不落輪鏇床碎屑器的設計與改進

南京地鐵運營分公司設備中心 張榮勝 陸良登 李夏歡

不落輪鏇床碎屑器的設計與改進

南京地鐵運營分公司設備中心 張榮勝 陸良登 李夏歡

南京地鐵一號線進口的TF2000HD型數控不落輪鏇床，配備了一套碎屑傳送系統。其中的碎屑器，斷屑不徹底，易卡滯、堵塞，造成反復清堵檢修，費時費力。本文，筆者從碎屑器裝置結構分析入手，對刀盤（片）與隔套的材料、加工工藝、外形參數等方面重新設計，改進后，碎屑效果改善顯著。

一、問題概述

從理論上來講，原機床在碎屑傳送系統裝置配置方面考慮是合理的，但在實際使用中效果卻不能令人滿意，特別是碎屑器斷屑不徹底，二片疊裝的刀片、隔套易卡滯、擠壓變形，故而引發傳送帶易堵，維修人員反復清堵檢修，費時費力，如圖1所示。

圖 1 原機所配碎屑器

二、首次改進方案

顯然，整套碎屑器必須進行改進。但是原機床生產廠家沒有提供相關圖紙，且廠家因經營困難，已不再提供后續保障和服務。鑒于此，這種改造必須由南京地鐵運營公司自己主導實施。具體的改造方案如下。

1.必須針對性研究地鐵車輛輪對的材料與硬度。南京地鐵一號線使用的電客車輪對由太原重工鋼輪有限公司生產，車輪為鍛鋼輾鋼輪，CL60，采用冷壓工藝壓裝到車軸上，并可通過油壓進行拆卸。車輪基本參數為：在輪輞的表面車有一圈最終鏇輪標記的凹槽；新輪直徑840 mm；半磨耗車輪直徑805 mm；全磨耗車輪直徑770 mm；輪輞寬度135 mm；輪轂寬度170 mm；車輪踏面下5 mm處的硬度為265～295 HBS，踏面下30 mm處的硬度為255～285 HBS。

2.選擇更換鏇修切削刀具（有斷屑槽），保證穩定斷屑；統計、研究在輪對踏面的不同位置上的出屑的卷曲形式，優化選擇主軸轉速、切削量、進刀速度等參數配合，有效控制斷屑。

3.新做的刀片、隔套顯然都必須是整體的，不能采用二片疊裝。

4.制作工藝、裝配過程必須簡潔，保養維護方便，使用壽命長。

基于以上幾點，考慮碎屑的結構、原理，筆者初步設計將碎屑器的主動軸、從動軸截面制作成正六角，去除鍵銷結構；主、從動軸上的螺旋齒刀片（與裝配隔套疊裝）交錯排列；刀片和隔套采用模具鋼，整體淬火，保證硬度；刀片和隔套外形為內孔正六角，刀片采用外八角齒(弧形)，保證準確分度加工；主、被動軸上成對的刀片（尖頂外圓最大處）與隔套間距為2 mm，刀片厚度（29.80±0.10）mm，隔套厚度（29.90±0.10）mm。

實際裝配后試運轉，發現同步碎屑，有可能使碎屑過程對軸沖擊加大，易引起電機過載保護，于是將同軸上的刀片弧形齒順次旋轉錯開15°安裝。

三、首次改進后使用情況

改進后的碎屑器在使用一段時間后，發現因刀片端部太尖，易崩尖；而由于整體淬火，崩尖或堆屑會擠碎隔套或刀片。而修復、更換部分損壞的刀片、隔套時，后一批生產的新件與原件偏差較大，在裝配過程中，反復調整不同厚度的刀片、隔套的順序位置，過程復雜，測量困難，且間隙不好控制。

在這里，筆者使用了一個小技巧，將全部可選擇裝配件即刀片、隔套厚度數據填入Excel電子表格，自動計算刀片間的間隙，在一端輸入調節間隙（實際裝配中可以調整的間隙）后，檢查刀片間間隙大小（函數自動計算），拖放刀片、隔套（指厚度尺寸數據），另一端形成自然間隙（也可以在實際裝配中調整），結果如圖2、圖3所示，可選件、裝配間隙、剩余件一目了然。圖中可以看出刀片間隙在0.15 mm左右（圖中為0.12～0.19 mm）。

四、二次改進方案

基于第一次改進后存在的問題，做了以下改進。尖角部分，把倒圓直徑加大，如圖4所示，刀片尖角部分改進對照，虛線為改進前，實線為改進后，仍保持刀片外圓最大直徑（指最大旋轉形成直徑）值不變。

圖 4 片尖角部分改進

刀片與隔套的標準厚度均為29.85 mm（刀片與隔套同時在磨床磨削加工），誤差±0.02 mm；同時，刀片兩面在隔套外圓直徑外加工出0.075 mm臺階，理論上裝配后刀片間軸向自然形成0.15 mm間隙。但在加工中臺階尺寸難以控制，特別是刀片厚度磨削時不穩定，控制不準，甚至不能滿足與六角內孔的垂直度要求。

因此，考慮去掉刀片裝配預留臺階，同時，為保證斷屑效果和便于裝配調整，采用磨床磨削，控制誤差，刀片厚度（29.70± 0.02）mm，隔套厚度（29.84±0.02）mm，使兩軸上的刀片軸向間隙控制在0.10～0.18 mm。穩定形成最終刀片、隔套截面圖的設計如圖5所示。

圖 5 最終刀片、隔套

綜合設計、制作試驗，并經實際驗證，具體加工方法、工藝為：采用P20（模具鋼）材料，下料；通過鍛打的手段使其材質結構更加緊密；回火消除內應力，減少加工過程當中產生的應力變形；數控車床車削加工；中走絲線，線切割割出外形；在平面磨床進行面加工厚度到滿足尺寸；表面做氮化處理，表面氮化層的厚度約為0.3 mm，氮化要求保溫至少在72 h以上，使材料原先的硬度從22～28HRC達到58～62HRC。

五、二次改進后使用情況

改進后的刀片、隔套裝配完成后，投入使用，效果非常好。除在不落輪鏇床設備本身正常維護、保養停機時，進行碎屑器傳動部分如齒輪、軸承做潤滑等保養，刀片、隔套部分只做常規緊固檢查、清塵。2年多的應用表明，新的碎屑器運用正常，刀片、隔套再無損壞，已遠遠超過預期要求。