接觸網(wǎng)零部件機械加工智能化改造

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摘要：在接觸網(wǎng)關鍵零部件機械加工中準確采取生產(chǎn)線改造措施能夠提升零部件智能化加工水平?；诖耍恼略敿氷U述了抱箍類零件鉆攻柔性、中間接頭結(jié)構(gòu)鉆攻、滑輪軸車削、擋塊加工、棘輪輪體加工這幾個接觸網(wǎng)關鍵零部件機械加工方面的智能化改造，希望能夠為接觸網(wǎng)零部件智能化加工技術(shù)的發(fā)展提供助力。

關鍵詞：關鍵部件；機械加工；擋塊加工

接觸網(wǎng)主要作用是為列車輸送電流，是列車供電系統(tǒng)的重要組成部分，因此人們對接觸網(wǎng)運行的穩(wěn)定性要求較高，使得接觸網(wǎng)關鍵零部件的加工成本增加。為此，相關工作者應深入研究零部件的智能化加工方法，并采取有效加工工藝改造措施，提升零部件加工的智能化水平，優(yōu)化零部件機械加工的性價比。

1智能化改造研究意義

接觸網(wǎng)主要是指供受電弓取流，在列車軌道上空沿軌道以“之”字形架設的高壓輸電線，其中通常包含支持裝置、定位裝置、接觸懸掛、基礎、支柱等部分。一般來說，在高鐵運行系統(tǒng)中，接觸網(wǎng)停電、接觸網(wǎng)與電弓之間的接觸不良等問題，在很大程度上源于接觸網(wǎng)關鍵零部件性能問題，而為了保障零部件性能的可靠性，人們通常需要投入大量的資金成本在零部件的機械加工生產(chǎn)中，造成了接觸網(wǎng)關鍵零部件制造成本高的問題，制約了高鐵技術(shù)的發(fā)展。為此，需要進一步更新接觸網(wǎng)關鍵零部件生產(chǎn)技術(shù)，使其能夠跟上高鐵技術(shù)的發(fā)展步伐。在此過程中，研究者提出了提升零部件機械加工智能化水平的方法，并展開了對各接觸網(wǎng)關鍵零部件機械加工工藝改造設計研究，意在通過提升機械加工生產(chǎn)線的智能化水平，來優(yōu)化零件生產(chǎn)速度，保障零件性能質(zhì)量，促進鐵路電氣化建設事業(yè)的發(fā)展。

2智能化設計研究

2.1關鍵零部件類型

在接觸網(wǎng)的運作中起到主要作用的零部件通常分為六大類，即定位裝置、腕臂裝置、中心錨結(jié)、下錨裝置、整體吊弦、電連接裝置。當受電弓取流時，接觸網(wǎng)中的導線需要利用定位、腕臂裝置，使導線與受電弓之間保持均勻摩擦，以免出現(xiàn)局部劇烈磨損，導致兩者之間的接觸不良問題，因此，上述兩類裝置作為影響接觸網(wǎng)系統(tǒng)使用性能的重要因素，在此次研究中被納入到了機械加工智能化改造的范疇內(nèi)。此外，在列車供電系統(tǒng)的實際運作中，放電間隙、接觸電阻增大造成的拉弧現(xiàn)象，作為容易影響列車運行的故障之一，其主要源于下錨裝置的性能問題。在此過程中，由于該裝置應用職能為向供電導線提供額定張力，因此，在其正常發(fā)揮效用時能夠?qū)㈦姽×骱透咚偻ㄟ^過程中，由摩擦力形成的電弓振動波，控制在常規(guī)范圍內(nèi)，消除拉弧問題，一旦該裝置存在性能上的不穩(wěn)定，則很容易造成了供電系統(tǒng)運行故障，不利于列車的可靠運作，為此，研究者將下錨裝置類型的關鍵零部件機械加工工藝納入智能化改造內(nèi)容中，保障此次改造設計的全面性和有效性?；谏鲜稣撌觯芯空呓?jīng)過歸納總結(jié)，將需要進行機械加工工藝改造的關鍵零部件具體種類列為5項，即腕臂類裝置中起到連接作用的抱箍類零部件，以及下錨類裝置中的擋塊、軸類、棘輪輪體、中間接頭零部件。

2.2抱箍類零件鉆攻柔性加工改造設計

就目前來看，抱箍類零部件一般采用熱模鍛工藝成型，然后借助鉆5-Φ13、3-Φ13等工具，進行機械連接通孔加工。在此過程中，研究者為了優(yōu)化該部件的連接精度，需要增強圓弧兩側(cè)孔洞與圓弧中心之間的對稱度，因此，研究者選用數(shù)控鉆攻技術(shù)，來實現(xiàn)抱箍類零部件機械加工的智能化改造。該零部件的機械加工智能化改造主要分為四個層次，即物料運轉(zhuǎn)、機床上卸料、加工單元、夾具。在物料運轉(zhuǎn)改造中，采用了直線滑道圓弧定位設計、步進電機鏈條驅(qū)動技術(shù)，并應用了傳感設備，支持60、48兩種規(guī)格抱箍類零部件中各個結(jié)構(gòu)在料道上順利滑動，而且能夠在無料時進行提醒。還采用了機器人工裝、手爪，實現(xiàn)物料系統(tǒng)的智能化運作。在機床上卸料方面，在2臺數(shù)控鉆攻中心之間，設置了6軸節(jié)、雙手抓設計的機器人，可承受10kg的額定負載、1450mm的工作區(qū)域范圍以及0.05mm及以下的重復定位精度。在加工單元方面，選用了VCP-400L的小型龍門式加工中心，并通過計算為其配置了23.5/35NM的大扭矩主軸。在夾具上，在綜合考慮機器人工作空間、料道設計、加工中心維保預留通道等多個方面，并通過計算之后，采用了偏心距為170mm的偏心設計，而且將夾緊松開動作納入機床指令控制范圍內(nèi)，為工作者的加工邏輯控制提供了便利。

2.3中間接頭結(jié)構(gòu)鉆攻加工改造設計

中間接頭結(jié)構(gòu)雖然屬于下錨類零部件，但其在生產(chǎn)布局上與上述的抱箍類零部件相似，因此，在此次機械加工智能化改造上，針對中間接頭結(jié)構(gòu)，需要從4個方面開展改造工作，即物料運輸、卸料、加工單元、夾具。在物料運輸中，中間接頭結(jié)構(gòu)的智能化機械加工設計改造內(nèi)容與抱箍類零部件的加工改造相同，采用上下料道的結(jié)構(gòu)，結(jié)合步進機鏈條驅(qū)動來構(gòu)建物料運輸系統(tǒng)。在卸料系統(tǒng)中，采用外形定位設計來進行毛坯定位，設計相應的機器人手爪、工裝夾具，以便于更好地兼容復合軌道中間接頭零部件的加工。從整體上來看，該項零部件加工的程序主要是以兩個加工單元為中心，中間結(jié)構(gòu)零部件結(jié)構(gòu)，先經(jīng)過上料物流，到加工單元中心，然后從被傳輸至下料物流、上料物流，再進入另外一個加工單元中心，最后來到下料物流中，完成機械加工過程，同時，結(jié)合輔助頂緊液壓缸、主壓緊缸等加工工具，配合機器人設備，可以實現(xiàn)智能化的中間接頭鉆攻加工，有助于下錨裝置性能的穩(wěn)定性和可靠性，促進高鐵技術(shù)的優(yōu)化發(fā)展。

2.4滑輪軸車削加工改造設計

滑輪軸車削加工是進行下錨裝置中軸類零部件機械加工的生產(chǎn)線，通過對該生產(chǎn)線進行智能化改造，能夠增強軸類零部件的生產(chǎn)效率和性能。一般來說，該類零部件需要2次裝夾工序才能完成加工任務，因此此次改造設計中依然要采用兩個加工單元的模式，來對該生產(chǎn)線進行優(yōu)化設計。優(yōu)化改造設計主要包含物料運轉(zhuǎn)、加工單元裝卸料、加工單元、卡盤、質(zhì)量檢測等這五項內(nèi)容。其中物料運轉(zhuǎn)，采用3m長的步進電機驅(qū)動履帶式料道設計，并在下料道的定位塊上，設置尼龍墊來保護部件產(chǎn)品表面質(zhì)量。在裝卸料系統(tǒng)優(yōu)化中，選用S20桁架機器，來對兩臺車削中心進行卸料操作。在加工單元優(yōu)化上，綜合考慮軸類零件的外徑、長度等情況，選擇了斗山PUMA215Ⅱ數(shù)控車削中心，來構(gòu)建加工單元，并將其以“一”字形布局，以便于機器進行自動化的卸料操作，而且為其配備了70bar高壓冷卻液斷削系統(tǒng)，防止切屑劃傷產(chǎn)品表面。在加工單元的具體選用上，研究者需要將主軸的最高轉(zhuǎn)速設置在4500r/min以下、高速扭矩在70N•m以上、低速扭矩在127N•m以上，這樣可以保障加工單元的使用性能，優(yōu)化最終改造效果。在卡盤、質(zhì)量檢測方面，選用液壓自動卡盤，并在其與工件的接觸面位置，鑲嵌了非金屬柔性材料，同時，在加工單元之間，構(gòu)建一個自動抽檢平臺，結(jié)合人工檢驗操作，優(yōu)化了軸類零部件的加工質(zhì)量。

2.5擋塊加工改造設計

擋塊與軸類零部件相同，也需要兩次裝夾才能完成機械加工，依然采用了“一”字形的加工單元布局，將桁架機器設置在兩臺機械加工設備之間，使其同時在兩個加工單元中，開展裝卸料、串并操作，同時，還在設備之間預留出相應的維護保養(yǎng)空間，保障機械設備運作的可靠性。但在此過程中，由于擋塊結(jié)構(gòu)的長度比軸類零部件短，其毛坯直徑僅為Φ50mm，因此，在物料運轉(zhuǎn)系統(tǒng)的構(gòu)建中，選用六工位盤形式的上下料系統(tǒng)設計，而且在機械加工過程中，為了保障機器人工作頻率的準確性，還要根據(jù)整體工序內(nèi)容，來劃分兩個加工單元的工藝內(nèi)容，使兩個單元的加工時長大致相等，實現(xiàn)兩者的節(jié)拍匹配，確保智能化生產(chǎn)線的順利運作。此外，為了強化檔塊零部件機械加工生產(chǎn)線的柔性，通過選擇高智能化的數(shù)控設備作為加工單元，使該生產(chǎn)線得以支持多種類型的檔塊零部件加工，增強了機械加工生產(chǎn)線的整體生產(chǎn)能力，有助于接觸網(wǎng)關鍵零部件機械加工智能化的發(fā)展。

2.6棘輪輪體加工改造設計

棘輪輪體的機械加工內(nèi)容以軸孔為主，現(xiàn)行的加工工藝為數(shù)控車削中心加工，需要兩次裝夾定位操作，但這兩次定位操作通常難以實現(xiàn)基準重合，使零部件呈現(xiàn)出軸承裝配孔同軸程度超差，棘輪出現(xiàn)跳動尺寸超差缺陷，影響系統(tǒng)運轉(zhuǎn)效果。為此，提出采用立式加工中心，結(jié)合一套繞X軸自由翻轉(zhuǎn)的工裝，將軸孔加工僅經(jīng)歷一次定位，即可完成，解決了傳統(tǒng)工藝模式下，兩次加工基準不重合的問題，全面優(yōu)化加工效率和效果。在此過程中，采用輪體的測平面作為夾具的軸向定位基準，然后以4只轉(zhuǎn)角油缸夾緊棘輪耳緣進行裝夾定位，并為裝夾系統(tǒng)配備了聚縮醛墊塊，防止機械加工對工件產(chǎn)生損傷，同時，利用渦輪蝸桿傳動機制，結(jié)合液壓馬達驅(qū)動，實現(xiàn)了自由翻轉(zhuǎn)工裝中的翻轉(zhuǎn)動作，使棘輪2個面鏜孔的銑削加工可以在一次定位中完成。此外，在夾具優(yōu)化方面，采用具有2條油路的液壓工裝夾具，并使其應用電磁閥、電機處于加工中心的控制中，使用者通過向中心輸入控制信號、程序，即可實現(xiàn)機械加工控制，提升了機械加工智能化水平。

3結(jié)果分析

在接觸網(wǎng)關鍵零部件的機械加工中，將經(jīng)過上述優(yōu)化的零部件生產(chǎn)工藝應用到了實際生產(chǎn)中，結(jié)果顯示，經(jīng)過優(yōu)化后的生產(chǎn)線具有高效、高質(zhì)量、智能化水平高的特點，同時，生產(chǎn)線運行的可靠性也得到了強化。因此，上述接觸網(wǎng)零部件機械加工智能化改造措施可以應用到實際生產(chǎn)中，有助于零部件機械加工水平的發(fā)展。此外，工作者還將經(jīng)過優(yōu)化后的生產(chǎn)工藝所生產(chǎn)的接觸網(wǎng)關零部件應用到了接觸網(wǎng)關的建設中，進行了一段時間的運行測試，測試結(jié)果顯示，抱箍類零件、中間接頭結(jié)構(gòu)、滑輪軸、擋塊、棘輪輪體這幾項關鍵零部件的使用性能足夠保持接觸網(wǎng)關長時間維持優(yōu)質(zhì)的運作狀態(tài)，并其相較于傳統(tǒng)加工條件下生產(chǎn)的零部件，具有更強的耐用性和可靠性，使接觸網(wǎng)關結(jié)構(gòu)的性能得到了深入優(yōu)化，由此可見，此次設計的改造措施，不僅可以提升零件加工效率，而且還能優(yōu)化接觸網(wǎng)關的運行質(zhì)量。

4結(jié)論

綜上所述，落實接觸網(wǎng)關鍵零部件機械加工的智能化改造，能夠強化零部件的質(zhì)量，降低加工成本。在改造過程中，通過分別優(yōu)化各個關鍵零部件加工生產(chǎn)線的智能化水平，可以在保障零部件性能可靠性的同時，提高機械加工效率，促進列車供電系統(tǒng)接觸網(wǎng)的建設工作的發(fā)展。

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作者：馮軍杰 單位：中鐵建電氣化局集團軌道交通器材有限公司