接觸網(wǎng)關(guān)鍵零部件機械加工智能化改造分析

楊淋琪

（中鐵建電氣化局集團軌道交通器材有限公司，江蘇 常州 213179）

接觸網(wǎng)是進行列車運行所需的電流輸送的重要環(huán)節(jié)與部分[1]，如果接觸網(wǎng)中的關(guān)鍵零部件運行失效，導(dǎo)致接觸網(wǎng)的電流輸送以及列車供電等產(chǎn)生受到影響。尤其是隨著我國高速鐵路技術(shù)的快速發(fā)展以及鐵路運行服務(wù)質(zhì)量的不斷改善提升，對高速鐵路運行的供電系統(tǒng)及其有關(guān)零部件性能的可靠性要求也不斷提升[2]。另一方面，在進行接觸網(wǎng)的有關(guān)零部件制造中，由于其制造成本的不斷提高，再加上制造應(yīng)用設(shè)備與技術(shù)的相對落后現(xiàn)狀，導(dǎo)致與我國高速鐵路技術(shù)發(fā)展呈不相匹配的狀態(tài)[3,4]，因此，迫切需要通過對接觸網(wǎng)制造有關(guān)技術(shù)和設(shè)備的優(yōu)化改造和升級，滿足我國高速鐵路技術(shù)發(fā)展與運行提升的有關(guān)需求。本文將結(jié)合接觸網(wǎng)關(guān)鍵零部件的機械加工結(jié)構(gòu)特征，并且根據(jù)接觸網(wǎng)關(guān)鍵零部件的機械加工技術(shù)要求與具體工藝內(nèi)容，對其機械加工的智能化改造進行研究。

1 接觸網(wǎng)關(guān)鍵零部件的主要類型與機械加工工藝特征分析

1.1 主要類型分析

對接觸網(wǎng)的主要零部件，根據(jù)其用途不同進行劃分，主要包括定位裝置、腕臂裝置、電連接裝置、下錨裝置、中心錨結(jié)和整體吊弦等。在上述各零部件中，腕臂裝置與定位裝置是應(yīng)用在供電導(dǎo)線的懸吊以及定位中，其能夠?qū)佑|網(wǎng)受電弓和供電導(dǎo)線之間的均勻摩擦及因摩擦引起的局部強烈磨損的控制進行保障；而下錨裝置是進行供電導(dǎo)線所需額定張力提供的重要裝置，它能夠?qū)佑|網(wǎng)受電弓取流以及高速通過時因摩擦產(chǎn)生的受電弓振動波有效控制提供支持，并對接觸網(wǎng)受電弓和導(dǎo)線接觸的靜電力控制進行保障，從而有效避免接觸電阻增大或者是放電間隙引起的拉弧情況。根據(jù)上述分析可知，接觸網(wǎng)的關(guān)鍵零部件主要包括腕臂裝置、下錨裝置以及定位裝置三個結(jié)構(gòu)裝置，其關(guān)鍵零部件的機械加工制造質(zhì)量，直接影響系統(tǒng)的供電運行的可靠性。

值得注意的是，其結(jié)合接觸網(wǎng)關(guān)鍵零部件的機械加工結(jié)構(gòu)特征與具體工藝要求，在實際加工和制造中，需要進行腕臂裝置進行腕臂管連接所用的抱箍類零部件以及下錨補償裝置中的軸類零部件、下錨補償裝置中進行軸承結(jié)構(gòu)密封使用的擋塊部件、下錨補償裝置中的棘輪輪體、剛性懸掛的中間接頭等加工。

1.2 機械加工的工藝特征

根據(jù)上述對接觸網(wǎng)關(guān)鍵零部件及其機械加工內(nèi)容的分析，在進行上述各關(guān)鍵零部件的機械加工與制造中，首先，對抱箍類零部件的加工是以熱模鍛工藝成型技術(shù)實現(xiàn)的，其加工過程中會涉及鉆5-Φ13連接通孔等工藝內(nèi)容，在該項工藝環(huán)節(jié)，不僅需要對孔心距的準確性進行保證，以確保其連接的精準度，而且需要對圓弧兩側(cè)孔以圓弧中心為準的對稱性進行保證，以避免對該零部件加工的質(zhì)量和效果產(chǎn)生不利影響。針對這一情況，在具體加工中會采用數(shù)控鉆孔中心方法，以有效滿足其加工制作的工藝內(nèi)容和要求。其次，在加工軸類零件的過程中，主要加工下錨補償裝置的滑輪軸以及棘輪軸，該加工環(huán)節(jié)在使用無油免維護軸承進行加工的時候，對軸和軸承摩擦面的尺寸精度及其形位公差等具有較高的要求，并且要求其加工零部件的表面粗糙度不高于0.4μm，因此，一般采用具有高精度的數(shù)控車削技術(shù)進行零部件加工和制造。在進行接觸網(wǎng)的擋塊加工中，由于擋塊屬于盤類零部件，在接觸網(wǎng)運行中起到軸承結(jié)構(gòu)限位與密封的作用，其多采用不銹鋼棒材進行車削加工和制成，在具體加工中也比較適宜采用數(shù)控車削中心進行加工制造。在下錨補償裝置中，棘輪本體作為其核心部件，對其傳動效率要求在97%以上，多是采用鋁合金材料進行低壓鑄造加工制成，并且加工棘輪本體時，需要關(guān)注中間和軸承以及軸相互配合的孔，其中，軸承結(jié)構(gòu)對軸向定位與密封功能的可靠性要求較高，并且需要進行較大的徑向力以及一部分軸向分力承擔(dān)，再加上其孔結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，且精度要求與形位公差等要求較高，因此，在具體加工中需要對孔的加工精度進行有效控制，以確保其加工部件的傳動效率能夠滿足有關(guān)需求。值得注意的是，對棘輪本體的傳統(tǒng)加工中，是采用數(shù)控車床進行2次裝夾定位完成的，這種加工方式所加工部件的形差公式不能滿足其要求，因此，需要通過先進的工藝設(shè)計與加工，以更好地滿足其零部件加工的有關(guān)要求。

2 接觸網(wǎng)關(guān)鍵零部件機械加工的智能化改造研究

在進行接觸網(wǎng)關(guān)鍵零部件機械加工的智能化改造中，根據(jù)上述接觸網(wǎng)關(guān)鍵零部件的類型及其機械加工工藝特征的分析，結(jié)合其關(guān)鍵零部件的主要類型與現(xiàn)有加工工藝的情況，進行合理的智能化改造與設(shè)計，促進接觸網(wǎng)關(guān)鍵零部件機械加工質(zhì)量和水平的不斷提升。

2.1 對抱箍類零部件鉆攻的加工與智能化改造分析

根據(jù)上述對接觸網(wǎng)抱箍類零部件加工及其工藝特征的分析，從其加工產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點等方面出發(fā)，采用履帶式物料轉(zhuǎn)運系統(tǒng)與回轉(zhuǎn)式關(guān)節(jié)機器人的工件上料、卸料等功能，進行智能化改造。其中，在上述的零部件加工生產(chǎn)工藝系統(tǒng)中，通過將物料轉(zhuǎn)運系統(tǒng)設(shè)置在兩臺數(shù)控鉆攻的中心，以對兩臺設(shè)備在具體加工中的裝料與卸料等動作需求進行滿足。此外，其生產(chǎn)系統(tǒng)中所采用的回轉(zhuǎn)式關(guān)節(jié)機器人手爪還具有浮動定位以及自動夾緊、松開等功能，并且是以雙手爪機構(gòu)進行設(shè)置和應(yīng)用，在具體加工運行中，由一只手爪進行待加工的毛胚抓取，另一只手爪負責(zé)進行已經(jīng)加工完成的成品抓取，可以有效減少機器人的動作頻率。在改造的過程中，為滿足對抱箍類零部件加工的有關(guān)需求，其鉆攻中心連接中還設(shè)置有精密定位機構(gòu)的工裝，能夠?qū)庸すぜ亩ㄎ粻顟B(tài)進行實時監(jiān)測，同時由鉆攻中心M對其工件加工中的夾緊與松開等動作完成進行自動控制。

2.2 對中間接頭鉆攻加工的智能化改造分析

在進行接觸網(wǎng)的中間接頭鉆攻加工與智能化改造中，由于中間接頭額定生產(chǎn)線上下料道的結(jié)構(gòu)和抱箍類零部件加工的上下料道結(jié)構(gòu)相同，均采用步進式電機鏈條進行驅(qū)動，并且加工單元也采用兩臺VCP-400L加工中心，同時進行23.5kN的大扭矩主軸裝配以及6軸關(guān)節(jié)機器人的機床卸料系統(tǒng)，以此滿足其工件加工與制造的要求。其中，與抱箍類零部件加工生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)不同的是，中間接頭加工生產(chǎn)線的毛胚定位是以外形定位形式實現(xiàn)的，并且在具體設(shè)計中，對復(fù)合軌中間接頭產(chǎn)品的兼容加工進行考慮和體現(xiàn)，具體加工中進行不同工藝切換時，可通過進行機器人手爪與工裝夾具更換即可進行。如下圖1所示，即為接觸網(wǎng)中間接頭部件加工生產(chǎn)線的夾具結(jié)構(gòu)示意圖。該圖中，1和6分別表示的是兩個固定定位塊，2表示的是工件，3表示的是主壓緊缸，4和5則表示兩個輔助頂緊液壓缸。

圖1 滑輪軸車削生產(chǎn)工藝布局示意圖

2.3 滑輪軸加工工藝及智能化改造分析

在進行接觸網(wǎng)的軸類零部件加工中，一般需要通過兩次裝夾進行加工固定，因此，為滿足其零部件加工的需求，在設(shè)計中設(shè)置兩個相應(yīng)的加工單元。通常情況下，通過對其工件加工工序的合理分割，確定兩個加工單元的具體裝夾定位方案以及工藝內(nèi)容，然后按照節(jié)拍匹配等原則和要求對其進行加工工藝進行有效分割。其中，在對加工工藝的分割過程中，節(jié)拍匹配原則實際上就是要求兩個加工單元的加工時間基本相同，以避免加工應(yīng)用中出現(xiàn)加工單元之間停工待料等情況，影響工件加工的整體質(zhì)量和效益。值得注意的是，由于Φ30外圓位和無油軸承的配合面具有較高的精度要求，并且其表面粗糙度要求不能超過0.4μm，針對這一情況，在設(shè)計過程中，需要將夾緊面調(diào)整至Φ22螺紋過渡面位置，否則導(dǎo)致兩個加工單元的工藝內(nèi)容形成不對稱的情況，造成生產(chǎn)損失。綜合上述情況，對軸類工件的加工生產(chǎn)線設(shè)計與智能化改造中，就可以通過將兩個加工單元中的第一加工單元使用兩臺數(shù)控車削中心進行設(shè)計工程，而對第二加工單元則設(shè)置一臺數(shù)控車削中心，以采用這種2+1的組合生產(chǎn)線模式，來滿足其工件加工與智能化改造的有關(guān)需求。其中，按照上述智能化改造方案，在具體設(shè)計和應(yīng)用中，根據(jù)其現(xiàn)場的實際情況進行設(shè)計和分析，對存在較突出的生產(chǎn)場地限制等因素影響的情況，也可以采用如下圖1所示的1+1模式進行滑輪軸車削生產(chǎn)線組裝與生產(chǎn)應(yīng)用。

2.4 擋塊加工與智能化改造

擋塊的生產(chǎn)與加工中，同樣需要通過兩次裝夾進行固定，其生產(chǎn)線設(shè)計和軸類零部件的生產(chǎn)線基本相同，可通過一字形布置，在工件加工中由桁架機器人對兩套加工單元進行串并與裝料、卸料支持，其生產(chǎn)線中的加工設(shè)備設(shè)置也和軸類零部件相同，從而確保對擋塊加工工藝設(shè)備及系統(tǒng)的有效維護和管理。需要注意的是，與軸類零部件不同，擋塊的長度相對較短，其加工使用的毛胚直徑為Φ50，因此，在具體加工中使用六工位盤型的上下料系統(tǒng)進行生產(chǎn)和加工，從而更好地滿足工件加工的質(zhì)量和效果的需求。

3 結(jié)語

本文對接觸網(wǎng)關(guān)鍵零部件機械加工的智能化改造進行研究，該研究結(jié)果有利于促進接觸網(wǎng)關(guān)鍵零部件的機械加工質(zhì)量的提升，從而確保接觸網(wǎng)關(guān)鍵零部件的運行和使用的性能，為我國機械加工的智能化發(fā)展提供良好的支持，并推動智能化技術(shù)各行業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，其具有十分積極的作用和意義。