高鐵列車制動缸安裝座數控加工工藝設計

付立艷 王國輝

【摘 要】數控車典型配合件是數控機床重要的組成部分。如果設計的零件和配合件過大或過小，都會導致數控車無法啟動，致使機床內部零件不轉動，難以發揮作用，表明設計的典型配合件不符合加工工藝的要求，需重新設計。不僅耽誤時間，還會影響工序進度。為了避免出現這種情況，筆者提出了典型配合件加工工藝設計時應注意的事項和設計要點，保證設計的零件、配合件符合要求，確保高鐵動車制動缸安裝座數控加工工作，提高運轉的效率。

【關鍵詞】制動缸底座；夾具設計；加工工藝；刀具路徑

引言

以高鐵列車制動缸底座為例，從工件的結構、材料和精度要求3個方面進行工件的加工工藝分析。根據工件形狀結構特點進行夾具設計，主要有平口鉗裝夾和工裝板裝夾兩種方式。根據工件待加工面特征劃分加工工序依次為加工外側面、加工上部成型面、加工內側面、加工底部成型面和加工R61mm圓弧面及4個小豎直平面，利用UGNX的CAM模塊進行刀具路徑設計，在刀具路徑設計完成后進行實體切削仿真，查看切削效果。利用UGNX的后處理模塊自動生成數控加工程序。該設計方案經過一年多來3000多個工件的實際生產檢驗證明，不僅能夠保證工件的質量要求，而且生產效率高。

1工件結構及尺寸分析

工件需加工的面多，加工面的類型復雜，有水平面、豎直面、斜面、凸圓弧面、凹圓弧面、陡峭曲面、非陡峭曲面等，針對不同類型加工面需選擇合適的刀具路徑。毛坯采用模鍛件，單側余量3mm左右，最大切削深度118.5mm，也就是內側面的高度，最小凹圓弧半徑10mm。表面粗糙度要求一律為Ra3.2μm，所以各待加工面只進行粗加工和精加工即可。

2數控加工工藝性分析

2.1數控加工的合理性分析

對于零件的加工，不能不結合零件的具體加工要求，盲目的追求數控加工。在零件加工之前應對零件加工過程進行分析，選擇出適合的零件加工方法。一些普遍適用的零件，即使在普通機床上進行生產也完全能夠進行，因為許多需求量大生產工藝相對簡單的零件加工，普通機械加工技術在大量的生產工作實際過程當中，不斷的進行工藝的改進，改進后本身的生產技術水平完全能夠滿足這些零件加工的需求；還要一些零件不需要全部進行數控技術生產，只需要將核心技術用于數控加工進行生產即可，如果一味的追求數控加工生產，會給數控加工技術帶來更多的繁瑣的步驟，耗費較多的設計工序，就不如將數控加工技術和機械加工技術結合起來，讓產品生產成本降低，優化產品生產結構，達到經濟效益的最大化。由此可以總結出數控加工合理性的兩個因素分別是：第一個因素，加工零件的復雜程度，對于加工起來復雜程度高的，要求精確度高的，品種種類較多的，但是生產規模市場需求量相對較小的，采用數控加工技術進行加工，會花費較少的人工成本，也會減少產品的不合格率，能夠帶來較大的經濟效益。第二個因素，根據加工零件的性質和工藝要求進行分類加工。將不同類別的加工零件采用不同的數控加工技術，以獲得生產配置的最優化，減少數控機床的損壞率和利用率。盡量不要將原材料直接在數控加工機床上進行直接加工，盡量將原理通過普通機床進行粗大加工，將其加工成零件的毛坯，再將毛坯料加入到數控加工機床上進行生產，提高經濟效益。

2.2數控加工的工藝性分析

對于數據加工工藝性分析，主要應從數控加工的可行性和方便性這兩大方面進行考慮。所以考慮可行性和方便性這兩大方面，就要從數控加工設計的圖紙進行分析。首先，分析零件設計圖紙中所標注的尺寸是否具有可行性，是否符合數控加工編程設計的方便性。要考慮設計圖紙上標注的尺寸是否能正確構成數控加工技術，還要考慮設計圖紙上所建立的幾何形狀能否在數控編程中體現出來，數控編程分為手動編程和自動編程兩種類型，在設計數控加工時一般會采用手動編程進行模擬，以驗證其操作的可行性。但在這樣的驗證方法也存在著一定的弊端，手動編程中零件輪廓的基本坐標是由手動計算構成的，但是在自動編程中零件的幾何形狀是由系統根據數據自動生產的，如果設計圖紙上某一坐標標注錯誤或模糊，則在自動編程中無法繼續進行自動編程。其次，要分析的是各個零件加工的工藝性與數控加工技術符合的程度。在前面我們應該介紹過了數控加工技術的特點，內容過程嚴密設計內容復雜和高度的復合屬性。對于加工的零件要求的工藝性是否需要進行數控加工，對于只需要進行簡單加工的零件，不必動用設計復雜難度大的數控加工設計；還要分析對于加工的零件是否需要較多的生產工藝和步驟，對于只需要一兩步進行簡單加工的零件，不必采用數控加工技術。對于加工技術要求精密性不高的加工步驟，也不必用數控加工技術。

3工序劃分及刀具路徑設計

3.1加工外側面

銑削外側面刀具路徑，加工方式采用平面銑，走刀方式為輪廓，注意要采用圓弧進退刀。

3.2加工上部成型面

工序導航器中的第1步粗銑5個平面，第2步精銑5個平面，第3、4步粗銑兩個豎直面，第5、6步精銑兩個豎直面，第7步粗銑5個曲面，第8步精銑5個曲面。平面加工采用面銑，豎直面加工采用平面銑，曲面加工采用固定軸曲面銑的區域銑削方式。

3.3加工內側面

加工內側面時，為了保證尺寸100+0.50mm，在精加工時應將加工余量設置為-0.25mm，所以2D實體切削仿真時顏色顯示為紅色是正常的，并沒有過切。第1步采用T1銑刀粗加工，第2步采用T2銑刀精加工，加工方式采用型腔銑中的等高加工。

3.4加工底部成型面

底部成型面的平面采用面銑，豎直面采用平面銑，曲面采用固定軸輪廓銑中的區域銑削方式。

結語

本設計方案是在對多套設計方案進行綜合比較的基礎上，經過理論分析和實踐檢驗后最終確定的，總結制動缸底座在數控加工工藝設計過程中主要注意以下幾點：（1）由于毛坯為模鍛件，沒有加工精基準，正確選擇精基準可以給后續加工帶來很大方便。（2）工件形狀決定了加工過程中要經過多次裝夾，而且是批量生產，所以夾具設計是十分關鍵的，在裝夾中不僅要保證裝夾可靠、穩定、快速，還要防止工件由于夾緊時引起的受力變形和振動，如設計方案中墊塊和活動頂鎬的使用就能起到很好的作用。（3）由于工件待加工面多，所以工序及工步的安排是否合理不僅關系到工件質量，也影響到加工效率，應盡可能將待加工面放置為水平面或豎直面進行加工。這樣才能得到更好的表面質量，同時加工效率高。（4）工件每次重新裝夾后，加工坐標系G54的位置都是變化的，要根據上道工序結束后的工件實際形狀和裝夾位置來設置G54，這樣才能保證工件質量，提高加工效率。（5）針對工件上的不同類型的加工面，要充分利用UGNX軟件的CAM模塊提供的多種加工方法和走刀方式合理設計刀具切削路徑，水平面和豎直面可采用平面銑或面銑，斜面可采用等高銑，各類粗加工盡可能采用型腔銑，單一形狀的曲面采用“曲面”走刀方式，復合曲面采用“區域銑削”方式，這樣才能既保證加工質量又節省加工時間。

參考文獻：

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（作者單位：中車唐山機車車輛有限公司）