一種道岔尖軌自動(dòng)夾具的設(shè)計(jì)

寧波海天精工股份有限公司 陳小光

沈陽(yáng)中辰鋼結(jié)構(gòu)工程有限公司 趙 芳

一種道岔尖軌自動(dòng)夾具的設(shè)計(jì)

寧波海天精工股份有限公司 陳小光

沈陽(yáng)中辰鋼結(jié)構(gòu)工程有限公司 趙 芳

針對(duì)道岔尖軌機(jī)加生產(chǎn)過程中，裝夾時(shí)間過長(zhǎng)、夾具種類繁多等影響效率的問題，設(shè)計(jì)了電控永磁盤夾緊、自動(dòng)上下料夾具。本設(shè)計(jì)一次裝夾能同時(shí)進(jìn)行銑下腭、刨頭銑削、軌腰鉆孔等機(jī)加作業(yè)。

隨著高鐵、地鐵等軌道交通技術(shù)的發(fā)展，軌道交通樞紐增多，星羅密布的鐵道網(wǎng)帶來(lái)道岔尖軌的需求量增大。由于市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈，供貨周期越來(lái)越短，如何快速加工出合格的道岔尖軌成為生產(chǎn)企業(yè)面臨的技術(shù)難題。

道岔所用的尖軌是以鋼軌50AT、60AT等為坯料，在龍門銑床上用專用夾具裝夾后，經(jīng)半精加工銑削出來(lái)。傳統(tǒng)的手工夾緊、手工卸料效率低，難以滿足當(dāng)今的市場(chǎng)需求。本設(shè)計(jì)采用自動(dòng)送料入位，電控永磁夾緊，加工完畢自動(dòng)卸料。整個(gè)過程操作者只進(jìn)行監(jiān)督，操控按鈕等低強(qiáng)度作業(yè)。

1.尖軌的銑削工藝要求和普通夾具原理分析

道岔尖軌的銑削工藝最主要的是銑下腭和刨頭銑削。如圖1所示，A為鋼軌毛壞，B為銑下腭后半成品，C為第一次刨頭銑削后的半成品，D為成尖軌成品。

銑削加工一般分兩道工序：①銑下腭；②刨頭銑削。

銑下腭時(shí)如圖2所示，此時(shí)先將鋼軌反向夾在夾具上，此時(shí)需夾緊零件的四個(gè)面。待銑下腭作業(yè)完畢，再轉(zhuǎn)到下一工序刨頭銑削。如圖3所示，此時(shí)將銑完下腭的鋼軌正放在夾具上，此時(shí)需夾緊零件的三個(gè)平面及一個(gè)斜面。

可見傳統(tǒng)夾具無(wú)論是機(jī)械夾緊還是自動(dòng)夾緊，由于夾持面過多，夾具不能統(tǒng)一，導(dǎo)致生產(chǎn)工序增加效率低下，夾具管理成本增加。

分析可知整個(gè)加工過程中，軌腰兩立面和軌底面有大部分未經(jīng)銑削，是夾具夾緊的理想表面。本設(shè)計(jì)正是運(yùn)用軌腰立面和軌底未銑面來(lái)夾持壞料，配合液壓上料下料機(jī)構(gòu)保證一次裝夾，完成銑下腭和刨頭銑削所有加工工序。

2.原理分析與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本自動(dòng)夾具采用電控永磁盤來(lái)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)磁材質(zhì)工件的夾緊，用托料輥、上料液壓缸、下料液壓缸完成工件的自動(dòng)上下料動(dòng)作。

本設(shè)計(jì)中所用的電控永磁盤夾緊工件過程中不需要供電，磁力線只穿透工件與夾盤接觸的表層，意外斷電不松裝夾，安全可靠。當(dāng)需要卸料時(shí)，電控系統(tǒng)將磁力線屏蔽在夾盤內(nèi)部，磁盤外部磁力線消失，工件從夾緊狀態(tài)恢復(fù)到自由狀態(tài)。

該自動(dòng)夾具系統(tǒng)安裝在龍門銑床的工作臺(tái)上。如圖4所示，在工作臺(tái)一側(cè)沿機(jī)床X軸方向縱向安裝多組電控永磁盤，每隔兩三組磁盤安裝一個(gè)托料輥。每個(gè)托料輥正對(duì)面安裝一個(gè)下料液壓缸。在工作臺(tái)最外側(cè)靠近托料輥的位置安裝上料液壓缸。

圖1

圖2

圖3

圖 4 1.工作臺(tái) 2.電控永磁盤 3.上料液壓缸 4.托料輥 5.下料液壓缸

上料時(shí)如圖5所示，油壓推動(dòng)活塞桿，托料輥在兩個(gè)導(dǎo)向軸的導(dǎo)向和活塞桿的升力作用下，升起到位。吊車將工件放在托料輥上，上料液壓缸伸出上料，如圖6a所示。

上料完畢后，上料液壓缸和托料輥縮回，電控永磁盤開始充磁夾緊，如圖6b所示。進(jìn)行尖軌銑下腭，刨頭等銑削作業(yè)。

圖 51、4.導(dǎo)向軸 2.托料輥 3.防護(hù)罩 5.活塞桿

工件加工完畢后，電控永磁盤開始退磁，退磁完畢后托料輥升起到位，下料液壓缸伸出到位將工件推到托料輥上圖6c所示。待下料液壓缸縮回吊車將工件運(yùn)離工作臺(tái)。

3.夾緊力的計(jì)算

電控永磁盤下模塊為5個(gè)磁極，每個(gè)下磁極的吸力為1000kgf，側(cè)磁極吸力為350kgf。

僅以60AT鋼軌刨頭銑削最上端時(shí)為例。如圖7以電控永磁盤聯(lián)系圖粗略計(jì)算以O(shè)點(diǎn)為零力矩點(diǎn)，向下磁吸力F1距零力矩點(diǎn)37mm，側(cè)向磁吸力F2距零力矩點(diǎn)60mm，摩擦力f1通過O點(diǎn)與F2方向相同，軌高152mm，則該組夾具所能提供的抗力F：

（1）以O(shè)點(diǎn)取矩：

（2）以O(shè)點(diǎn)為零點(diǎn)分析力系：

圖 6

圖 7

由式1得出當(dāng)切削力小于18697N時(shí)工件不會(huì)發(fā)生翻轉(zhuǎn)；由式2得出此時(shí)的切削力遠(yuǎn)小于24500N，工件不會(huì)發(fā)生移動(dòng)，實(shí)際切削工藝中按切削力10000N選定的刀具及切削參數(shù)，所以?shī)A具提供的夾緊力是足夠的。后經(jīng)電控永磁盤供應(yīng)商精確核算，滿足該切削所需抗力。當(dāng)銑下腭時(shí)，該夾具系統(tǒng)能提供40000N抗力，有利于選擇大直徑銑刀切削提高效率。

4.維護(hù)與保養(yǎng)

電控永磁盤為成套組件，免維護(hù)。托料輥組件如圖5所示，帶有上下伸縮的不銹鋼防護(hù)罩，耐腐蝕防碎屑。上、下料液壓缸均裝有防塵圈，所以整套夾具系統(tǒng)只需進(jìn)行日常的清掃保養(yǎng)即可。

5.結(jié)語(yǔ)

本設(shè)計(jì)為一次裝夾，同時(shí)銑削下腭、刨頭銑削、螺栓槽加工、軌腰鉆孔等，避免了夾具種類多的缺點(diǎn)。并輔以自動(dòng)上下料功能，大大地提高了生產(chǎn)效率，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度。

本設(shè)計(jì)對(duì)于龍門銑床適應(yīng)性強(qiáng)，能直接裝配到動(dòng)柱式龍門銑床，可加工的鋼軌長(zhǎng)度范圍廣。也可以配備X向托鏈，裝配在普通龍門銑床上，銑削長(zhǎng)度較短的鋼軌。

另外，作為本品核心部件的大磁力電控永磁盤大多依賴進(jìn)口，成本較高，并且只能配給大型的龍門機(jī)床，前期投入成本較高，不適宜中小型加工企業(yè)，為本品的普及帶來(lái)一定影響?！?/p>