■ 山推工程機(jī)械股份有限公司 (山東濟(jì)寧 272073) 陸長學(xué) 張賽賽 宮 濤
推土機(jī)后橋箱是焊接結(jié)構(gòu)件,主要由板材和鑄鋼件焊接而成,它承擔(dān)著將變速箱輸出的動力轉(zhuǎn)化為中央傳動裝置動力和終傳動裝置動力的任務(wù),是整個推土機(jī)動力的核心。后橋箱法蘭面為鑄鋼件,表面分布著螺紋孔和光孔,且數(shù)量較多,占后橋箱螺紋孔、光孔總數(shù)的40%以上。光孔(包括螺紋孔底孔及其他光孔)使用搖臂鉆床加工,加工時(shí)依靠鉆模板定位,加工完一側(cè)后使用行車翻轉(zhuǎn)加工另外一側(cè)。該工藝手段生產(chǎn)效率低,操作者勞動強(qiáng)度大,容易導(dǎo)致工件磕碰傷,并且使用行車翻轉(zhuǎn)工件存在安全隱患。
為解決該問題,對雙面高密度分布光孔的加工方式進(jìn)行了改進(jìn),制作雙面鉆孔專用機(jī)床,配備與光孔數(shù)量相等的鉆頭,刀具一次進(jìn)給完成所有光孔的加工,避免了工件的翻轉(zhuǎn),提升了加工效率。通過實(shí)際應(yīng)用,后橋箱法蘭面光孔加工時(shí)間由85min/臺降至14min/臺,單臺加工時(shí)間減少了71min,加工效率提升數(shù)倍。
橋箱法蘭面光孔分布于后橋箱的兩側(cè),原工藝使用搖臂鉆床逐個加工,操作者手動擺動笨重的搖臂,需要根據(jù)不同規(guī)格孔徑更換鉆頭,勞動強(qiáng)度特別大。加工時(shí),工件需側(cè)放,將鉆模板吊放、安裝至法蘭面(見圖1),加工完一側(cè)后,利用行車和吊具翻轉(zhuǎn)工件至另一側(cè)(見圖2),每件后橋箱要吊放工裝2次,工件翻轉(zhuǎn)2次,工裝的吊放和工件的翻轉(zhuǎn)不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力,容易導(dǎo)致工件磕碰傷,而且使用行車翻轉(zhuǎn)工件危險(xiǎn)性較高。此外,由于法蘭面光孔數(shù)量較多,加工時(shí)間長,采用搖臂鉆床逐個加工光孔的加工方式嚴(yán)重降低了后橋箱的加工效率,影響了后橋箱的生產(chǎn)節(jié)拍。
圖1 搖臂鉆床加工法蘭面孔
圖2 翻轉(zhuǎn)后橋箱
為解決后橋箱法蘭面光孔加工效率低、勞動強(qiáng)度大的問題,提出了兩種解決方案,方案一是利用臥式加工中心加工,方案二是設(shè)計(jì)雙面鉆孔專用機(jī)床加工。為了選擇更合適的解決方案,對兩種加工方案的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了分析。
(1)方案一 臥式加工中心是一種柔性加工手段,使用范圍廣,可針對不同型號的后橋箱法蘭面實(shí)施光孔加工,并且加工效率、加工精度都比常規(guī)加工手段高,操作人員的勞動強(qiáng)度低。缺點(diǎn)是臥式加工中心屬于大型精密設(shè)備,價(jià)格高。而且后橋箱法蘭面光孔處材質(zhì)為鑄鋼,有夾沙、砂眼等鑄造缺陷,如果加工時(shí)采用硬質(zhì)合金鉆頭加工光孔,由于鉆頭韌性較差,鑄件中的夾沙、砂眼容易導(dǎo)致鉆頭損壞;如果使用普通高速鋼鉆頭,加工效率提升不明顯。
(2)方案二 鉆孔專用機(jī)床相當(dāng)于多主軸鉆床,一次進(jìn)給完成所有光孔加工,加工效率高,并且鉆孔專機(jī)可使用普通高速鋼鉆頭,對工件鑄造缺陷不敏感,不易損壞。鉆孔專用機(jī)床操作簡單,將工件吊放至指定位置后,按下啟動按鈕,機(jī)床自動完成工件定位、夾緊以及光孔加工等一系列動作,因此對操作人員的技能要求較低,同時(shí)也降低了工人的勞動強(qiáng)度。鉆孔專機(jī)的缺點(diǎn)是采購價(jià)格略高,專用性強(qiáng),只能加工固定的一種或幾種類型產(chǎn)品。
考慮到后橋箱為量產(chǎn)產(chǎn)品,年產(chǎn)量大,并且產(chǎn)品已經(jīng)定型,因此,方案二更符合實(shí)際需求,最終確定制作鉆孔專用機(jī)床解決法蘭面鉆孔問題。
使用搖臂鉆床加工后橋箱法蘭面光孔時(shí),只需要限制鉆模板與后橋箱的相對位置即可,即鉆模以后橋箱法蘭面、半軸孔和二級輪孔作為定位基準(zhǔn),而要實(shí)現(xiàn)后橋箱法蘭面孔在鉆孔專用機(jī)床內(nèi)的加工,需要限制后橋箱相對于機(jī)床的位置。由于后橋箱質(zhì)量、體積較大,在鉆孔專用機(jī)床上不宜采用“兩孔一面”的定位方式。根據(jù)后橋箱的裝配關(guān)系及誤差要求,后橋箱在鉆孔專用機(jī)床上采用上面朝下的方式放置,以后橋箱上面、前面和左側(cè)法蘭面作為定位基準(zhǔn)(見圖3),三面定位更容易實(shí)現(xiàn)自動化操作。
圖3 后橋箱定位基準(zhǔn)
后橋箱為箱體式焊接結(jié)構(gòu),兩法蘭面為加工位置,工件的裝夾點(diǎn)只能設(shè)計(jì)在前面、后面和底面,考慮到機(jī)床使用自動化裝夾機(jī)構(gòu),將壓緊點(diǎn)設(shè)計(jì)在后橋箱的底面,在機(jī)床的上面安裝液壓夾緊裝置,因此無法直接將工件吊放至定位點(diǎn),只能將工件吊放至固定位置,利用液壓結(jié)構(gòu)將工件輸送至定位點(diǎn)。為減少工件移動過程中對上面(加工面)的劃傷,在專機(jī)滑道上安裝了滑輪組,減少工件與滑道的摩擦力。圖4所示為鉆孔專用機(jī)床壓緊裝置及滑輪組。
圖4 鉆孔專用機(jī)床壓緊裝置及滑輪組
如圖5所示,鉆孔專用機(jī)床由滑臺、動力箱、多軸箱、導(dǎo)向裝置、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和冷卻裝置等部分組成。專用機(jī)床中部是工件定位、夾緊區(qū),兩側(cè)是可以相對中心移動的滑臺。兩個滑臺上面安裝有動力箱(帶電動機(jī)),動力箱上各安裝一套多軸箱,多軸箱上安裝刀柄和鉆頭,用于加工后橋箱法蘭面的光孔。電動機(jī)通過動力箱,帶動多軸箱各主軸旋轉(zhuǎn)。多軸箱根據(jù)工件各個孔徑大小分配鉆頭的轉(zhuǎn)速?;_移動,帶動動力箱、多軸箱和鉆頭運(yùn)動,完成快進(jìn)、切削進(jìn)給等動作,同時(shí)冷卻裝置向加工位置噴出切削液。鉆頭進(jìn)給過程中通過導(dǎo)向裝置保證光孔位置精度。液壓系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)機(jī)床各個系統(tǒng)的潤滑和工件的定位、夾緊等操作。數(shù)控系統(tǒng)控制機(jī)床各個運(yùn)動機(jī)構(gòu)的運(yùn)動。
圖5 鉆孔專用機(jī)床示意
將工件吊裝至機(jī)床指定位置后,起動機(jī)床,通過數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對機(jī)床各項(xiàng)動作的控制。專用機(jī)床上的液壓移動機(jī)構(gòu)將工件傳輸至定位點(diǎn),液壓頂緊裝置將工件定位、夾緊。兩側(cè)多軸箱上的刀具旋轉(zhuǎn),動力箱向工件快速運(yùn)動,接近后橋箱時(shí),調(diào)整進(jìn)給速度,冷卻裝置向切削位置噴出切削液,多軸箱上的刀具開始對工件進(jìn)行切削。切削完成后,動力箱后退至起始位置,兩側(cè)刀具停止旋轉(zhuǎn),冷卻裝置停止噴出切削液,機(jī)床液壓頂緊裝置松開對工件的夾緊,液壓移動機(jī)構(gòu)將工件傳輸至指定位置,操作人員將工件吊出專用機(jī)床,將另一個工件吊裝至專用機(jī)床,起動機(jī)床,開始下一工件的加工。
鉆孔專用機(jī)床采用上面、前面和側(cè)面三面定位方式,由液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)工件與定位塊的定位、夾緊,保證了工件定位的準(zhǔn)確性和夾緊的可靠性。多軸箱的主要功能是提供多刀具安裝,可對不同規(guī)格刀具提供不同轉(zhuǎn)速的分配,實(shí)現(xiàn)不同規(guī)格孔采用不同轉(zhuǎn)速加工,保證了工藝參數(shù)的合理化,同時(shí)達(dá)到一次進(jìn)給完成雙面多孔加工的目的。刀柄在多軸箱為剛性連接,刀柄的相對位置是根據(jù)工件光孔的位置尺寸確定的,此外,靠近工件位置處設(shè)置了導(dǎo)向裝置,可以定位、引導(dǎo)刀具的進(jìn)給方向,增強(qiáng)加工過程中刀具的剛性,防止刀具的振動,從而保證光孔的位置精度。
通過該鉆孔專用機(jī)床的應(yīng)用,摒棄了搖臂鉆床加工光孔的傳統(tǒng)加工工藝,實(shí)現(xiàn)了光孔加工的自動化,刀具一次進(jìn)給完成后橋箱兩側(cè)所有光孔的加工,不僅降低了操作者的勞動強(qiáng)度,避免了工件翻轉(zhuǎn)造成的磕碰傷,還提升了工件加工效率。
專家點(diǎn)評
為解決后橋箱法蘭面光孔加工效率低的問題,文中提出了加工中心和專用機(jī)床兩種解決方案,并對兩種方案的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析和比較??紤]到產(chǎn)品已經(jīng)定型并且批量較大,最終使用雙面鉆孔專用機(jī)床實(shí)現(xiàn)了光孔加工的自動化,加工效率數(shù)倍提升。
在以數(shù)控機(jī)床等柔性加工設(shè)備為主的今天,專用機(jī)床依然有著獨(dú)特的優(yōu)勢,特別是在大批量固定產(chǎn)品的高效加工中,能夠克服單機(jī)操作的弊端,成為傳統(tǒng)工藝中的一大亮點(diǎn)。