王子舒

(中鐵寶橋集團(tuán)有限公司，陜西 寶雞 721006)

1 工件加工過程分析

加工零件為引導(dǎo)列車從一股軌道轉(zhuǎn)向另一股軌道時采用的鋼軌跟端，簡稱道岔尖軌跟端，如圖1所示。該部分采用鋼軌經(jīng)熱模鍛成形工藝鍛造而成，主要包括原材段、過渡段以及成形段，成形段長度采用圓鋸床鋸切進(jìn)行控制。由于我國鐵路無縫化要求，尖軌跟端采用現(xiàn)場鋁熱焊與區(qū)間線路連接，對尖軌跟端斷面垂直度要求提高，水平垂直度和豎向垂直度小于0.6 mm[1]。

目前，采用圓鋸床工裝進(jìn)行鋸切，鋸切時將零件原材段放置在鋸床后端的支架上，通過支架上的滾子使零件成形段放置于鋸床的工作臺上，將鋸口與鋸盤對齊后，通過旋轉(zhuǎn)豎向的法蘭盤，使壓頭與鋼軌頂面貼實達(dá)到固定鋼軌目的，然后啟動鋸床完成鋸切。由于成形段水平方向沒有定位裝置，其垂直度大于2 mm，超出標(biāo)準(zhǔn)范圍；豎直方向由于有液壓絲杠施加壓緊力，其垂直度基本滿足，但由于產(chǎn)品種類較多，原材和成形段高差相差較大，鋸切不同產(chǎn)品時需要在工作臺上增加調(diào)整墊，保持鋼軌頂面基本平直，其垂直度質(zhì)量隨調(diào)整精度變化而變化，導(dǎo)致操作難度大，質(zhì)量很不穩(wěn)定。改進(jìn)前鋸切工裝見圖2。

2 解決方案

目前AT軌熱鍛成型鋼軌跟端鋸切產(chǎn)品包括60AT1-60 kg/m，60AT2-60 kg/m，50AT-50 kg/m，60AT1-75 kg/m等。為了保證以上幾種產(chǎn)品熱鍛成型后鋸切豎向垂直度要求，必須使鋸口前后軌頂面水平，同時應(yīng)更換方便，使用可靠。為了保證橫向垂直度要求，必須使鋸口前后鋼軌縱向與鋸盤垂直?？紤]到現(xiàn)有鋸床工作臺及裝夾方式不能滿足多種產(chǎn)品在同一鋸床上鋸切時，鋸口水平垂直度和豎向垂直度不能達(dá)到小于0.6 mm要求，故需對現(xiàn)有鋸床的裝夾方式及工裝進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，滿足鋸口斷面垂直度要求，同時操作方便，裝夾可靠[2]。

2.1 豎直方向垂直度保證措施

針對此問題進(jìn)行深入研究，豎直方向垂直度與工件在鋸切工作臺上的水平度有關(guān)，只要保證工件鋸口位置與工作臺貼平，再通過豎向的液壓絲杠壓緊，確保在鋸切過程中不發(fā)生位移即可。由于目前熱模鍛成形工件產(chǎn)品包括60AT1-60 kg/m，60AT2-60 kg/m，50AT-50 kg/m，60AT1-75 kg/m，原材段和成形段軌底高差不同，具體見表1。為了保證以上幾種產(chǎn)品鋸切豎向垂直度要求，必須使鋸口前后軌頂面水平，換句話說就是調(diào)整鋸切工作臺高度使工件軌底與工作臺密貼。為此可對工作臺進(jìn)行改造，根據(jù)不同的產(chǎn)品軌底高差，設(shè)計不同高度可更換平臺，保證不同類型工件軌底與工作臺貼平。最終設(shè)計如圖3所示調(diào)整工裝。

2.2 水平方向垂直度保證措施

從工件受力分析可知，要保證鋸切后鋸口水平方向的垂直度要求，最優(yōu)的方式為在鋸口兩側(cè)增加側(cè)向定位，保證在整個鋸切過程中，工件的縱向軸線始終與鋸盤垂直。結(jié)合本文論述的道岔尖軌跟端鋸切，由于鋸切的一端為鍛造料頭，長度為50 mm～100 mm，考慮到鍛造料頭長度短，在現(xiàn)有的圓鋸床上鋸口兩側(cè)均增加側(cè)向定位和頂頭較困難，而且不經(jīng)濟(jì)，最終確定鋸口一側(cè)的成形段上增加側(cè)向定位和夾緊裝置，確保在鋸切過程中成形段始終與圓鋸盤垂直且保持固定不動。

表1 不同產(chǎn)品軌底高差匯總表

考慮到鋸床實際情況，側(cè)向缺少定位基準(zhǔn)，且無側(cè)向壓緊定位裝置。為此需要設(shè)計一套工裝，具有側(cè)向定位和側(cè)向壓緊功能。側(cè)向壓緊力采用電動推桿作為動力源，絲杠5的端頭安裝側(cè)向頂頭，為了保持受力穩(wěn)定，頂頭設(shè)置兩個受力點。電動推桿的電機(jī)經(jīng)過齒輪減速后，帶動一對絲杠螺母，將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運動變成直線運動，利用電機(jī)的正、反轉(zhuǎn)完成鋼軌的壓緊和松開動作，絲杠采用自鎖絲杠，確保壓緊時電機(jī)停止后具有鎖定功能[3]。

鋼軌壓緊和松開動作采用自動控制，在控制面板上預(yù)先設(shè)置限位電流，在支撐架后端設(shè)置限位開關(guān)。當(dāng)壓緊動作電機(jī)電流達(dá)到限位電流時，電機(jī)停止。當(dāng)松開動作，絲桿后端接觸限位開關(guān)時，電機(jī)停止。通過限位電流和限位開關(guān)自動控制鋼軌壓緊和松開動作。

當(dāng)鋼軌壓緊時，按壓操作面板上的壓緊鍵，電機(jī)啟動通過減速機(jī)帶動絲杠推出，當(dāng)絲杠前端的頂頭接觸鋼軌側(cè)面后，隨著絲杠繼續(xù)推出，側(cè)向頂推力越來越大，相對應(yīng)的絲杠的阻力也越來越大，電機(jī)轉(zhuǎn)動的電流也越來越大，當(dāng)電流達(dá)到設(shè)定的限位電流時，電機(jī)停止，側(cè)向頂推力達(dá)到最大并實現(xiàn)側(cè)向壓緊鋼軌，此時啟動鋸床對鋼軌進(jìn)行鋸切。當(dāng)松開鋼軌時，按壓操作面板上的松開鍵，電機(jī)反轉(zhuǎn)，帶動絲杠后退，當(dāng)絲杠后退至絲杠后端的限位開關(guān)時，電機(jī)停止，完成松開動作。

考慮到鋼軌進(jìn)出工作臺時，對側(cè)向的基準(zhǔn)面容易造成磕碰和磨損，導(dǎo)致定位不準(zhǔn)確，為此在底座工裝的側(cè)向定位基準(zhǔn)設(shè)計可更換的定位塊，鑲嵌在定位工裝上，見圖4。

3 應(yīng)用效果

將改制的工裝安裝在機(jī)床上，電動推桿通過螺釘固定在支架上，支架和底座通過螺釘進(jìn)行固定，如圖5所示。分別對60AT1-60 kg/m，60AT2-60 kg/m，50AT-50 kg/m，60AT1-75 kg/m四種產(chǎn)品進(jìn)行鋸切試驗。

試驗時，根據(jù)產(chǎn)品種類，選擇合適的支撐平臺(件13)，將工件移動至工作位，工件底部放置在支撐平臺上，調(diào)整縱向的前后位置，使鋸切位置與圓鋸盤對齊，首先轉(zhuǎn)動法蘭盤(件17)使工件豎向進(jìn)行預(yù)壓緊，確保工件頂面和底面分別與豎向壓塊和支撐平臺密貼，然后在操作面板上設(shè)置限位電流，按壓壓緊按鈕，電機(jī)啟動使側(cè)向頂頭靠近工件，當(dāng)電流達(dá)到設(shè)定的限位電流時，電動停止，完成側(cè)向壓緊動作，最后轉(zhuǎn)動法蘭盤(件17)使工件豎向終壓緊，啟動鋸床完成工件的鋸切，如圖5所示[4]。

鋸切后采用直角尺和塞尺對鋸切斷面垂直度進(jìn)行測量。通過試驗發(fā)現(xiàn)預(yù)先設(shè)定的電流越大，側(cè)向壓緊力越大，但側(cè)向壓緊力超過一定值，會導(dǎo)致連接底座和支架底板出現(xiàn)空隙，頂頭出現(xiàn)豎直向上的分力，進(jìn)而出現(xiàn)工件底板與支撐臺不密貼，降低工件鋸切后的垂直度。為此采用多種不同的限位電流進(jìn)行工件鋸切試驗，試驗數(shù)據(jù)表明，在限位電流為1.6 A時，工件的垂直度最佳。試驗數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 不同電流對垂直度的影響

4 控制措施

尖軌跟端鋸切垂直度質(zhì)量直接影響與導(dǎo)曲線焊接質(zhì)量，在廠內(nèi)制造時，應(yīng)對鋸切后的斷面垂直度進(jìn)行嚴(yán)格控制，通過上述分析，由于產(chǎn)品種類多，軌型多，且熱壓成形后的尺寸離散性大，所以在進(jìn)行二次鋸切時，應(yīng)采取措施，保證端頭的水平方向垂直度和豎直方向垂直度符合標(biāo)準(zhǔn)要求。為保證工件鋸切后垂直度符合要求，應(yīng)根據(jù)工件種類確定原材與壓型段高差，選擇對應(yīng)的支撐平臺，這是保證豎直方向垂直度的關(guān)鍵，工件進(jìn)入到鋸切位置后，轉(zhuǎn)動法蘭盤使工件在豎直方向預(yù)壓緊，啟動電動推桿使工件與側(cè)定位塊密貼，隨之側(cè)向壓緊力增加，電流增加，當(dāng)電流增加到設(shè)定值后斷電，側(cè)向壓緊力達(dá)到最大，檢查并確保工件軌底側(cè)面與側(cè)定位塊之間無間隙，再次轉(zhuǎn)動法蘭盤使工件在豎直方向壓緊到位。這樣就能保證工件水平方向和豎直方向垂直度符合要求。

5 結(jié)語

道岔鋼軌跟端產(chǎn)品種類多、鍛壓后定位基準(zhǔn)難等，在鋸切多余料頭時，裝夾困難，容易出現(xiàn)斷面垂直度很難保證，一直是鋼軌二次下料的難點問題，本文通過實際鋸切過程分析，通過對原有鋸床工作臺及裝夾方式進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化，合理運用電動推桿提供側(cè)向夾緊力，解決了多種不同產(chǎn)品在一臺鋸床上進(jìn)行鋸切并且保證了工件斷面垂直度要求，該方案操作方便，定位夾緊有效可靠，有效提高了加工效率，減少工人勞動強(qiáng)度，同時為同類產(chǎn)品的加工提供了借鑒。