柔性生產線復合軌中間接頭自動夾緊工裝設計

張旭峰

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柔性生產線復合軌中間接頭自動夾緊工裝設計

張旭峰

設計了適用于柔性生產線復合軌中間接頭精密加工定位的自動夾緊工裝，該工藝裝備具備快速精確定位、自動夾緊、夾緊定位狀態實時監測、定位面自動清理、自動松開等功能，適用于自動化柔性生產線上大批量零部件的精密加工。

柔性生產線；復合軌中間接頭；精密加工；工藝裝備；自動化

0 引言

“中國制造2025”規劃的實施標志著我國制造業又迎來了一次重大的技術革新，智能化柔性生產線也得以迅速推廣應用，這對與之相配套的工藝裝備提出了更高的要求。對于高精度零件加工，要求其工藝裝備必須具有工件定位、夾緊狀態的實時監控、自動夾緊、自動松開、自動清潔等功能。復合軌中間接頭柔性生產線由2部步進式上下料道、1臺關節機器人和2臺加工中心組成。為實現復合軌中間接頭在生產線上高效率、高質量、穩定可靠的大批量生產，設計一套全新概念的工藝裝備勢在必行。

1 產品概述

1.1 復合軌中間接頭產品介紹

復合軌中間接頭是地鐵第三軌供電系統中的關鍵部件，其主要作用：（1）在復合軌銜接處，從結構上續接兩段復合軌，保證兩段復合軌軌面高差控制在設計要求范圍內，銜接縫隙符合設計要求，從而保證牽引機車受電靴平穩滑過接頭處，避免產生劇烈振動；（2）保證兩段復合軌在電氣性能上等電位續接，載流能力不受影響，受電靴滑過接頭處時不因電位差而產生電弧。其安裝結構如圖1所示。

1.復合軌；2.中間接頭；3.絕緣護罩固定塊；4.絕緣護罩。

1.2 機加工性能要求

從復合軌中間接頭結構示意圖及其作用不難看出，機加工過程中需要保證零件的4個螺栓連接孔的中心距離，以及螺栓連接孔關于中間接頭兩側14°斜面的位置精度。螺栓與單個連接孔的配合間隙僅為0.5 mm，螺栓需在中間接頭上下調整間隙為零的前提下（中間接頭兩側斜面緊貼復合軌內側斜面，無間隙）一次性穿過3個零件。因此，連接孔的位置精度顯得尤為重要。

2 方案設計

圖2、圖3分別為復合軌中間接頭柔性自動生產線結構示意圖和自動化工作流程。根據上述技術要求，結合鉆孔中心柔性自動生產線的特點，將工裝結構分為3部分：

（1）定位系統。定位系統對工件加工起定位及支撐作用。定位系統以中間接頭裝配基準面—兩側斜面為定位基準，限制工件左右及上下的自由度，沿零件長度方向取5點定位，預留機器人機械手抓取工件的空間。在中間接頭一側端面處設置固定定位點，限制工件的縱向自由度。所有定位塊與底板連接均采用定位銷精確定位，保證定位塊的位置精度。

（2）自動夾緊系統。選用2個額定壓力為 3.8 kN的液壓缸施加夾緊力，壓緊工件，選用1個額定壓力為2.4 kN的液壓缸，沿縱向從側面頂緊工件。液壓缸液壓源由機床自帶液壓系統提供，主要實現夾緊與輔助頂緊，分路設置、獨立控制，分別由外部軟管接入工裝母板，內設油路接口，以方便實現主、副夾緊的順序控制。

圖2 復合軌中間接頭柔性自動生產線結構

圖3 自動化工作流程

（3）冷卻及切削殘渣清理系統。冷卻及切削殘渣清理系統分為2部分，主冷卻系統設置在機床主軸上，利用機床主軸連接頭上圍繞主軸設置的4個均布冷卻液出水口接入機床冷卻系統，由此可保證主冷卻系統跟隨機床主軸實時移動，鉆削刀具始終處于被冷卻狀態；切削殘渣清理系統主通路設置于工裝母板上，由機床提供的另一路冷卻系統引出，接入工裝母板內部通道，在每個定位塊處設置1個出口接頭，使用Φ6.0銅管折成90°接入接頭，并將折彎端對準定位塊主定位面。在完成工件加工、機器手抓取工件并移出機床工作面后，關閉自動門，使用機床M功能控制開啟切削殘渣清理通路，對定位面進行實時清理，準備下一件產品的定位安裝。工裝整體結構如圖4所示。

1.夾緊裝置一；2.夾緊裝置二；3.定位塊一； 4.定位塊二；5.工件；6.冷卻及清理機構。

3 結構的可行性分析

定位系統：通過對零件實際應用原理及零件毛坯的分析發現，定位面以兩側14°斜面定位比較合理，原因如下：（1）零件毛坯為鋁合金材質，為熱擠壓成型型材，兩側斜面角度一致性較好，可保證其對稱度，斜面定位可以保證孔的橫向位置精度；（2）斜面對斜面的定位可以有效消除間隙，保證毛坯在工裝上的橫向位置度公差；（3）斷續式5點定位可以避免因型材毛坯直線度誤差大而導致的定位誤差，同時也有利于切削殘渣的清理，另外還可以避免與關節機器人手發生干涉。

冷卻及切削殘渣清理系統：該系統可獨立控制多路冷卻液通道，冷卻泵功率可提供滿足要求的出水壓力。因此，采用機床冷卻系統的多路預留接口，可實現主冷卻系統與切削殘渣分路控制。主冷卻系統利用機床主軸預留4個均布出水孔，均與機床主軸軸線呈相同夾角，不同出水孔的冷卻液可以聚集在刀具切削刃上，起到主冷卻作用。另一路冷卻系統通過外部軟管引入工裝母板內設孔道，在每個定位塊處使用帶90°折彎的Φ6.0銅管導出，定位塊主定位面為V形截面，銅管引出的冷卻液通過直接噴射和反射噴射，可保證每個定位面無死角清理。同時，在工裝母板上設置單向7°排水排削斜面，切削殘渣能快速被排出到機床自動排削系統。

4 創新點

該復合軌中間接頭工裝設計具有如下創新點：

（1）夾緊系統按照功能分為主夾緊機構和輔助夾緊機構，采用2套獨立的液壓油路分別控制，與機床M功能完美結合，有利于實現自動控制中邏輯關系的建立（先開啟輔助夾緊，再啟動主要夾緊），有利于工件精確定位；（2）采用兩側14°斜面定位，即使型材外形尺寸存在誤差，也可保證連接孔的橫向位置精度；（3）設計前綜合考慮了產品的多規格性，合理設計定位塊尺寸，實現了3000A、4000A及4500A三種不同規格的復合軌中間接頭產品加工工裝的通用；（4）在工裝母板上設置氣路通道，固定定位塊上設計末端氣路檢測孔，利用機床M功能控制0.6 MPa的高壓氣體的通入或斷開，實時監測工件與主要定位面的貼合狀態，進一步保證了定位精度。

5 應用及推廣

本工藝裝備已成功應用于全自動化柔性鉆攻生產線，實現了復合軌中間接頭產品全自動化加工，產品加工精度由原來M級提高到了現在的F級；生產效率提高了80%，2條自動生產線僅需要1人值守，大大節約了人力資源，降低了勞動強度，同時也為下一步全面引進自動化生產線積累了經驗。目前，該自動化生產線工裝設計理念已被推廣應用到其他數控加工生產線，實現了13種產品的全自動化加工。

[1] 趙如福.金屬機械加工工藝人員手冊（第三版）[M]. 上海：上海科學技術出版社，1990.

[2] 成大先.機械設計手冊[M]. 北京：化學工業出版社，2008.

[3] 孫學強.機械制造基礎[M]. 北京：機械工業出版社，2008.

[4] 陳立德. 工裝設計[M]. 上海：上海交通大學出版社，2008.

The automatic clamping tools for precise processing and positioning of intermediate joint on composite conductor rail being manufactured on the flexible production line are designed, the process tools are capable for realizing of quick and precise positioning, automatic clamping, real time monitoring of clamping and positioning status, automatic cleaning of positioning face and automatic releasing functions, applicable to precise processing of large quantity of parts on automatic flexible production line.

Flexible production line; intermediate joint on composite conductor rail; precise processing; process tools; automation

10.19587/j.cnki.1007-936x.2018.05.022

U231.8

B

1007-936X(2018)05-0086-03

2018-02-08

張旭峰.中鐵電氣化局集團寶雞器材有限公司，工程師。