液压支架顶梁柱窝钻孔工装的设计

谢丽丽

(山西焦煤西山煤电集团公司机电总厂)

山西焦煤西山煤电集团公司机电总厂是一个制造、修理矿用采煤设备的企业,近年来随着市场需求的变化,各种大中小型液压支架已成为该厂的主要产品。在液压支架的生产中需要大量、经常性的加工柱窝,柱窝通常焊接在液压支架顶梁、底座两大组件上,与液压立柱连接。通过立柱的伸缩带动顶梁等组件的动作,从而实现液压支架的安全防护作用。因此,柱窝的加工质量就显得尤为重要,特别是焊接在顶梁上的柱窝,它与液压立柱连接的可靠性及立柱回转的灵活性,主要就是依靠其两耳子上孔的尺寸来确定的,孔的加工是柱窝在整个加工过程中的一个关键工序。因此,该厂设计制作了顶梁柱窝钻孔工装,有效保证了加工质量,提高了生产效率。

1 加工分析

1)零件图样与使用设备分析。该厂生产某类型液压支架中的顶梁柱窝见图1。该柱窝的加工内容有左右、前后四端面、底平面及耳子上的孔,并且底平面和耳子上的孔的加工基准都是SR90球窝中心,而球窝中心与两耳子的中心一致,但与底平面不垂直。如果以底平面为定位基准将柱窝安装后,耳子与机床主轴不垂直,加工后的孔不能达到图纸设计要求。其次,有些柱窝的外形尺寸较大,该厂现有最大的钻孔设备为Z3080摇臂钻床,由于其带有工作台的尺寸较小,且不能转动角度。因此,根本无法将柱窝安装夹紧在工作台上进行加工。

图1 液压支柱顶梁柱窝示意图

2)零件工艺分析。从图1中可看出,柱窝底平面和耳子上的孔都是以SR90球窝中心为基准。在实际的使用中柱窝球心与底平面的尺寸如果过大会使液压立柱不能伸展,如果过小立柱的受力点将转移到与柱窝联结销轴上,严重影响安全系数。柱窝球心与耳子上孔的尺寸精度,对后续的装配工作和实际使用有着较大的影响。因此,将柱窝加工工艺确定为,以柱窝SR90球窝中心为基准,划底平面铣削线及左右、前后四端面铣削线,以所划线找正铣削底平面和两端面,保证各刀检面互为垂直。平面加工完毕后,将底平面放在划线平台上,以球窝中心为基准划两耳子上孔线。再以底平面、右端面为基准,采用工装定位夹紧柱窝,按所划孔线找正钻削孔。

根据柱窝结构、设备的现状及工艺方案,确定设计制作钻孔工装,保证柱窝耳子上孔的加工质量。

2 工装的设计

1)确定工装结构。由于柱窝毛坯属铸钢件,体积和重量都比较大。因此,在设计工装时,对零件技术要求、实际使用情况及工装使用性能以及材料成本等进行了分析核算。要求设计出的工装结构在保证零件加工精度的前提下,要结构简单轻便、使用方便,降低职工操作时的劳动强度,节省生产制造成本。因此,该厂将工装定为组焊件,见图2。

图2 钻孔工装示意图

根据对柱窝零件图及其加工工艺安排的分析,以已加工的柱窝底面为底面为主定位基准,设计钻孔工装见图2。钻孔工装由三部分组成:定位挡板、定位板和工装底板。首先将定位板上平面和工装底板的上下平面在铣床上铣平后,按照柱窝零件图中底面与球窝心的夹角焊接在一起,再与定位挡板1组焊在一起,以定位板为基准,刨削定位挡板,保证定位挡板与定位板的垂直度要求。加工后的工装必须保证柱窝以底面定位放在工装上,能够使耳子与钻床主轴垂直。

2)工装的安装。考虑到工装安装的方便、能可靠的安装在机床工作台上,在工装底板上设计了两排通孔,使得工装用几根螺栓即可方便的安装在钻床的工作台上。

3)夹紧方案的设计。由于受到柱窝的结构和加工机床的限制,采用原有的一些夹紧装置不能可靠的压紧零件,操作者在安装上存在困难,使用不方便。经过研究分析,决定在钻孔工装的定位板上直接设计螺纹孔,这样安装后的夹紧装置与工件的垂直,可以可靠的将零件夹紧在工装上。所以要求在工装整体焊接完毕后,再加工定位板上的螺纹孔,而且要保证螺纹孔中心与定位板垂直。

3 工装尺寸的确定

在工装设计时,不仅要有合理的结构,还要有合理的尺寸设计。在设计中,通过大量的计算和对分厂现有设备具有的加工精度等多方面的可行性分析,将工装整体结构设计为长575 mm,宽694 mm,高228 mm。为了保证精度将钻孔工装的定位挡板与定位板设计了一定的垂直度技术要求。考虑到工装在加工中安全可靠性,通过计算和验证,将钻孔工装的安装孔设计为d26,将压紧柱窝用的螺纹孔设计为M24,保证工装能被牢固的安装在机床的工作台上,能有足够的夹紧力夹紧零件。

4 工装的使用

在钻削柱窝耳子上的孔时,先将工装安装在摇臂钻床工作台的侧面,再以柱窝底平面为基准定位,安装夹紧在工装上。这样就能使所要加工的孔与机床主轴相垂直,再以所划孔线找正钻削,从而保证孔的加工精度。

5 使用效果

经实际检测,使用该工装加工后,孔的尺寸完全符合图纸设计要求。与原加工相比较生产效率提高了30%,产品合格率达到了99%,节约了大量的资金。而且工装的使用大大降低了职工的劳动强度,为今后的液压支架柱窝的生产积累了经验。