跨座式單軌轉向架構架加工工藝解析

(中車株洲電力機車有限公司，湖南 株洲 412001)

0 引言

跨座式單軌車輛是目前市面上最新型的車型之一，轉向架主體呈“日”字型，車輪為橡膠空心車輪輪軸連接，齒輪箱組裝、制動方式與現有地鐵、工程車及機車有極大區別。跨座式單軌構架Z向高度是傳統的構架的2倍以上，結構復雜，現場沒有相應的加工經驗和適合的生產條件。因此，需要對跨座式單軌構架加工工藝進行研究，確保利用現有生產條件加工的構架滿足設計圖紙要求。

1 工藝難點分析

1)如圖1所示，跨座式單軌構架結構復雜，加工精度要求高，Z向高度尺寸較高，構架裝夾時如何保證平穩性和不發生過度變形是加工時的難點。

2)構架上有較多的深長孔加工，部分孔加工時無足夠的進刀空間。

3)如圖1所示，導向輪安裝座是由貫穿于側梁的導筒結構組成，導筒平面和孔需要加工，孔的長度達到了500 mm，在構架整體加工時無足夠的進刀空間，不能翻邊加工。

圖1 跨座式單軌構架結構示意圖

2 工藝方案

鑒于跨座式單軌構架結構復雜，加工難點多，通過使用UG-CAM軟件進行構架加工模擬仿真，分析工藝路線、加工刀具和刀路。

2.1 工藝路線

根據構架結構特點分析，為解決上述工藝難點，考慮采購專用加長刀具，設計流程時合理安排正反兩面的加工內容，設計的定位裝夾工裝應確保剛性的情況下盡量壓縮尺寸，便于加長刀具進刀。具體的工藝流程如圖2所示。

圖2 構架加工工藝流程圖

2.2 數控編程方案

使用UG-CAM對構架三維模型進行刀路編程，軟件生成程序單，后處理產生NC代碼傳至機床，再將產品吊上機床進行對刀試切加工，以可視化的方式檢查刀具選擇和刀路設置的合理性，降低數控編程的錯誤率。

2.3 工藝基準方案

按照基準重合、基準統一的原則，確定構架加工基準。

1)構架劃線基準。在構架加工前劃線時，以構架焊接的定位平面和孔中心分中，確定X、Y、Z基準線。

2)構架反面加工基準。構架反面加工基準與劃線基準統一，劃線的基準線就是用于數控龍門銑床加工構架編制程序的零點基準，保證在單梁體上完成加工的各平面和孔相對于構架反面加工基準的位置度在設計圖紙要求以內。

3)構架正面加工基準。構架正面加工時，以構架反面加工的平面和側面為精基準，確保正、反兩面的基準誤差滿足設計圖紙要求。

4)構架檢測基準。根據設計圖紙要求，構架檢測以4個加工精度要求最高的導向輪安裝座平面和孔建立X、Y、Z基準。

3 技術難點解決方案

3.1 構架裝夾變形

為防止構架在裝夾時發生過度變形，裝夾工件時按照以下步驟完成。

1)工裝與構架的接觸良好、充分，接觸面不允許有雜物，壓緊點、支撐點數量與位置應符合“六點定則”，限制工件的6個自由度，并保證每個壓緊點的下方都有支撐點，以保證構架不會壓緊變形。

2)構架在沒有外力作用的情況下，按照構架劃線工序已劃的基準線，用百分表調校構架水平。

3)調校完后，采用對角壓緊，先將各壓緊螺栓預緊，再施加相同壓緊力和頂緊力，經多次反復的壓緊和頂緊，保證構架不會因壓緊變形，最后將各輔助支撐螺栓頂緊。

3.2 構架電機安裝座Ф17深長孔加工

構架上每個電機安裝座上有23個Ф17深長孔(見圖3)，孔深達到約250 mm。因此，鉆削過程中需使用加長鉆頭，但會出現如下問題。

1)若使用加長鉆頭加工，強度差、易彎易斷。

2)鉆徑較小，排屑困難，易發生鐵屑阻塞。

3)由于機床無冷卻系統，靠人工水壺澆注冷卻，鉆至一定深度后，切削液無法達到孔底部進行冷卻，鉆頭易磨損甚至過熱燒壞。

解決辦法如下：使用加長標準鉆頭加工該孔，設定切削3要素時，要選擇低轉速大進給方法，這樣能使鐵屑適當地加厚，有一定的韌性從孔底部到孔外，轉速n=150～200 r/min、進給量 Fz=0.18～0.25 mm/r。

為了及時冷卻鉆頭和排屑，加工方式采用琢鉆，選用小切深、低進給、適當轉速的加工參數。為了保證各孔的位置度，采用CAD模型精準給出加工坐標點，為了防止孔鉆偏，在加工前用Ф8中心鉆打樣眼。

圖3 電機安裝座Ф17深長孔

3.3 構架導向輪安裝座孔加工

構架導向輪安裝座上下2個Ф 65孔的孔徑尺寸、同軸度要求高，必須一次性加工完成，但上下兩個孔的跨距達到近520 mm，加工難度很大(見圖4)。

解決辦法如下：為了保證孔本身的尺寸精度(Ф 65+0.046 0)及2個孔的同軸度，聯系刀具供應商商量對策，選定粗鏜減振刀桿和精鏜減振刀桿一次性加工完成。參照刀片供應商提供的產品加工線速度，結合實際情況，精鏜采用低轉速、小進給、小切深的切削參數加工。

3.4 構架電機懸掛座M16×1.5的螺紋孔加工

構架電機懸掛座底座背面M16×1.5的螺紋孔用絞手攻絲時，絞手將與底座蓋板發生干涉，加工難度很大(見圖5)。

解決辦法如下：為解決干涉問題，制作一接桿，與絲錐方頭尾部方頭連接，絞手與接桿另一端連接，使絞手避開干涉部位，正常攻螺紋。

圖4 導向輪安裝座

圖5 電機懸掛座螺紋孔

3.5 構架加工后檢測

跨座式單軌構架須檢測部分的高度為約1.4 m(總高度為約1.5 m)，三坐標測量機檢測難度大，Z向超出量程，且因該構架結構不適合正面放置，因此正反面需要一次性完成三檢。

解決辦法如下。

1)三檢時撤掉支撐工裝和平車，由叉車直接將構架叉至檢測位置的支撐工裝上，降低構架放置高度，確保三檢行程滿足要求。

2)為了不翻邊檢測跨座式單軌構架導向輪安裝座Ф 65的孔，特設計一檢測銷工裝(見圖6)，保證一次三檢完成，大大提升產品三檢效率。

圖6 檢測銷

4 結語

通過跨座式單軌構架加工工藝研究，分析并解決跨座式單軌車輛項目構架加工過程中的工藝難點和質量控制難點，確保構架加工后符合圖紙技術要求，為后續的同類型的產品結構的工藝設計、生產制造提供了驗證數據和制造經驗。