論動車組帶預置撓度的側墻窗口加工方法

劉 勇

（長春軌道客車股份有限公司，長春 130000）

論動車組帶預置撓度的側墻窗口加工方法

劉 勇

（長春軌道客車股份有限公司，長春 130000）

本文針對新一代高速動車組項目（CRH380）側墻整體加工工藝特點入手，結合現有的加工設備，提出了帶預制撓度的側墻窗口加工方法的具體實施方案，大大提高了側墻的加工效率及加工質量。

CRH380項目；側墻；撓度；加工

1 前言

新一代高速動車組項目（CRH380）是我國目前最先進的分散動力型高速動車組列車，其持續運營時速350公里，試驗時速超過400公里，是世界上商業運營速度最快、科技含量最高、系統匹配最優的動車組。高速動車組基本全部采用鋁合金車體，主要由底架、車頂、側墻、端墻等大部件組成。側墻做為銜接底架和車頂的關鍵部件，其預制撓度主要是為了保證在車體合成時，和底架與車頂的連接焊縫保持零間隙，保證自動焊順利進行。

2 帶預置撓度的側墻窗口加工方法工藝分析

2.1 撓度模型建立

（1）將側墻還原成一個半徑較大的圓弧，側墻窗口依次分布在圓弧上，則側墻的長度即為圓弧所對應的弦，弦到圓弧的頂點為側墻的撓度。根據弦、撓度、圓弧半徑之間的三角函數關系，已知側墻撓度和長度即可導出圓弧半徑。以撓度線段與弦線段的交點為原點建立空間坐標系（弦線段為x，撓度線段為y，垂直于xy平面為z），根據已知每個窗口中心在車體長度方向上的尺寸（x已知）及圓弧半徑之間的三角函數關系，即可導出任意窗口中心在坐標系中的理論偏移數值，也可計算出窗口左右邊緣兩側的偏移數值；

圖1

參照圖1，側墻的撓度無法從設計圖紙中體現，因此需要在加工程序中利用數學模型計算側墻上任意一點的撓度補償值，鑒于車體制造過程中撓度允許存在偏差，因此機加程序開發的關鍵是理論補償與實際探測相結合，以實現窗口位置的精確加工。

2.2 測量補償工藝

參照圖1，①～⑥分別代表窗口左下、中下、右下、右上、中上、左上六個位置點，⑦～⑨代表上窗帶左、中、右三個基準點。圖中8代表待加工窗口，9代表零件坐標系，測量待加工窗口8的①～⑥點的Z向的偏差值（垂直于紙面向外方向），記作MP1～MP6，測量⑦～⑨三點y向坐標值，將測得的偏差值記作MP7～MP9，測量點為側墻上窗帶。

根據撓度模型，可算得⑦～⑨這三點理論的撓度值記為h⑦、h1、h⑨，窗口的長度已知，假設為a，則該窗口的實際撓度為（h1+MP8），該位置窗口的實際旋轉角度為α=（arcsin（（h⑦+MP7）-（h⑨+MP9））/a）。將機床自變量地址定義一個二維的數組，把窗口按數字編號，將該編號下的窗口實際旋轉角度α、實際撓度值（h1+ MP8）和測得的窗口六個頂點的坐標值一并存入該編號的機床自定義變量中。如可定義二維數組MP[12，12]，若該窗口的位置編號為n（n=1、2、3...），則將測量數值①～⑨、α、（h1+MP8）依次存儲在地址MP[n，1]～MP[n，11]中。依次測量每個窗口的九個位置，并將測量與計算的結果依次存儲在相應位置編號的地址中，以供編寫實際走刀路徑的加工程序時使用。

采用測量補償工藝檢測誤差：分別將窗口的長度、寬度、中心定位尺寸參數化，根據已建立的空間坐標系，利用機床本身的三坐標測量功能，測量z向6點，y向3點。z向測量值在加工時作為深度補償值，利用y向測量值結合撓度模型建立中算得的撓度理論值，獲得窗口的實際撓度實際旋轉角度，將所有的變量存入機床自定義的變量中，以供加工程序使用。

2.3 開發窗口加工模塊化數控程序編寫方法

將窗口的位置形狀參數與機床的動作指令分離，通過依次輸入每個窗口的編號、長度、寬度、側墻長度方向的位置數據，便可自動計算每個測量點與加工的輪廓的拐點，并通過主程序控制參數，子程序控制測量點位置，計算理論撓度并執行測量動作，根據測量結果計算該編號下窗口的實際撓度與實際旋轉角度，通過改變主程序中每個窗口的位置編號和車體縱向的位置尺寸，再循環調用子程序，即可完成對整個側墻所有窗口的測量程序編制。

3 加工流程

側墻窗口的形狀都是由直線和四分之一圓弧構成，只需要在主程序中輸入該窗口的位置序號n，窗口的x向位置，窗口的長、寬、圓角半徑，子程序即可自動找到自變量地址中該窗口的測量高度補償值、窗口y向的實際撓度值以及窗口的旋轉角度。數控機床可根據該窗口的形狀信息以及上述參數以三坐標聯動的方式完成窗口加工。即通過主程序控制形狀和位置，子程序控制機床運行的動作，從而使程序編寫得到簡化。

窗口加工主程序流程如下：

（1）調用加工窗口銑刀，定義初始數據（如安全高度等）；

（2）建立零件坐標系9（以零件的x方向中心為x0，最左邊或最右邊的窗口橫向中心為y0，零件上表面為z0，）；

（3）定義窗口其他形狀尺寸參數：長度a，寬度w，圓角r；

（4）將窗口編號，n=1，2，3......輸入第一個待加工窗口的編號n=1和該窗口中心在x方向的位置寸；

（5）進入窗口加工的子程序流程：

1）平移零件坐標系9至第n個窗口中心，（參照圖1，坐標系10是坐標系9偏移后的位置，坐標系10在坐標系9中的位置為（x，h1+MP[n，8]，0））；

2）旋轉平移后的坐標系，旋轉角度為α；

3）采用直線插補和圓弧插補的方式加工該窗口，采用順銑的方式加工，刀具路徑為②-③-④-⑤-⑥-①-②，機床運動采用三坐標聯動的方式，每個點的坐標值都用a、w、MP[n，m]（m=1、2、3......6，代表①～⑥點）來表示，如③點的坐標值為（-a/2，，-w/2，MP[n，3]）；

（6）輸入下一個待加工窗口的編號n=2......和該窗口中心在x方向的位置尺寸，調用子程序流程，依次編寫每一個窗口的編號和窗口中心在x方向的位置尺寸，即可完成加工程序的編寫，若中間有個別窗口的形狀有變化，可單獨對有變化的窗口重新定義長度a，寬度w，圓角r等。

主程序同樣適用于測量程序，測量程序的子程序只需將所要測量的點分別用a、w表示，將測量和計算的結果分別用存儲在自變量地址MP[n，1]～MP[n，11]中。

4 結語

通過以上的加工工藝，實際效果達到了使用要求，并大大的提高了加工效率，利用西門子840D系統自帶的語言編寫參數化的工藝循環和測量循環，已在多臺大型數控龍門銑床上應用，此程序可避免重復編程，提高了編程人員的編程效率。

[1]SINUMERIK 840D/840Di/810D基礎部分.

[2]SINUMERIK 840D/810D/FM-NC.