高速動(dòng)車(chē)組司機(jī)室前墻加工工藝方法研究

王 雋,劉明雪,李保國(guó),劉 勇,王 宇

（長(zhǎng)春軌道客車(chē)股份有限公司，長(zhǎng)春 130062）

高速動(dòng)車(chē)組司機(jī)室前墻加工工藝方法研究

王 雋,劉明雪,李保國(guó),劉 勇,王 宇

（長(zhǎng)春軌道客車(chē)股份有限公司，長(zhǎng)春 130062）

本文通過(guò)對(duì)CRH380B型高速動(dòng)車(chē)組的EC01車(chē)司機(jī)室前墻的組成的數(shù)控加工工藝方法和加工工藝方案的確定，以高速動(dòng)車(chē)組的司機(jī)室前墻組成的數(shù)控加工工藝作為范例，對(duì)怎樣解決易變形問(wèn)題，怎樣裝夾零件，以及編制數(shù)控加工程序時(shí)的應(yīng)注意事項(xiàng)進(jìn)行深入探討。從而對(duì)工程技術(shù)人員的技藝起到很大的幫助與借鑒。

正確裝夾；數(shù)控加工；CAD/CAM

在高速動(dòng)車(chē)制造中，復(fù)雜的鋁合金組焊件加工具有十分重要的地位，現(xiàn)以CRH380B型高速動(dòng)車(chē)的司機(jī)室前墻組成加工為例，對(duì)這類(lèi)零件的特點(diǎn)、變形的原因和工藝特點(diǎn)進(jìn)行分析，并提出數(shù)控加工的工藝措施，以及利用高速銑的技術(shù)特點(diǎn)和運(yùn)用Delcam對(duì)零件數(shù)控加工程序進(jìn)行編制。

1 司機(jī)室前墻組成的銑削平面變形分析

由于司機(jī)室前墻獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，在加工中司機(jī)室前墻容易產(chǎn)生各種變形。其主要原因，是由于在加工完成過(guò)程中司機(jī)室前墻組成，組成裝夾時(shí)不僅受夾緊力的作用，加工時(shí)還受沖擊力的作用，因而導(dǎo)致個(gè)別工件的尺寸出現(xiàn)超差的問(wèn)題。所以，選擇適當(dāng)?shù)募庸し绞剑梢员苊馔廨d荷對(duì)內(nèi)應(yīng)力的平衡造成破壞，也可以降低加工變形產(chǎn)生的概率，然而只有從根本上消除或者減少殘余應(yīng)力才使從根本上解決產(chǎn)生變形成為可能。

2 司機(jī)室前墻組成加工的工藝性分析

前墻組成加工在數(shù)控加工中心上的完成，材料為鋁合金材質(zhì)6005A-T6 EN755-2-1997，該零件形狀復(fù)雜，使加工和檢驗(yàn)都存在相當(dāng)大的難度。（零件三維軸側(cè)圖，如下圖所示）。

零件加工難點(diǎn)分析：

（1）（如上圖所示）由于該組焊件給工件裝夾帶來(lái)的空間有限，所以在平面銑削時(shí)必須一次裝夾，如果采用二次裝夾的方式，出現(xiàn)接刀痕是必然的，因此加工后的工件粗糙度是不合格。那么如何對(duì)工件裝夾是一個(gè)急切解決的問(wèn)題。

（2）該零件的加工輪廓表面下側(cè)還有17度的反倒角，由于此加工零件外形輪廓十分復(fù)雜，如果采用二次裝夾銑削的方式，反倒角會(huì)導(dǎo)致銑削基準(zhǔn)無(wú)法重合，因此使得銑削反坡口倒角時(shí)的外形輪廓不隨形。所以在加工工藝方面、工裝設(shè)計(jì)和選擇刀具時(shí)應(yīng)該慎重考慮。

（3）該零件是2100×1500×480mm的鋁合金組焊件，銑削平面面積比較大，組焊后的平面度能否滿足加工要求（圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求最大銑削深度為3mm），及加工時(shí)容易因振刀影響平面的粗糙度和公差，也應(yīng)該作為工藝上的加工難點(diǎn)。

3 加工工序的設(shè)計(jì)、刀具的選擇及參數(shù)的選擇

加工此類(lèi)零件，首先應(yīng)解決裝夾問(wèn)題，這是加工的前提準(zhǔn)備工作。那么解決裝夾工件不應(yīng)壓在要銑削的平面上，其解決措施是在加工余量小的工件外形部位焊接100×100的小連接板，把工裝壓在連接板上，由此解開(kāi)裝夾到加工平面的難題。（由于銑削平面需要反復(fù)倒工裝，這樣勢(shì)必會(huì)出接刀痕而影響銑削平面的加工精度）。

現(xiàn)在我們根據(jù)前墻組成的加工零件的具體特點(diǎn)，將該零件加工工藝流程設(shè)計(jì)為：檢測(cè)工件平面度→粗銑平面→精銑平面→粗銑上部外形輪廓→粗銑（外形前板）→精銑外形輪廓→銑削外形輪廓反倒角→鉆孔→鉗工（攻絲及去毛刺）→檢驗(yàn)→表面處理。加工平面為零件的加工順序的第一步，此時(shí)工件的剛性相對(duì)較好，且加工中的振動(dòng)影響程度也比較小，這樣有利于確保零件符合設(shè)計(jì)的粗糙度和平面度要求及對(duì)其尺寸要求。采用特殊反坡口銑刀進(jìn)行的加工方式，能夠?qū)⒌诙€(gè)加工難題有效解決。

現(xiàn)將在FOOKE五軸加工中心上加工該零件，其最高轉(zhuǎn)速標(biāo)準(zhǔn)為16 000 r/min，在加工該零件時(shí)，將轉(zhuǎn)速設(shè)定為8 000 r/min，銑削平面時(shí)的每刀切深設(shè)定為0.5 mm，進(jìn)給量設(shè)定為4 000 mm/min，這就使零件表面粗糙度提高了，振刀現(xiàn)象也消除了。刀位軌跡在進(jìn)行規(guī)劃時(shí)，我們除了對(duì)刀軌無(wú)干涉無(wú)碰撞等因素有考慮外，還要考慮以下對(duì)編程的要求：1）刀軌的突然變化方面盡量避免；2）應(yīng)最大限度地使加工殘區(qū)減少或消除；3）多余空刀盡量避免；4）切削參數(shù)要保持穩(wěn)定；5）刀具切入工件時(shí)動(dòng)作要緩慢。垂直進(jìn)刀，能夠使進(jìn)刀路徑最短，而其缺點(diǎn)是：在刀具垂直切入工件時(shí)，它的軸向負(fù)載強(qiáng)度會(huì)劇增，極易引起刀具方向偏斜，而造成加工質(zhì)量的下降和刀具壽命的縮短，因此在使用這種進(jìn)到方式時(shí)要慎重考慮。切向進(jìn)刀，對(duì)高速加工非常適合，在工件外進(jìn)刀方面比較常見(jiàn)。斜向進(jìn)刀，能使刀具漸進(jìn)地切入工件，切削力小，這種進(jìn)刀方式在當(dāng)前高速加工中是較好選擇。由此該零件加工應(yīng)采用切向進(jìn)刀方式。

在自動(dòng)編程過(guò)程中，如果能依照上述要求去設(shè)計(jì)刀路，不僅能夠適應(yīng)高速走刀，切削時(shí)間減少，還能將主軸振動(dòng)與偏斜影響減小。這對(duì)加工生產(chǎn)率的提高，加工平穩(wěn)性的提高，刀具壽命的延長(zhǎng)，以及加工質(zhì)量的改善都將大有益處。

考慮到零件數(shù)控銑削工件平面及其復(fù)雜的外形輪廓，該零件用手工編程根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)，因此零件程序編制需要在Delcam上完成。加工程序的編制步驟為：輸入模型→定義毛坯→選擇刀具→產(chǎn)生加工策略→模擬仿真刀具路徑→產(chǎn)生和輸出后處理NC程序。

零件的加工效果就是該零件經(jīng)過(guò)車(chē)間精心地加工試制，其能完全達(dá)到設(shè)計(jì)圖紙要求。然而這還不是最適宜的加工方案，在后續(xù)批量生產(chǎn)中還需要設(shè)計(jì)專(zhuān)用夾具，以實(shí)現(xiàn)快速工件裝夾與定位，使加工效率得以提高，產(chǎn)品質(zhì)量的優(yōu)良性得以保證。

4 結(jié)束語(yǔ)

在數(shù)控加工技術(shù)迅猛發(fā)展的今天，使得很多以往使用傳統(tǒng)的加工工藝方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)的加工過(guò)程成為可能，關(guān)鍵在于解決相關(guān)的工裝夾具，選用合適的刀具，及運(yùn)用CAM系統(tǒng)的功能對(duì)零部件加工工藝路線進(jìn)行控制，輸入相關(guān)加工參數(shù)，然后在CAM中編制刀具路徑程序，三維加工動(dòng)態(tài)仿真，由此生成加工程序并輸送到數(shù)控機(jī)床得以完成自動(dòng)化加工。該加工步驟是現(xiàn)代化零部件生產(chǎn)的過(guò)程及發(fā)展趨勢(shì)，它能夠?qū)?fù)雜零部件的生產(chǎn)過(guò)程簡(jiǎn)化為單個(gè)機(jī)械零件的數(shù)控自動(dòng)化生產(chǎn)步驟，所有裝配設(shè)計(jì)和數(shù)控加工的編程過(guò)程都能夠利用CAD/CAM軟件在計(jì)算機(jī)上設(shè)計(jì)完成。它改進(jìn)了傳統(tǒng)的產(chǎn)品工藝制造手段，大大地縮短了產(chǎn)品制造周期，有效提高了產(chǎn)品的精度、質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

[1] 李偉光主編.現(xiàn)代制造技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001

[2] 孫全平.高速銑削刀軌優(yōu)化技術(shù)的研究 機(jī)械科學(xué)與技[J].機(jī)械科學(xué)與技術(shù)，2004（08）.