高鐵橋梁支座自動(dòng)化生產(chǎn)線

■ 齊重?cái)?shù)控裝備股份有限公司 （黑龍江齊齊哈爾 161006） 姜 川 謝宇蒙

■ 一拖黑龍江農(nóng)業(yè)裝備有限公司 （黑龍江齊齊哈爾 161006） 王 佳

近些年我國(guó)高鐵發(fā)展迅速，高鐵建設(shè)延伸至全國(guó)各地。高鐵建設(shè)時(shí)為了保證列車高速運(yùn)行時(shí)的平穩(wěn)性和安全性，多采用高架橋梁的建筑方式。而橋梁建設(shè)中，橋梁支座的作用相當(dāng)重要。橋梁支座主要安放在橋跨結(jié)構(gòu)中需要支撐的部分，最主要的作用是將荷載由橋跨傳遞給橋墩，可以將反作用力反饋到橋墩的固定位置，并將反作用力放大到足夠大的面積上來(lái)減少壓強(qiáng)，這樣可以最大限度確保高鐵運(yùn)行時(shí)橋墩能夠安全可靠地工作。其次，橋架支座可以使橋跨結(jié)構(gòu)中支點(diǎn)的變形量不會(huì)超過(guò)其理論計(jì)算的數(shù)值。再次，橋架支座可以使橋跨結(jié)構(gòu)牢牢固定在橋墩上的指定位置，并防止其滑落。

1. 工藝編制

橋架支座一般分為固定橋架支座和活動(dòng)橋架支座，主要包括上座板、中座板和下座板。本文主要以支座下座板為例，說(shuō)明如何實(shí)現(xiàn)支座下座板全部加工面的加工，并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化加工，包括底部四方、上部側(cè)面的車削加工，底部大平面及上部凹面的車削加工，還包括底部四方、上部側(cè)面的銑削加工。用兩條生產(chǎn)線完成支座下座板的全工序加工，實(shí)現(xiàn)智能化、自動(dòng)化生產(chǎn)。

橋梁支座下座板三維模型示意如圖1所示。按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行典型工件的全工序機(jī)械加工工藝編制，下座板以規(guī)格尺寸較大的典型件為例。下座板車削工序節(jié)拍見(jiàn)表1，銑削工序節(jié)拍見(jiàn)表2。

圖1 橋梁支座下座板三維模型

2. 自動(dòng)生產(chǎn)線配置

（1）車削自動(dòng)生產(chǎn)線 根據(jù)工件車削工藝特點(diǎn)，工件車削分兩個(gè)工作區(qū)即可完成，根據(jù)車削節(jié)拍表，為了能夠使車削自動(dòng)生產(chǎn)線的加工節(jié)拍與銑削自動(dòng)生產(chǎn)線的節(jié)拍相當(dāng)，在車削自動(dòng)生產(chǎn)線配置兩個(gè)車削單元，即6臺(tái)立車，加工節(jié)拍為6.5min。

根據(jù)工藝節(jié)拍配置6臺(tái)專用機(jī)床和兩個(gè)桁架機(jī)械手，主要用于下座板的車削工序加工。自動(dòng)生產(chǎn)線采用桁架式機(jī)械手，機(jī)械手采用電磁吸盤結(jié)構(gòu)，自動(dòng)完成工件在工序間的傳送、上料、加工和下料。生產(chǎn)線主要組成為桁架機(jī)械手、上料機(jī)、下料機(jī)、翻轉(zhuǎn)臺(tái)、機(jī)床設(shè)備及電氣控制系統(tǒng)。生產(chǎn)線上機(jī)床選配刀具測(cè)量裝置及工件測(cè)量裝置，每次加工前自動(dòng)檢測(cè)刀具破損情況及工件尺寸，確保加工尺寸的準(zhǔn)確、穩(wěn)定。

車削生產(chǎn)線的車削加工單元采用專用車削機(jī)床，機(jī)床工作臺(tái)底座與立柱為貼合式結(jié)構(gòu)，由立柱、工作臺(tái)、工作臺(tái)底座、橫梁、垂直刀架、主變速箱和進(jìn)給箱等組成，帶整機(jī)半封閉防護(hù)罩、排屑裝置及橫梁防護(hù)罩。機(jī)床主電動(dòng)機(jī)安裝在立柱側(cè)面，電柜內(nèi)電氣件一部分安裝在立柱內(nèi)，另一部分安裝在橫梁后側(cè)的電柜內(nèi)。橫梁為定梁結(jié)構(gòu)，坐落到立柱上，主傳動(dòng)機(jī)械一檔，通過(guò)變頻電動(dòng)機(jī)和變頻器進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)速。數(shù)控系統(tǒng)選用西門子808D，采用三爪自定心液壓卡盤，可以通過(guò)液壓控制自動(dòng)將下座板夾緊，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)裝夾。

表1 車削工序節(jié)拍 （單位：min）

表2 銑削工序節(jié)拍 （單位：min）

機(jī)床帶有整機(jī)防護(hù)罩，防止加工產(chǎn)品的切屑四處飛濺，并通過(guò)排屑器收集排放。機(jī)床加工時(shí)不帶切削液，這樣加工時(shí)可以減少?gòu)U水排放，減少對(duì)環(huán)境的污染。垂直刀架采用T形滑枕，滑枕下方安裝四工位電動(dòng)刀臺(tái)，四工位電動(dòng)刀臺(tái)可以安裝四個(gè)車削刀夾，裝夾不同的車削刀具以便進(jìn)行下座板不同工序的加工。工作臺(tái)可以采用不同的卡爪來(lái)擴(kuò)大夾持范圍，這樣更適應(yīng)不同尺寸的下座板。下座板車削生產(chǎn)線示意如圖2所示。

（2）銑削自動(dòng)生產(chǎn)線 根據(jù)工件銑削工藝特點(diǎn)，為保證專機(jī)銑床結(jié)構(gòu)及功能簡(jiǎn)單，根據(jù)銑削工序的節(jié)拍表，各工位加工時(shí)間相當(dāng)，可按每一工位配置一臺(tái)專機(jī)銑床，共配置三臺(tái)專機(jī)銑床組合成一個(gè)加工單元，加工節(jié)拍為4min。參考車削工藝節(jié)拍，銑削生產(chǎn)線配置三臺(tái)銑床和一個(gè)桁架機(jī)械手，可提高下座板的加工效率。下座板銑削生產(chǎn)線示意如圖3所示。

圖2 下座板車削生產(chǎn)線示意

圖3 下座板銑削生產(chǎn)線示意

專用銑床配置兩個(gè)自帶動(dòng)力的銑主軸，電動(dòng)機(jī)為交流電動(dòng)機(jī)，控制銑主軸旋轉(zhuǎn)，銑主軸為機(jī)械6檔調(diào)速，轉(zhuǎn)速分別為100、125、160、200、250和315r/min。銑主軸一側(cè)為固定結(jié)構(gòu)，另一側(cè)由數(shù)控系統(tǒng)控制進(jìn)給，可根據(jù)不同的加工尺寸來(lái)調(diào)整距離。加工時(shí)采用工作臺(tái)移動(dòng)的方式，數(shù)控系統(tǒng)使用西門子808D。

桁架機(jī)械手可以水平移動(dòng)（X軸）及垂直抓取移動(dòng)（Z軸），機(jī)械手水平及垂直電動(dòng)機(jī)采用西門子交流伺服電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)齒輪在齒條上作直線運(yùn)動(dòng)，X、Z軸均采用直線導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)。

3. 生產(chǎn)線功能及運(yùn)行過(guò)程

（1）車削自動(dòng)生產(chǎn)線 下座板車削自動(dòng)生產(chǎn)線承擔(dān)下座板底部大平面及上部凹面的車削加工、上下料工作。運(yùn)行過(guò)程動(dòng)作如下（兩個(gè)機(jī)械手A、B）：

1）桁架機(jī)械手A分別運(yùn)行到OP1、OP2機(jī)床，從OP1、OP2機(jī)床抓取半成品，機(jī)床內(nèi)部清潔，機(jī)械手A運(yùn)行到翻轉(zhuǎn)臺(tái)，將工件放置在翻轉(zhuǎn)臺(tái)上，對(duì)工件進(jìn)行翻轉(zhuǎn)。

2）機(jī)械手A運(yùn)行到上料倉(cāng)抓取毛坯工件，將毛坯放置在OP1、OP2機(jī)床內(nèi)，機(jī)床開(kāi)始加工。

3）機(jī)械手B運(yùn)行到O P3、OP4、OP5和OP6機(jī)床，從機(jī)床內(nèi)抓取成品，機(jī)床內(nèi)部清潔，機(jī)械手B運(yùn)行到下料倉(cāng)，將成品放置在下料倉(cāng)。

4）機(jī)械手B運(yùn)行到翻轉(zhuǎn)臺(tái)，抓取翻轉(zhuǎn)后的工件，運(yùn)行到OP3、OP4、OP5和OP6機(jī)床，將半成品放置在機(jī)床內(nèi)，機(jī)床開(kāi)始加工。

5）兩個(gè)桁架機(jī)械手返回到參考點(diǎn)。

（2）銑削自動(dòng)生產(chǎn)線 下座板銑削自動(dòng)生產(chǎn)線承擔(dān)下座板底部四方、上部側(cè)面的銑削加工以及上下料工作。運(yùn)行過(guò)程動(dòng)作如下（一個(gè)機(jī)械手）：

1）機(jī)械手運(yùn)行到OP1機(jī)床，抓取OP1機(jī)床內(nèi)半成品，機(jī)床內(nèi)部清潔，機(jī)械手運(yùn)行到回轉(zhuǎn)臺(tái)，將工件放置在回轉(zhuǎn)臺(tái)上，工件回轉(zhuǎn)90°。

2）機(jī)械手運(yùn)行到上料倉(cāng)抓取毛坯工件，放置在OP1機(jī)床內(nèi)，機(jī)床開(kāi)始加工。

3）機(jī)械手運(yùn)行到OP2機(jī)床，從機(jī)床內(nèi)抓取半成品，機(jī)床內(nèi)部清潔，機(jī)械手運(yùn)行到翻轉(zhuǎn)臺(tái)。將工件放置在翻轉(zhuǎn)臺(tái)上，對(duì)工件進(jìn)行翻轉(zhuǎn)。

4）機(jī)械手運(yùn)行到回轉(zhuǎn)臺(tái)，抓取回轉(zhuǎn)后的半成品，運(yùn)行到OP2機(jī)床，將半成品放置在機(jī)床內(nèi)，機(jī)床開(kāi)始加工。

5）機(jī)械手運(yùn)行到OP3機(jī)床，從OP3機(jī)床內(nèi)抓取成品，機(jī)床內(nèi)部清潔，運(yùn)轉(zhuǎn)到下料倉(cāng)，將成品放置在下料倉(cāng)。

6）機(jī)械手運(yùn)行到翻轉(zhuǎn)臺(tái)，抓取翻轉(zhuǎn)后的半成品，放置在OP3機(jī)床內(nèi)，機(jī)床開(kāi)始加工。

7）機(jī)械手返回上料倉(cāng)。

4. 結(jié)語(yǔ)

下座板自動(dòng)生產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化不僅可以降低制造成本，還可以提高產(chǎn)品質(zhì)量。經(jīng)過(guò)實(shí)踐證明該生產(chǎn)線是具有先進(jìn)性和科學(xué)性的，生產(chǎn)線的加工質(zhì)量相對(duì)穩(wěn)定，有助于改善勞動(dòng)及生產(chǎn)條件，并且優(yōu)化生產(chǎn)作業(yè)環(huán)境。但是需要將人、機(jī)、物等各方面協(xié)同好，并且將各種因素和條件考慮到位。盡可能優(yōu)化自動(dòng)化生產(chǎn)線的生產(chǎn)節(jié)拍，使整個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)中的機(jī)械手、傳輸系統(tǒng)及控制系統(tǒng)等能夠協(xié)調(diào)穩(wěn)定運(yùn)行。

自動(dòng)化生產(chǎn)線的效率由投入的自動(dòng)化裝備的類型和運(yùn)行的可靠性、穩(wěn)定性、故障率及產(chǎn)品的批量品種等所決定。一條下座板自動(dòng)化生產(chǎn)線可節(jié)省16個(gè)人力，如果生產(chǎn)線能夠可靠穩(wěn)定運(yùn)行，自動(dòng)化的效率可以得到保證，產(chǎn)生的收益也是相當(dāng)可觀的。