倒角与坡口组合加工专用机床的研制

刘忠诚

(齐齐哈尔斯潘塞重工装备有限公司 黑龙江 齐齐哈尔 161002)

为提高出口铁路货车的质量，考虑将带倒角与坡口加工的零件进行的焊接拼接结构，改为整体倒角与坡口加工结构，这样使得加工量减少，但需要在大型机床上加工，经济性差，影响了产品的竞争力。

研制倒角加工专用机床和坡口加工专用机床，虽然按先后顺序两种专用机床能完成零件的加工，但两种专用机床的上下料、定位、夹紧与松开及滑台进给工作，属于重复性工作，没有达到利润最大化。提高其经济性，优化上下料、定位、夹紧与松开结构，将倒角加工与坡口加工的工艺性有机地结合在一起，必须研制出倒角与坡口组合加工专用机床。

1 倒角与坡口加工专用机床的研制目标

1.1 加工材料范围

用于碳钢(Q235、Q345)、耐候钢(09CuPCrNi-A)、不锈钢(JFE410RW、4003mod、T4003)、高强度钢(Q450NQR1)、铝合金(5083-H321)的加工。

1.2 主要技术参数

倒角与坡口加工专用机床的主要技术参数如表1所示。

2 倒角与坡口加工专用机床结构组成

满足倒角加工与坡口加工的工艺性要求，按照工件落料、进入加工区、定位、夹紧和加工等功能进行布局设计，倒角与坡口加工专用机床结构组成如图1所示，由气缸导料装置、油缸压紧装置、电磁铁压紧装置等组成。

表1 倒角与坡口加工专用机床主要技术参数

1—气缸导料装置；2—油缸压紧装置；3—电磁铁压紧装置；4—带定位机构的加工工作台；5—坡口加工铣头单元；6—倒角加工铣头单元；7—控制系统；8—机械滑台；9—辅助工作台。图1 倒角与坡口加工专用机床结构组成图

2.1 机械部分

气缸导料装置由水平推料气缸、电磁阀、直线导轨和托料架组成；油缸压紧装置由电动泵、蓄能器、控制器、单向油缸和液压系统组成；电磁铁压紧装置由2套电磁铁和消磁系统组成；带定位机构的加工工作台由垂直定位气缸、电磁阀、T型槽工作面和龙门架组成；坡口加工铣头单元由GY-T5铣头、GY-H45偏轴万向铣头、进给机构和调速加工机构组成；倒角加工铣头单元由横向进给机构、纵向进给机构和旋转铣头组成；机械滑台由工进机构、快进机构和滑台组成；辅助工作台由支架、辊轮和轴承座组成。

2.2 控制系统

PLC控制器采用西门子S7-200实现；滑台快退为接触器控制，工进为变频器控制,带机械限位限制极限及电磁抱闸；倒角旋转加工为变频控制，升降为接触器正反转控制，带机械限位限制极限；坡口旋转加工为接触器控制，升降电机为接触器控制，带机械限位限制极限[1]。

3 倒角与坡口加工组合专用机床工作原理及过程

3.1 工作原理

应用风控系统，完成垂直气缸控制定位挡升降，完成水平气缸将工件推入和导出加工区；应用电磁铁夹紧系统，将工件吸牢和松开，加工后进行退磁处理；应用液压夹紧系统，使单向液压油缸将工件压紧，通过油缸内的弹簧使压头归位，加工过程靠蓄能器进行保压。采用坡口加工铣头单元加工坡口。采用倒角加工单元铣头加工倒角。采用机械滑台进行工进和快退。

3.2 工作过程

(1)定位挡升起，工件由天车吊入，落在加工工作台和辅助工作台上；风控系统工作，水平气缸动作将工件推入加工区，工件与定位挡接触到位；电磁铁夹紧系统工作，将工件吸牢；液压夹紧系统工作，单向液压油缸动作，将工件压紧；定位挡降落，脱离加工区。

(2)准备对刀工作，倒角加工铣头单元工作，配合手动进给，使刀盘处于加工位置；机械滑台工退，坡口加工铣头单元工作，配合手动进给，使刀盘处于加工位置；机械滑台工进，进行坡口加工和倒角一次性加工。

(3)加工结束后，操作坡口加工铣头和倒角加工铣头脱离加工区；操作快进电机，使滑台退回原始位；操作电磁铁夹紧系统，进行退磁处理后，使工件与电磁铁脱开；操作液压夹紧系统，通过油缸内的弹簧使压头归位；工件被松开后，操作风控系统，使工件退出加工区[2]。

4 倒角与坡口组合加工专用机床的技术创新经济性

4.1 加工工作台与辅助工作台的联合使用技术创新

加工工作台与几个辅助工作台的联合使用，因其上面都带有气缸导料装置，即使工件很长，也能保证工件平行进入和退出加工区域，解决了工件大、加工量小，使用大型通用机床经济性差的问题。与大型通用机床相比较，其优点是功能强大，且工作台的制造成本能节省4/5。

4.2 倒角加工与坡口加工的联合使用技术创新

加工工作台、坡口加工单元和机械滑台结构组成图如图2所示。

1—水平气缸导料装置；2—加工工作台；3—龙门架；4—铁屑刮板；5—垂直定位气缸；6—机械滑台；7—坡口加工铣头单元；8—横向进给机构。图2 加工工作台、坡口加工单元和机械滑台结构组成图

倒角加工铣头结构的特点是角度调整范围大，但切削量小；坡口加工铣头结构的特点是角度调整范围小，但切削量大。倒角加工铣头和坡口加工铣头共用滑台时，角度调整范围都变小，切削量都变小，无法满足工艺要求。以倒角加工铣头工作范围的中心为基准，调整坡口加工铣头的位置。在滑台与坡口加工铣头之间增加辅助横向进给机构，满足坡口加工铣头的功能。共用滑台的内部承载结构满足倒角加工铣头和坡口加工铣头的受力要求。与先用坡口加工专用机床加工，后用倒角加工专用机床加工的工艺方法相比较，其优点是进行一次性加工，减少了二次定位夹紧的误差，保证了产品质量，节省工时和作业面积，也减少了操作人员[3]。

4.3 电磁铁夹紧系统与液压夹紧系统组合使用技术创新

工件的特征是边缘处板薄，且加工后，还要焊接，不能有磁性。单独应用电磁铁夹紧时，退磁不净影响后期焊接。单独应用液压夹紧时，液压夹紧的油缸及龙门架与铣头的位置不能干涉，夹紧位置远离加工区时，工件没夹牢会引起振动，影响加工质量。电磁铁夹紧系统与液压夹紧系统的组合使用，就规避了自身的缺点，实现了在狭小空间夹紧工件，保证了倒角加工和坡口加工的工艺要求[4]。

4.4 排屑系统的技术创新

每次加工后产生的铁屑分布特征是量少，且堆积在滑台与加工工作台之间。在滑台与加工工作台之间设置导料槽，导料槽两端设置排屑斗，在滑台上设置刮板。这样每次加工时，滑台带着刮板往复运动，将铁屑推进排屑斗里。与使用排屑机比较，既经济又节省空间。

5 结束语

研发的倒角与坡口组合加工专用机床，完成了澳大利亚力拓公司40 t轴重矿石车、澳大利亚PN煤炭漏斗车和FMG矿石车等出口车的中梁腹板、中梁下盖板、牵引梁下盖板、牵引梁腹板等长大厚板件倒角坡口的加工。单件倒角和坡口加工部分成本降低了30%。独创的电磁和液压快速夹紧组合应用方式，提高了加工的可靠性；倒角加工铣头单元和坡口加工铣头单元的组合应用方式使工作效率提高1倍。多项技术创新的应用提高了公司出口车产品的竞争实力。