張旭峰

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柔性生產(chǎn)線復(fù)合軌中間接頭自動夾緊工裝設(shè)計

張旭峰

設(shè)計了適用于柔性生產(chǎn)線復(fù)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(tài)實時監(jiān)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(chǎn)線上大批量零部件的精密加工。

柔性生產(chǎn)線；復(fù)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(guī)劃的實施標(biāo)志著我國制造業(yè)又迎來了一次重大的技術(shù)革新，智能化柔性生產(chǎn)線也得以迅速推廣應(yīng)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(tài)的實時監(jiān)控、自動夾緊、自動松開、自動清潔等功能。復(fù)合軌中間接頭柔性生產(chǎn)線由2部步進式上下料道、1臺關(guān)節(jié)機器人和2臺加工中心組成。為實現(xiàn)復(fù)合軌中間接頭在生產(chǎn)線上高效率、高質(zhì)量、穩(wěn)定可靠的大批量生產(chǎn)，設(shè)計一套全新概念的工藝裝備勢在必行。

1 產(chǎn)品概述

1.1 復(fù)合軌中間接頭產(chǎn)品介紹

復(fù)合軌中間接頭是地鐵第三軌供電系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件，其主要作用：（1）在復(fù)合軌銜接處，從結(jié)構(gòu)上續(xù)接兩段復(fù)合軌，保證兩段復(fù)合軌軌面高差控制在設(shè)計要求范圍內(nèi)，銜接縫隙符合設(shè)計要求，從而保證牽引機車受電靴平穩(wěn)滑過接頭處，避免產(chǎn)生劇烈振動；（2）保證兩段復(fù)合軌在電氣性能上等電位續(xù)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(chǎn)生電弧。其安裝結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.復(fù)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(fù)合軌中間接頭結(jié)構(gòu)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(guān)于中間接頭兩側(cè)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(diào)整間隙為零的前提下（中間接頭兩側(cè)斜面緊貼復(fù)合軌內(nèi)側(cè)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(shè)計

圖2、圖3分別為復(fù)合軌中間接頭柔性自動生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)示意圖和自動化工作流程。根據(jù)上述技術(shù)要求，結(jié)合鉆孔中心柔性自動生產(chǎn)線的特點，將工裝結(jié)構(gòu)分為3部分：

（1）定位系統(tǒng)。定位系統(tǒng)對工件加工起定位及支撐作用。定位系統(tǒng)以中間接頭裝配基準(zhǔn)面—兩側(cè)斜面為定位基準(zhǔn)，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(yù)留機器人機械手抓取工件的空間。在中間接頭一側(cè)端面處設(shè)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(tǒng)。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(cè)面頂緊工件。液壓缸液壓源由機床自帶液壓系統(tǒng)提供，主要實現(xiàn)夾緊與輔助頂緊，分路設(shè)置、獨立控制，分別由外部軟管接入工裝母板，內(nèi)設(shè)油路接口，以方便實現(xiàn)主、副夾緊的順序控制。

圖2 復(fù)合軌中間接頭柔性自動生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)

圖3 自動化工作流程

（3）冷卻及切削殘渣清理系統(tǒng)。冷卻及切削殘渣清理系統(tǒng)分為2部分，主冷卻系統(tǒng)設(shè)置在機床主軸上，利用機床主軸連接頭上圍繞主軸設(shè)置的4個均布冷卻液出水口接入機床冷卻系統(tǒng)，由此可保證主冷卻系統(tǒng)跟隨機床主軸實時移動，鉆削刀具始終處于被冷卻狀態(tài)；切削殘渣清理系統(tǒng)主通路設(shè)置于工裝母板上，由機床提供的另一路冷卻系統(tǒng)引出，接入工裝母板內(nèi)部通道，在每個定位塊處設(shè)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(zhǔn)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(guān)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(zhǔn)備下一件產(chǎn)品的定位安裝。工裝整體結(jié)構(gòu)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(gòu)。

3 結(jié)構(gòu)的可行性分析

定位系統(tǒng)：通過對零件實際應(yīng)用原理及零件毛坯的分析發(fā)現(xiàn)，定位面以兩側(cè)14°斜面定位比較合理，原因如下：（1）零件毛坯為鋁合金材質(zhì)，為熱擠壓成型型材，兩側(cè)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(xù)式5點定位可以避免因型材毛坯直線度誤差大而導(dǎo)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(guān)節(jié)機器人手發(fā)生干涉。

冷卻及切削殘渣清理系統(tǒng)：該系統(tǒng)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(tǒng)的多路預(yù)留接口，可實現(xiàn)主冷卻系統(tǒng)與切削殘渣分路控制。主冷卻系統(tǒng)利用機床主軸預(yù)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(tǒng)通過外部軟管引入工裝母板內(nèi)設(shè)孔道，在每個定位塊處使用帶90°折彎的Φ6.0銅管導(dǎo)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(shè)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(tǒng)。

4 創(chuàng)新點

該復(fù)合軌中間接頭工裝設(shè)計具有如下創(chuàng)新點：

（1）夾緊系統(tǒng)按照功能分為主夾緊機構(gòu)和輔助夾緊機構(gòu)，采用2套獨立的液壓油路分別控制，與機床M功能完美結(jié)合，有利于實現(xiàn)自動控制中邏輯關(guān)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(cè)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(shè)計前綜合考慮了產(chǎn)品的多規(guī)格性，合理設(shè)計定位塊尺寸，實現(xiàn)了3000A、4000A及4500A三種不同規(guī)格的復(fù)合軌中間接頭產(chǎn)品加工工裝的通用；（4）在工裝母板上設(shè)置氣路通道，固定定位塊上設(shè)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(jiān)測工件與主要定位面的貼合狀態(tài)，進一步保證了定位精度。

5 應(yīng)用及推廣

本工藝裝備已成功應(yīng)用于全自動化柔性鉆攻生產(chǎn)線，實現(xiàn)了復(fù)合軌中間接頭產(chǎn)品全自動化加工，產(chǎn)品加工精度由原來M級提高到了現(xiàn)在的F級；生產(chǎn)效率提高了80%，2條自動生產(chǎn)線僅需要1人值守，大大節(jié)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(chǎn)線積累了經(jīng)驗。目前，該自動化生產(chǎn)線工裝設(shè)計理念已被推廣應(yīng)用到其他數(shù)控加工生產(chǎn)線，實現(xiàn)了13種產(chǎn)品的全自動化加工。

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[3] 孫學(xué)強.機械制造基礎(chǔ)[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2008.

[4] 陳立德. 工裝設(shè)計[M]. 上海：上海交通大學(xué)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

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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。