铁路客车铝合金底架整体加工工艺

2014-12-25李保国

山东工业技术 2014年8期

李保国

(长春轨道客车股份有限公司吉林长春 130000)

1 引言

中国铁路历经数次提速，采用的客车均为电动车组。车体结构主要采用铝合金材质，具备质量轻、耐腐蚀，外观平整度好、材料可再生利用等诸多优点。铝合金车体主要由底架、侧墙、车顶、端墙等大部件组成。以底架为例，采用的是与车体等长的中空型材插接组焊而成。焊接后的工件产生很大的变形，平面度、直线度都与理论建立的模型有很大的差距，给整体加工带来了相当大的困难。本文从设备工装、加工工艺及程序编制几方面分析，结合制造业先进的高速加工技术，提供了底架整体加工高质高效的解决方案。

2 加工设备及工装方案

加工设备的选择。铝合金材质较软，本身的切削特性决定了加工应优先采用高转速大进给的工艺。鉴于高速大型设备的迅猛发展，以及大部件整体加工后的效率质量优势，我们公司采用了德国FOOKE公司生产的龙门移动式五轴联动高速加工中心。其走行轴尺寸均满足工件整体加工的要求；42KW电主轴HSK－A100刀柄系统的主轴头，满足铝合金切削高转速大功率低扭距的特性。

机床采用Sinumerik840D系统。在加工编程中，通过对系统功能的理解掌握，利用其开放式功能循环的结构特点，结合实际工艺要求，进行编程二次开发。Sinumerik840D数控系统中的循环，尤其是工艺循环和测量循环的开放性主要体现在两方面：(1)所有的工艺循环和测量循环都是以子程序的方式提供的，因此如有必要可以进行修改；(2)根据工艺要求，用户可以非常方便地编制自己的用户循环。由于机床加工面积庞大，整体工作台造价高，安装困难，所以放弃了整体工作台方案，采用了分段工作台方案。而工装与工件加工位置发生干涉要求装夹位置必须具备灵活可调的功能，于是采用双纵向导轨上安装可移动横梁作为基座、上面均布提升工件高度的折叠工装的装夹方案。

3 加工工艺分析

3.1 概述

铝合金底架采用整体加工工艺，一次装夹可以完成所有部位加工。相较于单件加工后组焊，有利于保证各加工要素间的尺寸精度，同时节约大量单件加工胎位。组焊后的底架通过测量补偿方法，可以将焊接变形导致的误差降到最低。

3.2 T槽去除工艺

底架使用挤压型材，故T槽贯穿于整个工件长度。由于存在局部变形过大，铣削加工需要预留5毫米或更高的加工余量，加工后使用人力打磨完成。经工艺创新完全摒弃了小直径镶焊铣刀走方形刀路，单根切深10毫米多层铣削，然后人工测量再次铣削的方案。

对于焊后变形的难题，采用雷尼绍工件测量系统进行解决。对需要加工的部位进行自动探测，存储到系统内变量内，加工时程序自动取值进行补偿，省去了手工测量的繁琐，减少了人为因素对加工精度的影响，且加工后可直接达到图纸要求。

加工刀具选择采用新型大直径机夹铣刀。刀具直径近似于原用刀具的3倍，刀具刚性、抗冲击性大大加强，特别适用于中空型材切削环境不断变化的情况。相同转数下，线速度大幅度提升，切削深度可以达到T槽的高度，进给倍率可以提高到3500-4500毫米每分钟，相应的金属去除效率能够提高4倍。加工时，此铣刀直径可以同时覆盖T槽两根立筋，加工只需走一条直线便可完成，刀具路径减少一半以上，加工效率成倍的提升。

经上述分析，智能高效的加工程序成为解决问题的关键点。底架上需加工T槽部位众多，如果只是利用Sinumerik840D系统中的固定循环进行单点测量，效率提升不大。可以利用系统循环的开放性进行二次开发，对各加工部位进行连续测量，一次性测量储存所有补偿数据。

首先对加工的部位进行分类，长度超过300毫米的进行多点测量。然后进入系统的用户变量文件，定义需要使用的全局变量。利用系统的测量循环编制子程序，主要实现功能：根据主程序中的参数，测量的类型，测量取值存储到已经定义的变量内。充分利用参数变量传递功能，将测量程序与加工程序联系起来，这样有利于在加工过程中不断的进行补偿，以弥补大部件焊接造成的工件变形。

测量主程序示例：

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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(……)

……