挖掘機(jī)動(dòng)臂半自動(dòng)化機(jī)加工制造的探討

王德軍/WANG De-jun

（山河智能裝備股份有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410199）

在工程機(jī)械制造領(lǐng)域，經(jīng)常要制造大型的構(gòu)件，有的十分復(fù)雜，還需要有足夠的強(qiáng)度；構(gòu)件一般要設(shè)計(jì)鉸接孔，用來(lái)完成一些動(dòng)作，需要按照?qǐng)D紙進(jìn)行機(jī)加工來(lái)實(shí)現(xiàn)構(gòu)件的形位公差精度，才能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目的；機(jī)加工過(guò)程復(fù)雜，需要大量時(shí)間調(diào)整、對(duì)正，工作效率低，設(shè)備利用率就更低；機(jī)加工裝備不僅包括加工機(jī)床、刀具、量具，還包括專(zhuān)用的機(jī)夾具。機(jī)床的選用和機(jī)夾具的設(shè)計(jì)直接關(guān)系到動(dòng)臂的加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

本文主要是以雙軸加工中心加工挖掘機(jī)動(dòng)臂為例論述在加工中心上面實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)快速機(jī)加工的制造工藝。

雙軸加工中心大多配有2個(gè)工作臺(tái)，可以交換使用，尤其善于對(duì)稱(chēng)配置孔的蹚、銑、削加工，適用于長(zhǎng)桿狀結(jié)構(gòu)件的機(jī)械加工，例如挖掘機(jī)的動(dòng)臂。結(jié)構(gòu)件不一樣，所以每加工一件時(shí)都要重新調(diào)整，設(shè)備大部分時(shí)間處于待加工狀態(tài)，在結(jié)構(gòu)件定位時(shí)，不但要保證前后對(duì)正，也要保證上下對(duì)正，為了達(dá)到圖紙機(jī)加工要求，往往需要有較高技能的操作者，但仍無(wú)法避免在每一枚產(chǎn)品加工完以后實(shí)際尺寸有很大區(qū)別的現(xiàn)象，偏鏜和鏜偏的現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生。所以在調(diào)整時(shí)，只好利用百分表、標(biāo)尺等，進(jìn)行反復(fù)的校正，才可獲得需要的加工位置，這樣就延長(zhǎng)了加工時(shí)間。另外在工件調(diào)整過(guò)程中，操作員要近距離反復(fù)接觸工裝，行走于工裝和加工中心的平臺(tái)中，如遇夜間上班，安全可靠性差，有的工廠(chǎng)已經(jīng)出現(xiàn)把人擠壓到設(shè)施里面的事故。

圖1 目前使用的機(jī)加工工裝

1 雙軸加工中心加工動(dòng)臂普遍采用的制造工藝

當(dāng)前加工中心使用的工裝如圖1，主要采取螺桿定位，液壓油缸夾緊的方式，在動(dòng)臂的側(cè)面通過(guò)螺桿夾緊定位，前端通過(guò)塔形件夾緊定位，中間部分通過(guò)月牙板夾緊定位，尾部通過(guò)后側(cè)板夾緊定位；需要不斷調(diào)整構(gòu)件的位置，由于每個(gè)

2 機(jī)加工定位原則

當(dāng)前廣泛采用的機(jī)加工定位方法是：為了預(yù)留機(jī)加工進(jìn)刀的空間位置，采取定位位置與加工位置不一致的工藝方法。這也是行業(yè)內(nèi)鏜孔工裝一直采取的裝夾定位方法。而結(jié)構(gòu)件在焊前組對(duì)時(shí)，采用后期要機(jī)加工的位置進(jìn)行定位是最佳定位，此處正是結(jié)構(gòu)件尺寸相差最小的位置。為了機(jī)加工進(jìn)刀，不得不放棄這些定位位置。本文探討的工藝裝備，正好推翻了原來(lái)的定位方法，提出了一個(gè)新的機(jī)加工定位原則，即采取定位位置與機(jī)加工位置相統(tǒng)一的機(jī)加工定位原則。通過(guò)合理設(shè)計(jì)，避開(kāi)定位占用機(jī)加工刀具位置的矛盾，從而實(shí)現(xiàn)組焊與機(jī)加使用一個(gè)定位位置，達(dá)到縮短時(shí)間的目的。

3 結(jié)構(gòu)件半自動(dòng)快速機(jī)加工工藝裝備的結(jié)構(gòu)

3.1 裝置的整體結(jié)構(gòu)及組成

半自動(dòng)機(jī)加工工藝裝備如圖2所示，包括快速前定位、快速中定位和快速后定位；快速前定位與前定位支座對(duì)接，快速中定位與中定位支座對(duì)接，快速后定位與后定位支座對(duì)接。

圖2 半自動(dòng)機(jī)加工工藝裝備圖

圖3為前、中、后快速定位裝置，其中快速前定位包括前底板、前動(dòng)板和前動(dòng)力裝置，前底板上設(shè)有前軌道，前動(dòng)板上設(shè)有前箱體、前行走裝置，前頂油缸設(shè)計(jì)在前箱體上，箱體兩側(cè)配有前定位塊；中定位包括中底板、中動(dòng)板和中動(dòng)力裝置，中底板上設(shè)有中軌道，中動(dòng)板上設(shè)有中行走裝置和2個(gè)中定位塊；后定位包括后底板、后動(dòng)板和后動(dòng)力裝置，后底板上設(shè)有后軌道，后動(dòng)板上設(shè)有后行走裝置和2個(gè)后定位塊。

3.2 快速定位裝置的定位原理

圖3 前、中、后快速定位裝置

前動(dòng)力裝置的前進(jìn)給油缸的一端固定在前底板上，另一端固定在前動(dòng)板的下方，前導(dǎo)向定位軸設(shè)有燕尾狀滑道并固定安裝在前動(dòng)板上，前頂油缸的一端與前導(dǎo)向定位軸連接另一端與前箱體連接；在前動(dòng)力裝置的前進(jìn)給油缸作用下，前動(dòng)板可以沿前軌道前后移動(dòng)，可以應(yīng)對(duì)不同機(jī)型的位置，在前頂油缸的作用下定位塊開(kāi)始移動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)臂前部支撐的定位，同樣可以在定位塊上更換不同厚度的墊塊實(shí)現(xiàn)不同機(jī)型的定位，對(duì)于工裝本身也獲得了一個(gè)可以調(diào)整精度的定位裝置。

中動(dòng)力裝置的中進(jìn)給油缸的一端安裝在中底板上，另一端安裝在中動(dòng)板上，中橫油缸通過(guò)中橫油缸座安裝在中動(dòng)板上，在中進(jìn)給油缸的作用下中動(dòng)板可以沿中軌道移動(dòng)，在中橫油缸中定位塊可以水平伸縮，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)臂中部支撐的定位。

后動(dòng)力裝置的后進(jìn)給油缸的一端安裝在后底板上，另一端安裝在后動(dòng)板上，后橫油缸通過(guò)后橫油缸座安裝在后動(dòng)板上，在后進(jìn)給油缸的作用下后動(dòng)板可以沿后軌道移動(dòng)，在后橫油缸的作用下定位塊可以水平伸縮從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)臂后支撐的定位。

在前中后定位完成以后，上下左右鎖緊定位裝置跟進(jìn)，在不影響刀具進(jìn)給的位置鎖緊動(dòng)臂，實(shí)現(xiàn)終極定位，隨后油缸系統(tǒng)加緊，至此獲得了一個(gè)可靠的待機(jī)加工的位置；隨后前中后快速定位裝置撤出，從而完成快速定位全過(guò)程。

4 快速定位裝置的半自動(dòng)化

以上裝置使用控制線(xiàn)路，驅(qū)動(dòng)電磁閥，控制油缸改變推進(jìn)方向，實(shí)現(xiàn)定位裝置的遙控動(dòng)作?？刂圃砗?jiǎn)圖如圖4，此為半自動(dòng)控制裝夾定位裝置，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本裝夾原則帶來(lái)的有益效果是：雙軸加工中心使用半自動(dòng)快速定位，重新啟用組焊時(shí)的定位位置，實(shí)現(xiàn)組焊定位位置與機(jī)加工定位位置相統(tǒng)一的系統(tǒng)定位原則。在公差范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)快速定位，解決了現(xiàn)有技術(shù)中調(diào)整、對(duì)正時(shí)間長(zhǎng)的問(wèn)題，并通過(guò)無(wú)線(xiàn)遙控裝置的使用，實(shí)現(xiàn)雙軸加工中心工裝遠(yuǎn)距離裝夾，從而解決了雙軸加工中心操作安全性低的問(wèn)題。使用本裝置以后只需要5min左右便可以完成調(diào)整、對(duì)正過(guò)程，操作過(guò)程簡(jiǎn)單，易于掌握，工作效率大大提高。也為全自動(dòng)裝置奠定基礎(chǔ)。通過(guò)快速定位裝置的使用，可以讓一個(gè)零件安裝，另一個(gè)零件在加工，可節(jié)省零件的安裝、檢測(cè)時(shí)間。

圖4 遙控實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)圖

5 半自動(dòng)快速定位裝置的使用方法

半自動(dòng)快速定位裝置的使用方法，包括下列步驟。

1）將所述快速前定位、快速中定位和快速后定位分別固定安裝在機(jī)加工工裝的相應(yīng)位置，連接液壓油管線(xiàn)、壓力油泵站及相關(guān)配電線(xiàn)路。

2）將被加工結(jié)構(gòu)件——如挖掘機(jī)動(dòng)臂放到工裝里面，機(jī)加工工裝將結(jié)構(gòu)件導(dǎo)入預(yù)定位置(誤差在2mm的范圍內(nèi))。

3）驅(qū)動(dòng)前進(jìn)給油缸將快速前定位的前動(dòng)板沿前軌道送入定位位置，啟動(dòng)前頂油缸，使前箱體沿前導(dǎo)向定位軸向下移動(dòng)，迫使兩個(gè)前定位塊對(duì)稱(chēng)頂出，對(duì)挖掘機(jī)動(dòng)臂的前鍛件執(zhí)行前端定位。

4）驅(qū)動(dòng)后進(jìn)給油缸將快速后定位的后動(dòng)板沿后軌道送入定位位置，啟動(dòng)后橫油缸，推動(dòng)后定位塊對(duì)挖掘機(jī)動(dòng)臂的后鍛件執(zhí)行后端定位。

5）驅(qū)動(dòng)中進(jìn)給油缸將快速中定位的中動(dòng)板沿軌道送入定位位置，啟動(dòng)中橫油缸，推動(dòng)中定位塊對(duì)中鍛件執(zhí)行定位。

6）隨后啟動(dòng)結(jié)構(gòu)件機(jī)加工工裝，對(duì)結(jié)構(gòu)件位置進(jìn)行確定(誤差在0.5mm的范圍內(nèi))、鎖死。

7）將快速前定位的前定位塊、快速中定位的中定位塊、快速后定位的后定位塊退出。

6 結(jié) 論

1）通過(guò)快速定位裝置實(shí)現(xiàn)定位位置與機(jī)加工位置相統(tǒng)一的機(jī)加工定位原則。

2）整個(gè)制造過(guò)程采取組焊定位位置與機(jī)加工定位位置相統(tǒng)一的系統(tǒng)定位原則。

3）快速定位裝置，實(shí)現(xiàn)了機(jī)加工件校正依賴(lài)機(jī)床主軸的現(xiàn)狀，可以直接在工作臺(tái)上面裝夾，不占用機(jī)加工時(shí)間，提高了機(jī)床的利用率。

[1] 左延紅，張克仁．?dāng)?shù)控落地鏜銑床在挖掘機(jī)超長(zhǎng)臂機(jī)加工的應(yīng)用[J]．制造技術(shù)與機(jī)床，2010，(8)：111-114．

[2] 葉道軍．挖掘機(jī)結(jié)構(gòu)件機(jī)械加工工藝探討[J]．公用工程設(shè)計(jì)，2008，（8)：82-84．

[3] 王德軍，洪 峰．動(dòng)態(tài)快速定位裝置[P]．中國(guó)專(zhuān)利：ZL201220428053，2013-04-24．