利用輔助定位工裝解決道岔鋼軌鋸切垂直度難題★

王子舒

(中鐵寶橋集團有限公司，陜西 寶雞 721006)

1 工件加工過程分析

加工零件為引導列車從一股軌道轉向另一股軌道時采用的鋼軌跟端，簡稱道岔尖軌跟端，如圖1所示。該部分采用鋼軌經熱模鍛成形工藝鍛造而成，主要包括原材段、過渡段以及成形段，成形段長度采用圓鋸床鋸切進行控制。由于我國鐵路無縫化要求，尖軌跟端采用現場鋁熱焊與區間線路連接，對尖軌跟端斷面垂直度要求提高，水平垂直度和豎向垂直度小于0.6 mm[1]。

目前，采用圓鋸床工裝進行鋸切，鋸切時將零件原材段放置在鋸床后端的支架上，通過支架上的滾子使零件成形段放置于鋸床的工作臺上，將鋸口與鋸盤對齊后，通過旋轉豎向的法蘭盤，使壓頭與鋼軌頂面貼實達到固定鋼軌目的，然后啟動鋸床完成鋸切。由于成形段水平方向沒有定位裝置，其垂直度大于2 mm，超出標準范圍；豎直方向由于有液壓絲杠施加壓緊力，其垂直度基本滿足，但由于產品種類較多，原材和成形段高差相差較大，鋸切不同產品時需要在工作臺上增加調整墊，保持鋼軌頂面基本平直，其垂直度質量隨調整精度變化而變化，導致操作難度大，質量很不穩定。改進前鋸切工裝見圖2。

2 解決方案

目前AT軌熱鍛成型鋼軌跟端鋸切產品包括60AT1-60 kg/m，60AT2-60 kg/m，50AT-50 kg/m，60AT1-75 kg/m等。為了保證以上幾種產品熱鍛成型后鋸切豎向垂直度要求，必須使鋸口前后軌頂面水平，同時應更換方便，使用可靠。為了保證橫向垂直度要求，必須使鋸口前后鋼軌縱向與鋸盤垂直。考慮到現有鋸床工作臺及裝夾方式不能滿足多種產品在同一鋸床上鋸切時，鋸口水平垂直度和豎向垂直度不能達到小于0.6 mm要求，故需對現有鋸床的裝夾方式及工裝進行優化改進，滿足鋸口斷面垂直度要求，同時操作方便，裝夾可靠[2]。

2.1 豎直方向垂直度保證措施

針對此問題進行深入研究，豎直方向垂直度與工件在鋸切工作臺上的水平度有關，只要保證工件鋸口位置與工作臺貼平，再通過豎向的液壓絲杠壓緊，確保在鋸切過程中不發生位移即可。由于目前熱模鍛成形工件產品包括60AT1-60 kg/m，60AT2-60 kg/m，50AT-50 kg/m，60AT1-75 kg/m，原材段和成形段軌底高差不同，具體見表1。為了保證以上幾種產品鋸切豎向垂直度要求，必須使鋸口前后軌頂面水平，換句話說就是調整鋸切工作臺高度使工件軌底與工作臺密貼。為此可對工作臺進行改造，根據不同的產品軌底高差，設計不同高度可更換平臺，保證不同類型工件軌底與工作臺貼平。最終設計如圖3所示調整工裝。

2.2 水平方向垂直度保證措施

從工件受力分析可知，要保證鋸切后鋸口水平方向的垂直度要求，最優的方式為在鋸口兩側增加側向定位，保證在整個鋸切過程中，工件的縱向軸線始終與鋸盤垂直。結合本文論述的道岔尖軌跟端鋸切，由于鋸切的一端為鍛造料頭，長度為50 mm～100 mm，考慮到鍛造料頭長度短，在現有的圓鋸床上鋸口兩側均增加側向定位和頂頭較困難，而且不經濟，最終確定鋸口一側的成形段上增加側向定位和夾緊裝置，確保在鋸切過程中成形段始終與圓鋸盤垂直且保持固定不動。

表1 不同產品軌底高差匯總表

考慮到鋸床實際情況，側向缺少定位基準，且無側向壓緊定位裝置。為此需要設計一套工裝，具有側向定位和側向壓緊功能。側向壓緊力采用電動推桿作為動力源，絲杠5的端頭安裝側向頂頭，為了保持受力穩定，頂頭設置兩個受力點。電動推桿的電機經過齒輪減速后，帶動一對絲杠螺母，將電機的旋轉運動變成直線運動，利用電機的正、反轉完成鋼軌的壓緊和松開動作，絲杠采用自鎖絲杠，確保壓緊時電機停止后具有鎖定功能[3]。

鋼軌壓緊和松開動作采用自動控制，在控制面板上預先設置限位電流，在支撐架后端設置限位開關。當壓緊動作電機電流達到限位電流時，電機停止。當松開動作，絲桿后端接觸限位開關時，電機停止。通過限位電流和限位開關自動控制鋼軌壓緊和松開動作。

當鋼軌壓緊時，按壓操作面板上的壓緊鍵，電機啟動通過減速機帶動絲杠推出，當絲杠前端的頂頭接觸鋼軌側面后，隨著絲杠繼續推出，側向頂推力越來越大，相對應的絲杠的阻力也越來越大，電機轉動的電流也越來越大，當電流達到設定的限位電流時，電機停止，側向頂推力達到最大并實現側向壓緊鋼軌，此時啟動鋸床對鋼軌進行鋸切。當松開鋼軌時，按壓操作面板上的松開鍵，電機反轉，帶動絲杠后退，當絲杠后退至絲杠后端的限位開關時，電機停止，完成松開動作。

考慮到鋼軌進出工作臺時，對側向的基準面容易造成磕碰和磨損，導致定位不準確，為此在底座工裝的側向定位基準設計可更換的定位塊，鑲嵌在定位工裝上，見圖4。

3 應用效果

將改制的工裝安裝在機床上，電動推桿通過螺釘固定在支架上，支架和底座通過螺釘進行固定，如圖5所示。分別對60AT1-60 kg/m，60AT2-60 kg/m，50AT-50 kg/m，60AT1-75 kg/m四種產品進行鋸切試驗。

試驗時，根據產品種類，選擇合適的支撐平臺(件13)，將工件移動至工作位，工件底部放置在支撐平臺上，調整縱向的前后位置，使鋸切位置與圓鋸盤對齊，首先轉動法蘭盤(件17)使工件豎向進行預壓緊，確保工件頂面和底面分別與豎向壓塊和支撐平臺密貼，然后在操作面板上設置限位電流，按壓壓緊按鈕，電機啟動使側向頂頭靠近工件，當電流達到設定的限位電流時，電動停止，完成側向壓緊動作，最后轉動法蘭盤(件17)使工件豎向終壓緊，啟動鋸床完成工件的鋸切，如圖5所示[4]。

鋸切后采用直角尺和塞尺對鋸切斷面垂直度進行測量。通過試驗發現預先設定的電流越大，側向壓緊力越大，但側向壓緊力超過一定值，會導致連接底座和支架底板出現空隙，頂頭出現豎直向上的分力，進而出現工件底板與支撐臺不密貼，降低工件鋸切后的垂直度。為此采用多種不同的限位電流進行工件鋸切試驗，試驗數據表明，在限位電流為1.6 A時，工件的垂直度最佳。試驗數據如表2所示。

表2 不同電流對垂直度的影響

4 控制措施

尖軌跟端鋸切垂直度質量直接影響與導曲線焊接質量，在廠內制造時，應對鋸切后的斷面垂直度進行嚴格控制，通過上述分析，由于產品種類多，軌型多，且熱壓成形后的尺寸離散性大，所以在進行二次鋸切時，應采取措施，保證端頭的水平方向垂直度和豎直方向垂直度符合標準要求。為保證工件鋸切后垂直度符合要求，應根據工件種類確定原材與壓型段高差，選擇對應的支撐平臺，這是保證豎直方向垂直度的關鍵，工件進入到鋸切位置后，轉動法蘭盤使工件在豎直方向預壓緊，啟動電動推桿使工件與側定位塊密貼，隨之側向壓緊力增加，電流增加，當電流增加到設定值后斷電，側向壓緊力達到最大，檢查并確保工件軌底側面與側定位塊之間無間隙，再次轉動法蘭盤使工件在豎直方向壓緊到位。這樣就能保證工件水平方向和豎直方向垂直度符合要求。

5 結語

道岔鋼軌跟端產品種類多、鍛壓后定位基準難等，在鋸切多余料頭時，裝夾困難，容易出現斷面垂直度很難保證，一直是鋼軌二次下料的難點問題，本文通過實際鋸切過程分析，通過對原有鋸床工作臺及裝夾方式進行改進優化，合理運用電動推桿提供側向夾緊力，解決了多種不同產品在一臺鋸床上進行鋸切并且保證了工件斷面垂直度要求，該方案操作方便，定位夾緊有效可靠，有效提高了加工效率，減少工人勞動強度，同時為同類產品的加工提供了借鑒。