盤維修、校刀及蹦刃現(xiàn)象，明顯提高刀具使用壽命，增強(qiáng)連續(xù)作業(yè)的穩(wěn)定性，從而提高轍叉加工效率。

圖7 改進(jìn)后銑端刀具

6.結(jié)語

高錳鋼轍叉銑端結(jié)構(gòu)及加工工藝解決了已有加工裝置找正困難，對(duì)正精確度低，且要多次移動(dòng)工件，重復(fù)定位性較差，耗時(shí)較多且勞動(dòng)強(qiáng)度大等問題。性能穩(wěn)定，配備液壓快速裝夾機(jī)構(gòu)，自動(dòng)化程度高，能夠?qū)崿F(xiàn)轍叉端面銑削快速、精確，生產(chǎn)效率提高3倍以上。