雙面鉆孔機(jī)床在推土機(jī)后橋箱法蘭面孔加工中的應(yīng)用

■ 山推工程機(jī)械股份有限公司 （山東濟(jì)寧 272073） 陸長學(xué) 張賽賽 宮 濤

推土機(jī)后橋箱是焊接結(jié)構(gòu)件，主要由板材和鑄鋼件焊接而成，它承擔(dān)著將變速箱輸出的動(dòng)力轉(zhuǎn)化為中央傳動(dòng)裝置動(dòng)力和終傳動(dòng)裝置動(dòng)力的任務(wù)，是整個(gè)推土機(jī)動(dòng)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(shù)量較多，占后橋箱螺紋孔、光孔總數(shù)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(shí)依靠鉆模板定位，加工完一側(cè)后使用行車翻轉(zhuǎn)加工另外一側(cè)。該工藝手段生產(chǎn)效率低，操作者勞動(dòng)強(qiáng)度大，容易導(dǎo)致工件磕碰傷，并且使用行車翻轉(zhuǎn)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(jìn)行了改進(jìn)，制作雙面鉆孔專用機(jī)床，配備與光孔數(shù)量相等的鉆頭，刀具一次進(jìn)給完成所有光孔的加工，避免了工件的翻轉(zhuǎn)，提升了加工效率。通過實(shí)際應(yīng)用，后橋箱法蘭面光孔加工時(shí)間由85min/臺(tái)降至14min/臺(tái)，單臺(tái)加工時(shí)間減少了71min，加工效率提升數(shù)倍。

1. 原加工工藝存在的問題

橋箱法蘭面光孔分布于后橋箱的兩側(cè)，原工藝使用搖臂鉆床逐個(gè)加工，操作者手動(dòng)擺動(dòng)笨重的搖臂，需要根據(jù)不同規(guī)格孔徑更換鉆頭，勞動(dòng)強(qiáng)度特別大。加工時(shí)，工件需側(cè)放，將鉆模板吊放、安裝至法蘭面（見圖1），加工完一側(cè)后，利用行車和吊具翻轉(zhuǎn)工件至另一側(cè)（見圖2），每件后橋箱要吊放工裝2次，工件翻轉(zhuǎn)2次，工裝的吊放和工件的翻轉(zhuǎn)不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，容易導(dǎo)致工件磕碰傷，而且使用行車翻轉(zhuǎn)工件危險(xiǎn)性較高。此外，由于法蘭面光孔數(shù)量較多，加工時(shí)間長，采用搖臂鉆床逐個(gè)加工光孔的加工方式嚴(yán)重降低了后橋箱的加工效率，影響了后橋箱的生產(chǎn)節(jié)拍。

圖1 搖臂鉆床加工法蘭面孔

圖2 翻轉(zhuǎn)后橋箱

2. 解決方案的確定

為解決后橋箱法蘭面光孔加工效率低、勞動(dòng)強(qiáng)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(shè)計(jì)雙面鉆孔專用機(jī)床加工。為了選擇更合適的解決方案，對兩種加工方案的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)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(shí)施光孔加工，并且加工效率、加工精度都比常規(guī)加工手段高，操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度低。缺點(diǎn)是臥式加工中心屬于大型精密設(shè)備，價(jià)格高。而且后橋箱法蘭面光孔處材質(zhì)為鑄鋼，有夾沙、砂眼等鑄造缺陷，如果加工時(shí)采用硬質(zhì)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(dǎo)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(jī)床相當(dāng)于多主軸鉆床，一次進(jìn)給完成所有光孔加工，加工效率高，并且鉆孔專機(jī)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(jī)床操作簡單，將工件吊放至指定位置后，按下啟動(dòng)按鈕，機(jī)床自動(dòng)完成工件定位、夾緊以及光孔加工等一系列動(dòng)作，因此對操作人員的技能要求較低，同時(shí)也降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。鉆孔專機(jī)的缺點(diǎn)是采購價(jià)格略高，專用性強(qiáng)，只能加工固定的一種或幾種類型產(chǎn)品。

考慮到后橋箱為量產(chǎn)產(chǎn)品，年產(chǎn)量大，并且產(chǎn)品已經(jīng)定型，因此，方案二更符合實(shí)際需求，最終確定制作鉆孔專用機(jī)床解決法蘭面鉆孔問題。

3. 工件定位和吊裝方式的確定

使用搖臂鉆床加工后橋箱法蘭面光孔時(shí)，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(zhǔn)，而要實(shí)現(xiàn)后橋箱法蘭面孔在鉆孔專用機(jī)床內(nèi)的加工，需要限制后橋箱相對于機(jī)床的位置。由于后橋箱質(zhì)量、體積較大，在鉆孔專用機(jī)床上不宜采用“兩孔一面”的定位方式。根據(jù)后橋箱的裝配關(guān)系及誤差要求，后橋箱在鉆孔專用機(jī)床上采用上面朝下的方式放置，以后橋箱上面、前面和左側(cè)法蘭面作為定位基準(zhǔn)（見圖3），三面定位更容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作。

圖3 后橋箱定位基準(zhǔn)

后橋箱為箱體式焊接結(jié)構(gòu)，兩法蘭面為加工位置，工件的裝夾點(diǎn)只能設(shè)計(jì)在前面、后面和底面，考慮到機(jī)床使用自動(dòng)化裝夾機(jī)構(gòu)，將壓緊點(diǎn)設(shè)計(jì)在后橋箱的底面，在機(jī)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(diǎn)，只能將工件吊放至固定位置，利用液壓結(jié)構(gòu)將工件輸送至定位點(diǎn)。為減少工件移動(dòng)過程中對上面（加工面）的劃傷，在專機(jī)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(jī)床壓緊裝置及滑輪組。

4. 鉆孔專用機(jī)床結(jié)構(gòu)和工作原理

圖4 鉆孔專用機(jī)床壓緊裝置及滑輪組

如圖5所示，鉆孔專用機(jī)床由滑臺(tái)、動(dòng)力箱、多軸箱、導(dǎo)向裝置、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和冷卻裝置等部分組成。專用機(jī)床中部是工件定位、夾緊區(qū)，兩側(cè)是可以相對中心移動(dòng)的滑臺(tái)。兩個(gè)滑臺(tái)上面安裝有動(dòng)力箱（帶電動(dòng)機(jī)），動(dòng)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(dòng)機(jī)通過動(dòng)力箱，帶動(dòng)多軸箱各主軸旋轉(zhuǎn)。多軸箱根據(jù)工件各個(gè)孔徑大小分配鉆頭的轉(zhuǎn)速。滑臺(tái)移動(dòng)，帶動(dòng)動(dòng)力箱、多軸箱和鉆頭運(yùn)動(dòng)，完成快進(jìn)、切削進(jìn)給等動(dòng)作，同時(shí)冷卻裝置向加工位置噴出切削液。鉆頭進(jìn)給過程中通過導(dǎo)向裝置保證光孔位置精度。液壓系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)機(jī)床各個(gè)系統(tǒng)的潤滑和工件的定位、夾緊等操作。數(shù)控系統(tǒng)控制機(jī)床各個(gè)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)。

5. 鉆孔過程

圖5 鉆孔專用機(jī)床示意

將工件吊裝至機(jī)床指定位置后，起動(dòng)機(jī)床，通過數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對機(jī)床各項(xiàng)動(dòng)作的控制。專用機(jī)床上的液壓移動(dòng)機(jī)構(gòu)將工件傳輸至定位點(diǎn)，液壓頂緊裝置將工件定位、夾緊。兩側(cè)多軸箱上的刀具旋轉(zhuǎn)，動(dòng)力箱向工件快速運(yùn)動(dòng)，接近后橋箱時(shí)，調(diào)整進(jìn)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(jìn)行切削。切削完成后，動(dòng)力箱后退至起始位置，兩側(cè)刀具停止旋轉(zhuǎn)，冷卻裝置停止噴出切削液，機(jī)床液壓頂緊裝置松開對工件的夾緊，液壓移動(dòng)機(jī)構(gòu)將工件傳輸至指定位置，操作人員將工件吊出專用機(jī)床，將另一個(gè)工件吊裝至專用機(jī)床，起動(dòng)機(jī)床，開始下一工件的加工。

6. 可靠性分析

鉆孔專用機(jī)床采用上面、前面和側(cè)面三面定位方式，由液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)工件與定位塊的定位、夾緊，保證了工件定位的準(zhǔn)確性和夾緊的可靠性。多軸箱的主要功能是提供多刀具安裝，可對不同規(guī)格刀具提供不同轉(zhuǎn)速的分配，實(shí)現(xiàn)不同規(guī)格孔采用不同轉(zhuǎn)速加工，保證了工藝參數(shù)的合理化，同時(shí)達(dá)到一次進(jìn)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(jù)工件光孔的位置尺寸確定的，此外，靠近工件位置處設(shè)置了導(dǎo)向裝置，可以定位、引導(dǎo)刀具的進(jìn)給方向，增強(qiáng)加工過程中刀具的剛性，防止刀具的振動(dòng)，從而保證光孔的位置精度。

7. 結(jié)語

通過該鉆孔專用機(jī)床的應(yīng)用，摒棄了搖臂鉆床加工光孔的傳統(tǒng)加工工藝，實(shí)現(xiàn)了光孔加工的自動(dòng)化，刀具一次進(jìn)給完成后橋箱兩側(cè)所有光孔的加工，不僅降低了操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度，避免了工件翻轉(zhuǎn)造成的磕碰傷，還提升了工件加工效率。

專家點(diǎn)評

為解決后橋箱法蘭面光孔加工效率低的問題，文中提出了加工中心和專用機(jī)床兩種解決方案，并對兩種方案的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析和比較。考慮到產(chǎn)品已經(jīng)定型并且批量較大，最終使用雙面鉆孔專用機(jī)床實(shí)現(xiàn)了光孔加工的自動(dòng)化，加工效率數(shù)倍提升。

在以數(shù)控機(jī)床等柔性加工設(shè)備為主的今天，專用機(jī)床依然有著獨(dú)特的優(yōu)勢，特別是在大批量固定產(chǎn)品的高效加工中，能夠克服單機(jī)操作的弊端，成為傳統(tǒng)工藝中的一大亮點(diǎn)。