機(jī)體組合機(jī)床通用性改造的研究

張大中

(中車戚墅堰機(jī)車有限公司 江蘇 常州 213011)

1 機(jī)床介紹

中車戚墅堰機(jī)車有限公司機(jī)體數(shù)控鏜銑組合機(jī)床(SFA-U103)于1999年投入使用，該機(jī)床主要由2個氣缸孔主鏜頭、2個油泵推桿孔鏜頭、4個進(jìn)排氣推桿孔鏜頭、2個推桿孔平面銑削頭組成，均布在工作臺兩側(cè)，相對位置固定，而且所有鏜頭的行程均由擋鐵固定，上下Z向行程范圍不可調(diào)節(jié)，工作臺面沿X向?qū)χ胁贾?個固定的校調(diào)裝置，用于機(jī)體校調(diào)和定位。這臺機(jī)床屬于專用機(jī)床，主要用于16V280ZJA型機(jī)體氣缸孔、推桿孔、推桿孔平面的精加工。該機(jī)床的最大優(yōu)點(diǎn)就是機(jī)體一次定位后兩側(cè)的工序可以同時加工，因而效率是其他加工中心的兩倍，加工后的產(chǎn)品精度也高。缺點(diǎn)就是該機(jī)床只能用于16V280ZJA型機(jī)體的加工，通用性差。

2 現(xiàn)狀

隨著公司產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的調(diào)整，16V280ZJA型機(jī)體的產(chǎn)量已明顯下降，升級后的R12V280ZJ型機(jī)體的產(chǎn)量大幅增加。經(jīng)評估后發(fā)現(xiàn)，R12V280ZJ型機(jī)體長度方面比16V280ZJA型機(jī)體短900 mm，現(xiàn)有夾具無法校調(diào)和裝夾；R12V280ZJ型機(jī)體氣缸孔的深度大于16V280ZJA型機(jī)體，現(xiàn)氣缸孔工位的滑臺為機(jī)械滑臺，行程不夠，不能滿足加工的要求；R12V280ZJ型機(jī)體氣缸孔和油泵推桿孔的結(jié)構(gòu)和16V280ZJA型機(jī)體的也不一樣，原鏜頭無法加工。目前上述工序只能由其他設(shè)備加工，生產(chǎn)能力受到了很大限制，為提高R12V280ZJ型機(jī)體的生產(chǎn)效率，開始了對機(jī)體數(shù)控鏜銑組合機(jī)床進(jìn)行通用性改造的研究。

3 可行性分析

對兩種機(jī)體的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行了對比，發(fā)現(xiàn)有3個主要參數(shù)是相同的：氣缸孔中心線之間的夾角、氣缸孔中心至推桿孔中心距離、錯缸距。其中氣缸孔中心線之間的夾角相同意味著機(jī)床整體立柱不用改動，氣缸孔中心至推桿孔中心距離相同可以使氣缸孔加工完不用將機(jī)體重新定位就可加工推桿孔，錯缸距相同就能保證機(jī)體兩側(cè)的氣缸孔和推桿孔仍然可以同時加工，這3個參數(shù)相同為機(jī)床能夠進(jìn)行通用性改造奠定了基礎(chǔ)。

4 方案制定

為實(shí)現(xiàn)機(jī)體數(shù)控鏜銑組合機(jī)床既能加工16V280ZJA型機(jī)體，又能加工R12V280ZJ型機(jī)體，制定了改造方案，主要有5個方面的內(nèi)容：(1)對原機(jī)床夾具進(jìn)行改造，滿足兩種機(jī)體的校調(diào)和裝夾功能；(2)將氣缸孔工位的機(jī)械滑臺改造為數(shù)控滑臺，滿足加工孔不同深度的要求；(3)重新設(shè)計(jì)氣缸孔加工的復(fù)合鏜頭，滿足兩種機(jī)體氣缸孔均能加工的要求；(4)增加設(shè)計(jì)R12V280ZJ型機(jī)車油泵推桿孔復(fù)合半精鏜鏜頭和復(fù)合精鏜鏜頭，滿足R12V280ZJ型機(jī)車油泵推桿孔的加工要求；(5)保留原油泵推桿孔和進(jìn)排氣推桿孔的鏜頭，保留原推桿孔平面銑頭，對老化和磨損的零部件進(jìn)行修復(fù)或換新。

5 改造實(shí)施

5.1 夾具改造

對機(jī)床夾具進(jìn)行改造時，采用了后端主軸承孔中心線校調(diào)裝置固定，前端校調(diào)裝置可以在軌道上滑動的方式，根據(jù)機(jī)體的長度進(jìn)行人工移位后鎖定，從而實(shí)現(xiàn)不同長度機(jī)體主軸承孔中心線的校調(diào)。在側(cè)面夾緊方式上，原16V280ZJA型機(jī)體每側(cè)有2個側(cè)面壓緊裝置，現(xiàn)使R12V280ZJ型機(jī)體的長度各增加1個側(cè)面壓緊裝置，從而實(shí)現(xiàn)兩種長度機(jī)體側(cè)面都有2個側(cè)面壓緊裝置進(jìn)行夾緊。在端面夾緊方式上，原16V280ZJA型機(jī)體，后端有2個位置固定的止擋，前端有2個位置固定的壓緊裝置，現(xiàn)設(shè)計(jì)2個帶支架的接桿，如果加工R12V280ZJ型機(jī)體，則將接桿裝置安裝在前端壓緊裝置向后的預(yù)留位置，從而達(dá)到兩種機(jī)體都能實(shí)現(xiàn)端面夾緊的目的。

5.2 滑臺改造

氣缸孔工位的機(jī)械滑臺改造為數(shù)控滑臺，更換伺服電機(jī)及傳動箱，采用半閉環(huán)伺服驅(qū)動系統(tǒng)，加裝滾珠絲杠，取消原滑臺擋鐵機(jī)構(gòu)，使滑臺行程增加并可以調(diào)節(jié)，從而滿足了這兩種不同深度的氣缸孔的加工要求。

5.3 重新設(shè)計(jì)氣缸孔復(fù)合鏜頭

原氣缸孔復(fù)合鏜頭在加工16V280ZJA型機(jī)體時要承擔(dān)3道工序的加工：氣缸孔上下孔的半精鏜和精鏜，上下孔的倒角和上孔孔口止推平面的加工。鏜頭由止推平面車刀、上下孔倒角刀、上下孔半精鏜和精鏜刀構(gòu)成，其中止推平面車刀、上下孔倒角刀通過平面齒條差動機(jī)構(gòu)可以根據(jù)加工的需要進(jìn)行徑向伸出和退回，止推平面車刀根據(jù)加工的需要可獨(dú)立伸出和退回，考慮到生產(chǎn)效率將上下孔倒角刀設(shè)置成同步伸出和退回，也就是說，上下孔的倒角工序可以同步進(jìn)行。

R12V280ZJ型機(jī)體與16V280ZJA型機(jī)體的氣缸孔在結(jié)構(gòu)上主要有兩項(xiàng)不同：(1)R12V280ZJ型機(jī)體氣缸孔上孔下方多了一道直徑與上孔相同、厚度為15 mm的中孔；(2)下孔倒角至氣缸孔上平面距離不同，R12V280ZJ型機(jī)體比16V280ZJA型機(jī)體長4 mm。原氣缸孔復(fù)合鏜頭在加工R12V280ZJ型機(jī)體時，上孔的鏜刀要將R12V280ZJ型機(jī)體氣缸孔上孔和中孔都加工完，行程要延長80 mm，由于將氣缸孔工位的機(jī)械滑臺改造成了數(shù)控滑臺，通過程序設(shè)計(jì)可以滿足。但是原氣缸孔復(fù)合鏜頭在加工上下孔倒角時遇到了困難：由于R12V280ZJ型機(jī)體下孔倒角至氣缸孔上平面距離比16V280ZJA型機(jī)體長4 mm，原氣缸孔鏜頭的2把倒角刀已不能對R12V280ZJ型機(jī)體上下孔同時進(jìn)行倒角加工，如果在加工完上孔倒角后再加工下孔倒角，上孔倒角刀必須退回，否則上孔倒角刀就會和上孔內(nèi)壁發(fā)生干涉，由于當(dāng)初設(shè)計(jì)的原因，上下孔倒角刀只能同步伸出和退回，所以原氣缸孔復(fù)合鏜頭不能滿足R12V280ZJ型機(jī)體氣缸孔下孔倒角的加工。

最終重新設(shè)計(jì)了一種復(fù)合鏜頭，基本采用原鏜頭的結(jié)構(gòu)，仍然將止推平面車刀、上下孔倒角刀安裝在平面齒條差動機(jī)構(gòu)上，只是將上下倒角刀的安裝座由圓形改成了縱向的長方形，并將下倒角刀安裝座上的刀具安裝孔設(shè)計(jì)成腰子孔，下倒角刀安裝在腰子孔下部時加工R12V280ZJ型機(jī)體，安裝在腰子孔上部時加工16V280ZJA型機(jī)體，刀具和安裝座之間還增加了調(diào)整螺栓來加強(qiáng)刀具位置的固定，確保刀具在加工時位置不發(fā)生變化。當(dāng)加工產(chǎn)品發(fā)生變化時，只需將下倒角刀調(diào)整一次安裝位置就行了。新設(shè)計(jì)的氣缸孔復(fù)合鏜頭結(jié)合數(shù)控滑臺的功能，既保留了原16V280ZJA型機(jī)體氣缸孔上下孔的半精鏜和精鏜、上下孔的倒角和止推平面加工的需要，又解決了R12V280ZJ型機(jī)體氣缸孔比16V280ZJA型機(jī)體多了一道中孔、下孔倒角至氣缸孔上平面距離比16V280ZJA型機(jī)體長4 mm帶來的加工困難，實(shí)現(xiàn)了一個氣缸孔復(fù)合鏜頭能同時滿足當(dāng)前兩種型號機(jī)體氣缸孔的加工要求。

5.4 增加R12V280ZJ型機(jī)體油泵推桿孔鏜頭

16V280ZJA和R12V280ZJ兩種型號機(jī)體的油泵推桿孔都分上下孔，前者上、下孔直徑都是100 mm,后者上孔96 mm，下孔94 mm。經(jīng)評估后，保留原油泵推桿孔鏜頭，繼續(xù)用于加工16V280ZJA型機(jī)體油泵推桿孔的半精鏜和精鏜，考慮到R12V280ZJ型機(jī)體的上、下孔直徑不一樣，同時兼顧上下孔同軸度的要求，上下孔的精鏜必須一次完成，所以采取半精鏜和精鏜分開加工的模式，重新設(shè)計(jì)了兩個R12V280ZJ型機(jī)體油泵推桿孔鏜頭，一個用于半精鏜，一個用于精鏜[1]。在整個布局上，取消一個進(jìn)排氣推桿孔鏜頭，將R12V280ZJ型機(jī)體油泵推桿孔半精鏜鏜頭安裝在這個位置，R12V280ZJ型機(jī)體油泵推桿孔精鏜鏜頭與16V280ZJA型機(jī)體油泵推桿孔鏜頭共用一個位置，根據(jù)生產(chǎn)需要進(jìn)行調(diào)整。

5.5 其他部分

在改造過程中，為保證精度和設(shè)備可靠性，還對設(shè)備的基礎(chǔ)部件、工件臺、其他滑臺等進(jìn)行了整修，對易損件進(jìn)行了更換，電氣系統(tǒng)也進(jìn)行了更新。

6 驗(yàn)證

該設(shè)備于2016年4月～2017年12月間按上述方案實(shí)施了改造，經(jīng)過驗(yàn)證，改造后的夾具滿足了兩種機(jī)體校調(diào)和夾緊的要求(見圖1)。氣缸孔工位的機(jī)械滑臺改造為數(shù)控滑臺,并安裝上新設(shè)計(jì)的氣缸孔復(fù)合鏜頭，通過不同的程序控制，也實(shí)現(xiàn)了兩種機(jī)體不同結(jié)構(gòu)氣缸孔的加工。由于新設(shè)計(jì)的兩個油泵推桿孔鏜頭采用原油泵推桿孔鏜頭的結(jié)構(gòu)和安裝尺寸，當(dāng)加工的機(jī)體種類變化時，每側(cè)只需更換1只油泵推桿孔鏜頭即可滿足生產(chǎn)的需要。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，同種機(jī)體都是批量生產(chǎn)，實(shí)際更換的頻率并不高。進(jìn)排氣推桿孔的鏜頭和推桿孔平面銑頭無須改造，即可滿足對兩種機(jī)體的加工。由于對老化和磨損的零部件進(jìn)行修復(fù)、換新，電氣系統(tǒng)進(jìn)行了更新，設(shè)備的銑頭、鏜頭、滑臺精度也達(dá)到了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

圖1 改造完成后的機(jī)床照片

7 結(jié)束語

2017年12月份，完成了兩種機(jī)體實(shí)物加工的驗(yàn)證，兩種機(jī)體均能一次定位后，兩側(cè)的氣缸孔、推桿孔和推桿孔平面可以同時加工，達(dá)到了對設(shè)備進(jìn)行通用性改造的目的,目前該設(shè)備已經(jīng)投入使用。