夾具與托料架在火車軸自動化加工中的應用

□ 林 鵬 □ 王 雷 □ 張希芳

通用技術集團沈陽機床有限責任公司 沈陽 110142

1 應用背景

我國鐵路的發展歷經百年沉淀,已成為我國運輸業的支柱。如今,我國鐵路承載著50%以上的客運量和70%以上的貨運量,被稱為當代的經濟大動脈。隨著火車的不斷提速,高鐵列車的加入,鐵路車輛的質量要求越來越高。火車軸作為鐵路車輛的關鍵行走部件,性能要求、精度要求、產量要求也不斷提高。傳統的加工方式已經很難滿足目前的需求,對火車軸的自動化加工已迫在眉睫。筆者就此介紹夾具與托料架在火車軸自動化加工中的應用。

2 材料

火車車輪的組裝如圖1所示,位于車輪中部的零件為火車軸,兩側為車輪。火車軸承受靜載荷、動載荷

圖1 火車車輪組裝

和制動附加載荷,主要產生彎曲變形。由于車輪不斷轉動,使火車軸不斷承受拉伸、壓縮應力,因此火車軸的材料尤為關鍵。由于各國的技術觀點和國情不同,因此所選材料也不相同。目前,我國火車軸大部分采用LZW鋼。LZW鋼不僅有堅硬的表層,而且有韌塑的心部,經過正火、淬火或表面感應硬化等一系列熱處理后,能夠達到很好的機械性能,極大提高了火車軸的疲勞斷裂強度,由此保證行車安全。

3 加工工藝

火車軸加工工藝見表1,毛坯為LZW鋼。

表1 火車軸加工工藝

4 夾具

加工火車軸的夾具裝配如圖2所示。

圖2 夾具裝配

夾具體以短錐形式安裝在機床主軸上,通過螺釘緊固。三根小軸安裝在夾具體內,后端通過過渡套與拉桿連接,拉桿末端套有壓縮彈簧、小圓盤等。小軸前端連接撥盤,三個撥銷以過盈配合安裝在撥盤上,側面用頂絲頂緊。夾具屬于為加工火車軸而專門設計的動力驅動機構及定心機構,夾具的頂尖配合尾座的頂尖對火車軸定心及支撐,再由托料架配合輔助托料,通過三個撥銷插入火車軸的三個螺紋孔中,傳遞主軸動力。

夾具的動作順序如下:火車軸到位,主軸頂尖與尾座頂尖定心支撐;此時撥銷未插入螺紋孔中,火車軸壓縮彈簧;火車軸微動后退,由托料架輔助支撐,然后主軸緩慢旋轉;待三個撥銷在彈簧力作用下插入火車軸的螺紋孔中后,尾座頂尖頂緊火車軸,完成裝夾。

撥銷采用錫青銅材料,耐磨性好,并且不會劃傷火車軸表面。夾具尾部安裝接近開關,用于檢測撥銷的到位情況,保證夾具使用安全可靠,整個過程不需要人工操作,可實現自動化加工。在夾具裝配過程中,可通過后部的調整螺母調整彈簧的壓縮長度,從而控制壓縮力的大小。

5 托料架

在火車軸自動化加工中,負責上料下料的托料架裝配如圖3所示。

圖3 托料架裝配

托料架共分為三層。最下層為固定板,安裝在機床床身上,通過兩側壓板壓緊。中間層為過渡板,在過渡板與固定板之間,安裝有液壓缸和滾動直線導軌。最上層為支架層,分別安裝左右兩個支架,支架上安裝電缸、V形塊等。

托料架的上下料分別通過液壓缸及電缸實現控制,上料順序如下:機械手將火車軸放在托料架的V形塊上,過渡板下方的液壓缸向左推動過渡板,實現Z軸方向的上料。主軸端的夾具及尾座頂尖夾緊火車軸,完成裝夾之后,支架處的左右電缸下降,火車軸開始加工。加工完成后,下料順序如下:左右電缸上升托住火車軸,過渡板下方的液壓缸向右推動過渡板,實現Z軸方向的下料。機械手取走工件,加工完成。左右兩側支架為可調整支架,換產時,先松開螺釘,根據火車軸的長短,應用扳手調節絲桿,使支架移動至適合的位置,之后鎖緊螺釘。火車軸種類不同,直徑尺寸也各不相同。換產時,只需要在機床面板中調出相應的程序,托料架就能通過電缸中的伺服電機實現中心高的自動調整,并且定位精度高。電缸自帶到位信號,動作方便快捷,完全滿足自動化需求。

6 應用實例

夾具實物如圖4所示,夾具檢測開關如圖5所示,夾具工作狀態如圖6所示。托料架上料現場如圖7所示。

圖4 夾具實物

圖5 夾具檢測開關

圖6 夾具工作狀態

圖7 托料架上料現場

7 結束語

在火車軸自動化加工中應用夾具與托料架,對于火車軸及其它相似零件的自動化加工具有一定的指導意義。

筆者分析了火車軸自動化加工的過程,研究了火車軸加工工藝,制訂了針對性工藝方案及合理高效的加工節拍。基于火車軸加工工藝及外形特點,設計了夾具與托料架,并配備專用檢測裝置,保證自動化加工的可靠性。

在實際生產中驗證了夾具與托料架的可行性和可靠性,值得在火車軸加工企業中推廣。