高铁受电弓碳滑板自动化加工设备及其加工方法
【专利说明】高铁受电弓碳滑板自动化加工设备及其加工方法
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技术领域
[0002]本发明属于带锯床设备技术领域，特别涉及一种高铁受电弓碳滑板自动化加工设备及其加工方法。
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【背景技术】
[0004]受电弓也称集电弓，是高速列车从接触网受取电能的电气设备，安装在车顶上。因为菱形受电弓的形状从侧面看好像是张开的弓而名。一般可分为单臂弓、双臂弓两种，目前常用的是单臂受电弓。碳滑板是受电弓的关键部件之一。列车在运行时，碳滑板与列车线路滑板主要直接与接触导线接触。现在市场上使用的碳滑板主要有四种:纯金属滑板、粉末冶金滑板、纯碳滑板和浸金属滑板。其中纯碳滑板由于其耐磨性、高导电性、耐腐蚀性和耐高温性等特点而成为高铁等时速超过200公里以上的列车的专用滑板。
[0005]由于高速列车在运行过程中，为保护接触导线，因此必须消耗碳滑板。碳滑板的使用寿命和速度有关。武广高铁大概一趟往返要换一次碳滑板，否则受电弓不能与导线很好接触，导致离线时间过长，影响高铁的运行。因此，受电弓碳滑板的消耗数量特别大。同时随着国内各城市的地铁建设如火如荼，以及城际列车的开通，更进一步扩大了碳滑板的使用数量。
[0006]由于碳滑板为多段弧度组成，且长度达到1.5米，厚度仅40毫米，属于狭长型工件。因此无论国内还是国外，现有的碳滑板的生产均采用一次铸造成型方式。由于在铸造过程中易产生不良杂质产生废品，同时铸造后的表面由于光洁度差，需要四个面均需加工，不仅浪费大，而且生产效率低。再者碳滑块属易脆材料，狭长型工件装夹困难，特别是中间曲线凹槽的加工，需要与内部弧度保持一致，但加工时的二次装夹对尺寸精度造成不良影响。
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【发明内容】
[0008]本发明所要解决的技术问题在于，提供一种高铁受电弓碳滑板自动化加工设备及其加工方法，通过锯切方式加工受电弓碳滑板，并把锯切、铣削以及倒角工序整合在一台设备上，一次装夹后设备自动完成铣削、锯切和倒角工序，节省了材料，提高了工作效率。而且锯切后的材料光洁度满足受电弓装配需求，不存在转换加工场所的二次加工和装夹，提高了产品的尺寸精度，实现了批量生产，保证了尺寸的一致性，提高了生产效率。
[0009]本发明是这样实现的，提供一种高铁受电弓碳滑板自动化加工设备，依次设置有铣削工位、锯切工位以及倒角工位，包括机架、带锯床、工件铣削装置、工件倒角装置、CNC数控系统以及气动系统，带锯床、工件铣削装置以及工件倒角装置位于机架的同一侧，工件铣削装置设置在带锯床的前部，工件倒角装置设置在带锯床的后部，带加工的碳滑板工件放置在机架上依次进行铣削、锯切以及倒角加工；CNC数控系统以及气动系统控制整个锯切带锯床设备的正常运行；带锯床位于锯切工位，包括锯架、锯条张紧装置、主传动系统、主动带轮、从动带轮以及带锯条，锯架位于机架的左侧，主动带轮以及从动带轮设置在锯架上，主传动系统驱动主动带轮旋转，主动带轮驱动带锯条沿主动带轮以及从动带轮的外圆侧边回转，带锯条张紧程度由设置在从动带轮侧的锯条张紧装置调节；在锯架还设置有锯带导向装置，锯带导向装置包括锯带上导向伺服旋转装置以及锯带下导向伺服旋转装置，锯带上导向伺服旋转装置位于靠近从动带轮侧，锯带下导向伺服旋转装置位于靠近主动带轮侦U，锯带上导向伺服旋转装置以及锯带下导向伺服旋转装置可以在一定范围内自由地同步对应转动带锯条。
[0010]进一步地，锯带上导向伺服旋转装置以及锯带下导向伺服旋转装置的结构相同。
[0011]进一步地，锯带上导向伺服旋转装置包括伺服电机、精密行星减速机、安装座、旋转轴、被动齿轮以及主动齿轮，伺服电机驱动精密行星减速机，精密行星减速机通过主动齿轮驱动被动齿轮，被动齿轮带动旋转轴在安装座上按指定的角度转动，带锯条穿过旋转轴的轴心，在旋转轴上设置有锯带导向块以及锯带预导向轴，通过锯带导向块以及锯带预导向轴驱动带锯条按指定角度转动。
[0012]进一步地，锯带上导向伺服旋转装置还包括水平调节底板以及支座，安装座设置在水平调节底板上，安装座的左右水平位置可以在水平调节底板上调整，水平调节底板设置在支座上，安装座的前后水平位置可以在支座上调整，支座设置在锯架上。
[0013]进一步地，带锯条围绕其对称中心在-90°至+90°的角度范围任意自由转动。
[0014]进一步地，在机架上设置有工件水平推动伺服装置、工件夹紧推动气动装置、锯前工件气动夹紧装置、纵向伺服移动工作台、纵向伺服移动装置、横向伺服移动工作台以及横向移动伺服装置，纵向伺服移动装置驱动纵向伺服移动工作台纵向移动，横向移动伺服装置驱动横向伺服移动工作台横向移动，横向移动伺服装置以及横向伺服移动工作台设置在纵向伺服移动工作台上，工件水平推动伺服装置、工件夹紧推动气动装置以及锯前工件气动夹紧装置设置在横向伺服移动工作台上。
[0015]进一步地，工件铣削装置位于铣削工位，包括铣削头、铣削头移动伺服电机、铣削头移动底座以及铣削支架，铣削头移动伺服电机以及铣削头移动底座设置在铣削支架上，铣削头设置在铣削头移动底座上，铣削头移动伺服电机通过铣削头移动底座驱动铣削头左右水平移动，铣削头可以对碳滑板工件的左侧面进行铣削槽加工，铣削支架位于机架的左侧。
[0016]进一步地，工件倒角装置位于倒角工位，包括上倒角电机、下倒角电机、倒角移动电机、倒角移动底座以及倒角支架，倒角移动电机以及倒角移动底座设置在倒角支架上，倒角移动电机驱动倒角移动底座移动，上倒角电机以及下倒角电机上下设置在倒角移动底座上，倒角移动电机通过倒角移动底座驱动上倒角电机以及下倒角电机同时左右水平移动，上倒角电机以及下倒角电机同时对碳滑板工件的左侧面棱边进行倒角加工，倒角支架位于机架的左侧。
[0017]本发明还包括利用如前述的全数控CNC曲线仿形锯切带锯床进行锯切加工的使用方法，包括如下步骤:
第一步，设备开机启动，处于初始状态；启动设备的CNC数控系统以及气动系统，设备的纵向伺服移动工作台、横向伺服移动工作台、工件水平推动伺服装置回到原点，工件夹紧推动气动装置、锯前工件气动夹紧装置松开；
第二步，上料夹紧碳滑板工件；人工将待锯切的碳滑板工件的坯料吊装到横向伺服移动工作台上，工件夹紧推动气动装置夹紧坯料，启动工件水平推动伺服装置将坯料推出到待锯切的起点位置，锯前工件气动夹紧装置夹紧坯料；
第三步，铣削工位工作；将待锯切碳滑板工件的CAD图纸输入CNC数控系统进行程序编辑，启动开始按钮，铣削头移动伺服电机带动铣削头在铣削头移动底座上移动，同时纵向伺服移动装置、横向移动伺服装置按CAD输入图纸做插补运动移动到位，铣削头完成碳滑板工件坯料的曲线槽的铣削；
第四步，锯切工位工作；铣削完毕，主传动系统运转，通过锯条张紧装置带动带锯条高速运转，然后纵向伺服移动装置、横向移动伺服装置根据输入的CAD图纸编辑的程序同时运动，实现了工件的纵向、横向伺服插补运动；与此同时，带锯条在锯带上导向伺服旋转装置、锯带下导向伺服旋转装置的精密驱动下，围绕带锯条中心进行旋转，使带锯条始终相切于锯切圆弧，保证锯切曲线的顺利连接；
第五步，倒角工位工作；锯切完毕，纵向伺服移动工作台继续前移，到工件倒角装置位置时，设备发信号给CNC数控系统，上倒角电机、下倒角电机在倒角移动电机驱动下沿倒角移动底座前移并旋转，同时纵向伺服移动装置、横向移动伺服装置按CAD输入图纸做插补运动移动到位，完成碳滑板工件上下表面棱边的倒角工序；
第六步，锯切完成卸料；当一件碳滑板工件锯切完成后，纵向伺服移动工作台，横向伺服移动工作台回到原点，锯前气动夹紧装置松开碳滑板工件，取出已加工完成的碳滑板工件D，准备下一坯料的加工，如此循环，直至最后一件加工完毕。
[0018]进一步地，在第五步骤中，碳滑板工件的倒角加工角度通过分别调整碳滑板工件与上倒角电机、下倒角电机之间的角度来设定。
[0019]与现有技术相比，本发明的高铁受电弓碳滑板自动化加工设备及其加工方法，具有如下特点:
1、改变了传统高铁受电弓碳滑板的生产工艺，将铸造成型改变为带锯床多弧度锯切工艺，同时一次装夹的曲线铣槽、倒角工艺，保证了碳滑板的加工精度，实现了整块碳块批量加工成碳滑块，节省了材料，提高了工作效率。
[0020]2、通过整块碳块的纵向伺服移动和横向伺服移动速度匹配移动的方式，采用CNC智能控制程序，采用插补运动，实现了碳滑块曲线铣槽、带锯条弧度锯切、曲线倒角的一系列工作，且批量生产，工件尺寸的一致性好，生产效率高。
[0021]3、开发了专用于碳滑块曲线铣槽、带锯条弧度锯切、曲线倒角的CNC智能控制程序，实现了与计算机系统的联接，通过CAD图