鐵路客車鋁合金底架整體加工工藝

李保國

(長春軌道客車股份有限公司 吉林 長春 130000)

1 引言

中國鐵路歷經數次提速，采用的客車均為電動車組。車體結構主要采用鋁合金材質，具備質量輕、耐腐蝕，外觀平整度好、材料可再生利用等諸多優點。鋁合金車體主要由底架、側墻、車頂、端墻等大部件組成。以底架為例，采用的是與車體等長的中空型材插接組焊而成。焊接后的工件產生很大的變形，平面度、直線度都與理論建立的模型有很大的差距，給整體加工帶來了相當大的困難。本文從設備工裝、加工工藝及程序編制幾方面分析，結合制造業先進的高速加工技術，提供了底架整體加工高質高效的解決方案。

2 加工設備及工裝方案

加工設備的選擇。鋁合金材質較軟，本身的切削特性決定了加工應優先采用高轉速大進給的工藝。鑒于高速大型設備的迅猛發展，以及大部件整體加工后的效率質量優勢，我們公司采用了德國FOOKE公司生產的龍門移動式五軸聯動高速加工中心。其走行軸尺寸均滿足工件整體加工的要求；42KW電主軸HSK－A100刀柄系統的主軸頭，滿足鋁合金切削高轉速大功率低扭距的特性。

機床采用Sinumerik840D系統。在加工編程中，通過對系統功能的理解掌握，利用其開放式功能循環的結構特點，結合實際工藝要求，進行編程二次開發。Sinumerik840D數控系統中的循環，尤其是工藝循環和測量循環的開放性主要體現在兩方面：(1)所有的工藝循環和測量循環都是以子程序的方式提供的，因此如有必要可以進行修改；(2)根據工藝要求，用戶可以非常方便地編制自己的用戶循環。由于機床加工面積龐大，整體工作臺造價高，安裝困難，所以放棄了整體工作臺方案，采用了分段工作臺方案。而工裝與工件加工位置發生干涉要求裝夾位置必須具備靈活可調的功能，于是采用雙縱向導軌上安裝可移動橫梁作為基座、上面均布提升工件高度的折疊工裝的裝夾方案。

3 加工工藝分析

3.1 概述

鋁合金底架采用整體加工工藝，一次裝夾可以完成所有部位加工。相較于單件加工后組焊，有利于保證各加工要素間的尺寸精度，同時節約大量單件加工胎位。組焊后的底架通過測量補償方法，可以將焊接變形導致的誤差降到最低。

3.2 T槽去除工藝

底架使用擠壓型材，故T槽貫穿于整個工件長度。由于存在局部變形過大，銑削加工需要預留5毫米或更高的加工余量，加工后使用人力打磨完成。經工藝創新完全摒棄了小直徑鑲焊銑刀走方形刀路，單根切深10毫米多層銑削，然后人工測量再次銑削的方案。

對于焊后變形的難題，采用雷尼紹工件測量系統進行解決。對需要加工的部位進行自動探測，存儲到系統內變量內，加工時程序自動取值進行補償，省去了手工測量的繁瑣，減少了人為因素對加工精度的影響，且加工后可直接達到圖紙要求。

加工刀具選擇采用新型大直徑機夾銑刀。刀具直徑近似于原用刀具的3倍，刀具剛性、抗沖擊性大大加強，特別適用于中空型材切削環境不斷變化的情況。相同轉數下，線速度大幅度提升，切削深度可以達到T槽的高度，進給倍率可以提高到3500-4500毫米每分鐘，相應的金屬去除效率能夠提高4倍。加工時，此銑刀直徑可以同時覆蓋T槽兩根立筋，加工只需走一條直線便可完成，刀具路徑減少一半以上，加工效率成倍的提升。

經上述分析，智能高效的加工程序成為解決問題的關鍵點。底架上需加工T槽部位眾多，如果只是利用Sinumerik840D系統中的固定循環進行單點測量，效率提升不大。可以利用系統循環的開放性進行二次開發，對各加工部位進行連續測量，一次性測量儲存所有補償數據。

首先對加工的部位進行分類，長度超過300毫米的進行多點測量。然后進入系統的用戶變量文件，定義需要使用的全局變量。利用系統的測量循環編制子程序，主要實現功能：根據主程序中的參數，測量的類型，測量取值存儲到已經定義的變量內。充分利用參數變量傳遞功能，將測量程序與加工程序聯系起來，這樣有利于在加工過程中不斷的進行補償，以彌補大部件焊接造成的工件變形。

測量主程序示例：

……

N75 X_SPoint=500

N80 Y_SPoint=1480

N85 Z_SPoint=10

N90 X_Length=2000

N95 Y_Width=50

N100 X_DJ_Dis=trunc(X_Longth/(5-1))+1

N105 DJ_TYPE=5

N110 OrderN=1

N115 DJMe_Sub(……)

……

程序注解：N75、N80、N85對加工T槽的XY位置進行賦值；N90、N95賦值T槽的幾何參數；N100均分加工的長度，確定兩測量點之間的距離；N105、N110確定加工部位的類型數量；N115調用測量子程序。

測量之后的銑削加工程序框架完全套用測量程序，但是在主程序內需要定義切削深度Z_Step、進刀方向Y_Direct兩個參數。這樣在銑削加工時，就可以通過修改程序內參數的賦值，完全控制銑削狀態完成加工。

3.3 地板面孔去除工藝

地板型材厚度達到70毫米，需要加工大量的長形或圓形安裝孔。按照固有方式，利用機床系統內的固有循環進行加工。此種工藝需把孔內的型材完全切碎，循環分層進刀。使用之后反應出問題，一是耗時長，二是容易使焊縫區域的立筋撕裂，加工質量及效率均達不到要求。

經分析計算，地板型材在銑削孔時有效切削深度約為10毫米，其余均為空腔，只有在切削焊縫及立筋時，會導致切削量瞬間變大。于是采用直徑32毫米底刃過中心具備鉆銑功能的立銑刀，先利用固定循環鉆銑焊縫區域，然后直接落料，深度方向控制在2至3次切透型材，加工時間只有原來的1/3，加工質量及加工效率均有提升。

程序編制時，對孔的位置、長度、寬度、半徑、深度都進行參數化定義，目前已固化加工孔類的工藝循環程序，具體程序略。加工類似工件時，只需要修改上述參數，便可快速完成程序編制工作。

4 結語

(1)以上加工工藝，已經在多種底架加工中得到充分應用，實際效果達到了使用要求，并大幅度提高了加工效率。

(2)利用Sinumerik840D子程序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上應用，實際運行達到了程序設計要求。此程序可避免重復編程，便于閱讀和調試，提高了工藝人員的編程效率。

1、王炎金，鋁合金車體焊接工藝，2009.12

2、SINUMERIK 840D/840Di/810D 基礎部分

3、SINUMERIK 840D/840Di/810D 工作準備部分