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F轨排加工专用设备改造过程中难点的解决方法

日期:2019-07-29 

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长沙磁浮是国内第1条自主设计、自主制造、自主施工和自主管理的中低速磁悬浮轨道线路,也是该技术首次在中国应用于城市轨道交通的试点项目,其轨道主要组件为F轨,F轨属于异型非对称截面型材,国内无成型产品,不仅型号各异,而且杆件和孔群加工精度要求很高,同时由于加工周期非常短,而且批量大,以我公司目前的设备现状要按期完成加工任务,困难非常大,为此我们设计、改造了1台F轨加工专用设备,此设备价格低廉、操作方便且使用可靠,受到了操作者的好评,本文阐述了改造过程中难点的解决方法。


1、专用设备上F轨加工内容及要求


F轨断面如图1所示,其中面1~面5均要加工,加工量为3~5mm,表面粗糙度值要求Ra=6.3μm,工件长度最长为12.5m,工件数量达7 000余件,由于加工面不仅多,而且批量大,如果逐个面加工势必导致加工效率低,为此我们将工序集中,面1~面5同时加工。



2、F轨排加工专用设备概述


F轨排加工专用设备(见图2)主要用于F轨排平面及斜面的加工,具有足够的刚性,面2、面4和面5采用组合刀具加工,面1及面3分别采用单独的铣头加工,铣头采用国产铣头,铣头功率为15kW,工作台的主要参数:工作台长度15m,宽度1.12m。工作台铣削进给速度:50~1 000mm/min,工作台快移速度:2 000mm/min。

图2专用设备


1.动力头及支撑装置2、12、19.机床组件


3.后尾座及支撑装置4.工作台驱动装置


5.后尾座6、15.工件7.刀杆轴8.组合刀盘


9、14、16.动力头10、13.支撑柱组件


11、18.电磁吸盘17.C型立柱20.支撑柱


3、进给电动机的选用


工作台进给电动机功率Nr,按快速移动功率计算:移动部件质量G=工作台质量+最大承载质量=15t+5t=20t=20 000kg;移动部件与导轨摩擦系数f=0.05;进给速度vf=2m/min;传动效率η=0.2;安全系数k=1.8。则Nr=kGfv/(6 120η)=1.8×20 000×0.05×2/(6 120×0.2)=2.94kW。所选电动机参数如附表所示。

4、关键件的校核


(1)进给电动机的校核。由于铣削进给和快速移动共用1个电动机,主要由快移功率决定。按照Nr=K(N1+N2)。其中:N1为克服惯性力所需功率;N2为克服摩擦力所需功率;K为安全系数,取K=1.3。再按N1=Fv/(6 120η),式中:η为传动效率,η=0.2:vf为进给速度,vf=2.0m/min;F=G×a=G×2.0/60t=666.7N(其中a为加速度,t为加速时间,t=1s)。所以N1=666.7×2.0/(6 120×0.2)=1.1kW。N2=Gfv/(6 120η),其中f为移动部件与导轨摩擦系数,取0.05,则N2=20 000×0.05×2.0/(6 120×0.2)=1.6kW。Nr=1.3×(1.1+1.6)=3.5kW<4kW,满足要求。


(2)动力头电动机的校核。切削功率:Pc=P×η×K。其中P为主轴电动机功率,取15kW;η为主传动系数总功率,一般为0.75~0.85,取η=0.8;K为进给系统功率系数,取K=0.96。则Pc=P×η×K=15×0.8×0.96=11.52kW。


切削功率应按在各种加工情况下遇到的最大转矩和最大切削转速来计算,在此设备上最大刀盘直径为404mm;最大转速n=80r/min,故其最大切削速度v=лDn/1 000=404×л×80/1 000=101.5m/min。根据公式:Pc=Fz×v×10-3/60,式中,Fz为主切削力(N),v为切削速度(m/min)。则主切削力Fz=60×Pc×103/v=60×11.52×103/101.5N=6 809N。M=Fz×D/2×10-3=6 809×202×10-3=1 375N·m<1 790N·m,满足要求。


5、其余切削参数的确定


每齿进给量fZ对于平面粗铣,以刀齿所能承受的切削力来选择:一般fz≤0.3~0.5mm/z。对于精加工,应该是越小越好,但是一般大于0.04~0.06mm/z。否则当切削刃磨损时,由于每齿进给量过小,会产生挤削从而加剧切削刃的磨损。机床工作进给速度vf是由机床生产率给定的,每齿进给量fz根据粗、精加工也可以初步选定,根据公式选择并记算刀盘齿数Z、刀盘每转进给量f,主轴转速n以及切削速度v。

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