雙面鉆孔機床在推土機后橋箱法蘭面孔加工中的應用
2020-06-14
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本文針對推土機后橋箱法蘭面光孔采用搖臂鉆床加工時存在的效率問題和安全隱患，制定了雙面鉆孔專用機床方案，通過改進工件的定位基準和裝夾方式，實現了法蘭面光孔的自動化加工，加工效率數倍提升。
推土機后橋箱是焊接結構件，主要由板材和鑄鋼件焊接而成，它承擔著將變速箱輸出的動力轉化為中央傳動裝置動力和終傳動裝置動力的任務，是整個推土機動力的核心。后橋箱法蘭面為鑄鋼件，表面分布著螺紋孔和光孔，且數量較多，占后橋箱螺紋孔、光孔總數的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，加工時依靠鉆模板定位，加工完一側后使用行車翻轉加工另外一側。該工藝手段生產效率低，操作者勞動強度大，容易導致工件磕碰傷，并且使用行車翻轉工件存在安全隱患。
為解決該問題，對雙面高密度分布光孔的加工方式進行了改進，制作雙面鉆孔專用機床，配備與光孔數量相等的鉆頭，刀具一次進給完成所有光孔的加工，避免了工件的翻轉，提升了加工效率。通過實際應用，后橋箱法蘭面光孔的加工時間由85min/臺降至14min/臺，單臺加工時間減少了71min，加工效率數倍提升。
橋箱法蘭面光孔分布于后橋箱的兩側，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，需要根據不同規格孔徑更換鉆頭，勞動強度特別大。加工時，工件需側放，將鉆模板吊放、安裝至法蘭面（見圖1），加工完一側后，利用行車和吊具翻轉工件至另一側（見圖2），每件后橋箱要吊放工裝2次，工件翻轉2次，工裝的吊放和工件的翻轉不僅費時費力，容易導致工件磕碰傷，而且使用行車翻轉工件危險性較高。此外，由于法蘭面光孔數量較多，加工時間長，采用搖臂鉆床逐個加工光孔的加工方式嚴重降低了后橋箱的加工效率，影響了后橋箱的生產節拍。為解決后橋箱法蘭面光孔加工效率低、勞動強度大的問題，提出了兩種解決方案，方案一是利用臥式加工中心加工，方案二是設計雙面鉆孔專用機床加工。為了選擇更合適的解決方案，對兩種加工方案的優缺點進行了分析。（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施光孔加工，并且加工效率、加工精度都比常規加工手段高，操作人員的勞動強度低。缺點是臥式加工中心屬于大型精密設備，價格高。而且后橋箱法蘭面光孔處材質為鑄鋼，有夾沙、砂眼等鑄造缺陷，如果加工時采用硬質合金鉆頭加工光孔，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 鉆孔專用機床相當于多主軸鉆床，一次進給完成所有光孔加工，加工效率高，并且鉆孔專機可使用普通高速鋼鉆頭，對工件鑄造缺陷不敏感，不易損壞。鉆孔專用機床操作簡單，將工件吊放至指定位置后，按下啟動按鈕后，機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，同時也降低了工人的勞動強度。鉆孔專機的缺點是采購價格略高，專用性強，只能加工固定的一種或幾種類型產品。考慮到后橋箱為量產產品，年產量大，并且產品已經定型，因此，方案二更符合實際需求，最終確定制作鉆孔專用機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，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，而要實現后橋箱法蘭面孔在鉆孔專用機床內的加工，需要限制后橋箱相對于機床的位置。由于后橋箱質量、體積較大，在鉆孔專用機床上不宜采用“兩孔一面”的定位方式。根據后橋箱的裝配關系及誤差要求，后橋箱在鉆孔專用機床上采用上面朝下的方式放置，以后橋箱上面、前面和左側法蘭面作為定位基準（見圖3），三面定位更容易實現自動化操作。后橋箱為箱體式焊接結構，兩法蘭面為加工位置，工件的裝夾點只能設計在前面、后面和底面，考慮到機床使用自動化裝夾機構，將壓緊點設計在后橋箱的底面，在機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，只能將工件吊放至固定位置，利用液壓結構將工件輸送至定位點。為減少工件移動過程中對上面（加工面）的劃傷，在專機滑道上安裝了滑輪組，減少工件與滑道的摩擦力。圖4所示為鉆孔專用機床壓緊裝置及滑輪組。如圖5所示，鉆孔專用機床由滑臺、動力箱、多軸箱、導向裝置、液壓系統、電氣系統、控制系統和冷卻裝置等部分組成。專用機床中部是工件定位、夾緊區。專用機床的兩側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），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。電動機通過動力箱，帶動多軸箱各主軸旋轉。多軸箱根據工件各個孔徑大小分配鉆頭的轉速?；_移動，帶動動力箱、多軸箱和鉆頭運動，完成快進、切削進給等動作，同時冷卻裝置向加工位置噴出切削液。鉆頭進給過程中通過導向裝置保證光孔位置精度。液壓系統可實現機床各個系統的潤滑和工件的定位、夾緊等操作。數控系統控制機床各個運動機構的運動。將工件吊裝至機床指定位置后，起動機床，通過數控系統實現對機床各項動作的控制。專用機床上的液壓移動機構將工件傳輸至定位點，液壓頂緊裝置將工件定位、夾緊。兩側多軸箱上的刀具旋轉，動力箱向工件快速運動，接近后橋箱時，調整進給速度，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行切削。切削完成后，動力箱后退至起始位置，兩側刀具停止旋轉，冷卻裝置停止噴出切削液，機床液壓頂緊裝置松開對工件的夾緊，液壓移動機構將工件傳輸至指定位置，操作人員將工件吊出專用機床，將另一個工件吊裝至專用機床，起動機床，開始下一工件的加工。鉆孔專用機床采用上面、前面和側面三面定位方式，由液壓系統實現工件與定位塊的定位、夾緊，保證了工件定位的準確性和夾緊的可靠性。多軸箱的主要功能是提供了多刀具安裝，可對不同規格刀具提供不同轉速的分配，實現不同規格孔采用不同轉速加工，保證了工藝參數的合理化，同時達到一次進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工件光孔的位置尺寸確定的，此外，靠近工件位置處設置了導向裝置，可以定位、引導刀具的進給方向，增強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。鉆孔專用機床采用上面、前面和側面三面定位方式，由液壓系統實現工件與定位塊的定位、夾緊，保證了工件定位的準確性和夾緊的可靠性。多軸箱的主要功能是提供了多刀具安裝，可對不同規格刀具提供不同轉速的分配，實現不同規格孔采用不同轉速加工，保證了工藝參數的合理化，同時達到一次進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工件光孔的位置尺寸確定的，此外，靠近工件位置處設置了導向裝置，可以定位、引導刀具的進給方向，增強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。
