武漢六號線地鐵車輛構架加工難點和解決方案

劉 榮

(中車株洲電力機車有限公司 湖南 株洲 412001)

1 問題的提出

武漢六號線所用地鐵車輛由中車株洲電力機車有限公司設計生產，是武漢第一條采用A型車的線路，每列采用6節編組：4節動車、2節拖車。A型車相對于B型車能夠在客流高峰時期體現出更加快速的疏散運送功能。

然而武漢六號線地鐵首件整體構架加工和編程耗時5天，后續構架加工平均耗時也達23 h左右一架，這種情況嚴重影響了構架總成落車。因此加工工藝優化、生產效率的提升勢在必行。針對生產中遇到的這些問題，通過分析和查找原因，最終發現以下幾個加工難點需要解決和改善：(1)一系簧座板底面加工耗時時間最長，僅加工4個一系簧座板底面就需要耗時2～2.5 h左右；(2)粗精銑電機懸掛內側面時，加工刀具容易折斷，且加工表面平面度很難達到加工工藝要求，會出現較明顯的接刀痕；(3)構架側梁端部16 mm×?30 mm的沉臺，采用刮刀片手動操作刮平，效率極低。

2 工藝攻關難點分析

2.1 一系簧座板結構及加工現狀

一系簧座板加工如此耗時與其構造有關，它的結構如同一個裝水的桶，加工面如同桶底，因為是在圓桶型面加工，加工出來的鐵屑不能及時排出，造成鐵屑的二次加工，整個刀具的加工環境差。

由于起吊座的干涉，致使刀具必須裝在長徑比大的接桿上，刀具懸伸長度達到360 mm。原本采用?125 mm套式可轉位機夾刀盤加工，因為刀片只是采用螺釘頂部夾緊方式，作用在刀片上的夾緊力小，刀片容易產生位移，致使刀片在刀具軸向和徑向上的跳動精度誤差大，切削不平穩，加工中振動大，刀片容易損壞，且加工效率低，加工出來的尺寸也不穩定，如圖1、圖2所示。

圖1 起吊座板干涉

圖2 刀具加工環境

2.2 電機懸掛下座內側面的加工現狀及問題分析

加工動車構架電機懸掛下座內側面時，由于Z向待加工面深度長，橫向加工量也大，原加工方法是先采用?32 mm×80 mm合金立銑刀粗加工，再用?32 mm×110 mm高速鋼立銑刀精銑，加工完后電機懸掛下座內側面時常有明顯的接刀痕跡，而且兩種立銑刀都容易損壞，刀具使用壽命短，無形中也增加了刀具成本。通過分析，找到了造成上述現象的原因。

(1)內側面加工深度。內側面加工深度長達100 mm左右，由于?32 mm×80 mm合金立銑刀長度限制，粗加工時深度方向不能完全加工到位，Z向留有25 mm左右加工余量粗加工無法去除；精加工時?32 mm×110 mm高速鋼立銑刀刀長雖然能保證Z向深度加工到位，但是由于粗加工后所留余量不均勻，精加工時刀具受到的切削力大小不一樣，所以造成加工面產生接刀痕跡，粗糙度低(見圖3、圖4)。

圖3 合金立銑刀粗銑長度受限

圖4 精銑時加工面產生接刀痕跡

(2)刀具的徑向吃刀量。?32 mm×80 mm合金立銑刀容易損壞原因是刀具在粗加工時徑向吃刀量一般大于5 mm，而軸向吃刀幾乎是滿刃75 mm左右，刀具銑削時(特別是法向進刀方向)切削抗力大，切削溫度高，合金立銑刀上焊接的合金刀刃容易脫焊崩刃(見圖5)。

圖5 刀刃容易脫焊崩刃

(3)粗銑刀具長度受限。?32 mm×110 mm高速鋼立銑刀容易損壞原因，主要是粗銑刀具長度受限，在軸向留有25 mm欠切的余量，因此高速鋼立銑刀刀具精銑時，因為粗銑后所留余量不均，特別是刀具前端所受切削抗力大，致使刀具前端容易磨損，甚至容易損壞刀尖。

綜上，刀具損壞的原因主要是因為法向進刀產生較大切削抗力和振動造成的。故必須尋找更好的加工方法。

2.3 沉臺加工現狀

構架側梁端部16 mm×?30 mm沉臺孔采用手動刮平，效率低下。對構架側梁端部的沉臺進行加工時，每一個孔都要經過圖6所示的復雜而繁瑣的步驟，致使加工效率低下，費時耗力。

圖6 刮沉臺工序

3 解決方案

對于上述問題，從工藝難點著手進行了具體分析，通過改善工藝、刀具等諸多措施，針對每一個難點都逐個有效突破解決。

(1)通過更換可轉位?160 mm×R10 mm數控圓刀片端面銑刀提升一系簧座板加工效率。

經過分析和反復對現有多種端面銑刀刀具進行選擇試驗發現，圓形刀片切削刃強度高，沒有尖角，可承受更大的刀具偏轉和振動，允許加工中提高轉速并增大進給，同時可減少崩刃危險等，由于以上諸多優點，最終采用?160 mm×R10 mm數控圓刀片端面銑刀盤替代原有刀具，切削速度Vc可以達到300～350 m/min，進給速度Vf可以達到360～500 mm/min，極大地提升了一系簧座板加工效率，改進前、后的刀具如圖7、圖8所示。

圖7 改善前套式機夾刀盤

圖8 改善后使用圓形刀片刀盤

(2)電機懸掛下座內側面粗銑采用插銑方式，先去除大部分加工余量，再進行精銑加工。

粗銑電機懸掛下座內側面采用?32 mm鉆銑刀來替代?32 mm×80 mm合金立銑刀，先用鉆銑刀直接插銑到深度以去除大部分加工余量，插銑時的垂向進刀方式消除了刀具徑向切削抗力，比?32 mm×80 mm合金立銑刀粗銑時的法向進刀具有更高的加工穩定性，如圖9、圖10所示。

圖9 ?32 mm鉆銑刀

圖10 刀具插銑過程

鉆銑刀插銑去除大部分加工余量后再用?32 mm×110 mm高速鋼立銑刀進行半精銑和精銑加工，這樣就可以在保證產品加工質量的前提下同時降低刀具成本，如圖11所示。

圖11 插銑后高速鋼立銑刀的半精銑和精銑加工

(3)側梁端部沉臺“刮平”改“銑平”，并在程序中加入變量，采用自動進刀方式代替手動刮沉臺。

沉臺工藝“反向刮平”改用?16 mm×35 mm合金立銑刀“銑平”，這樣使工藝變得簡單化，也同樣滿足了裝配要求。程序中加入變量的目的是操作者可以根據沉臺的毛坯厚度任意調整背吃刀量(徑向吃刀深度)等，以消除焊接變形余量不均達到自動進刀的目的。這種工藝的改進在提高效率的同時減輕了操作者的勞動強度，操作起來的安全性也更高(見圖12)。

圖12 立銑刀自動進刀方式

4 實施效果

實踐證明，圓形刀片擁有更多可用的切削刃，能做到4～8次有效轉位，進而提高了其經濟性；同時圓形刀片由于強度高，可達到較直角銑刀更大的進給率，具有很高的金屬切削率，單獨加工4個一系簧座板底面由原來的2～2.5 h左右，提高到1～1.2 h左右。

加工武漢六號線地鐵車輛整體構架電機懸掛下座內側面時，在提高加工質量和效率的前提下大幅降低了刀具成本，并且這種加工方法，可以在所有具有相同設計接口的B型地鐵“電機懸掛下座內側面”加工中使用，因此經濟價值可觀(見表1)。

表1 刀具成本的改善

側梁端部16 mm×?32 mm×80 mm沉臺工藝“反向刮平”改“銑平”，并在程序中加入變量，采用自動進刀方式代替手動刮沉臺。使加工時間縮短至原來的三分之一，真正體現了安全、高效。

5 結束語

針對以上主要加工工藝難點攻關后，再對其他工步以及程序進行優化，使武漢六號線地鐵車輛構架的加工時間由原來的23 h左右一架縮短至目前的16 h左右一架，且攻關中并沒有新購刀具，而是采用已有刀具，因此，生產效率的提升和刀具成本的降低也產生了可觀的經濟效益。□