浅析动车组构架加工设备及刀具选用

李启士

摘要：动车组构架是其走行部的主体结构，为确保动车组高速运行过程中的安全状态，构架各组成结构的加工精度往往要求很是严格，构架一般体型较大且结构较为复杂，这就给加工设备和刀具的选用带来了困难。本文结合多年工作经验，以某型动车组构架加工为例，分析了构架加工用设备及刀具的选用，给出了构架加工用设备的技术参数，并详细介绍了常用刀具类型及其参数设定，以供后续研究参考。

关键词：动车组;构架加工;设备;刀具

0  引言

随着我国高速动车组车辆的不断提速，对列车制造业的质量要求不断提升，尤其是承载列车高速运行的转向架，更是成为该行业质量践行的重点关注对象。构架作为转向架的主体结构，不仅作为骨架承载着各零部件的自重，更为各零部件的精密装配提供可能。

构架一般体型较大且结构较为复杂，以某型动车组构架为例，如图1所示，其加工部位不仅限于XY水平面，还包括YZ、XZ立面，以及和XY曾一定角度的斜面，加工类型主要包括：面铣、插/钻铣、方肩铣、阶梯镗、螺纹铣、插补铣等，加工工况尤为复杂，这就给构架加工设备和刀具的选用带来了极大的困难。

1  构架加工用设备选用

设备的选用是一项极具技术性和复杂性的工作，不仅要熟悉加工工件的结构特点和加工内容，更要掌握被加工部位的加工方式、技术要求、受限空间等，还要准确定置加工所用的设备铣头、工作台、换刀装置、刀库容量等。

1.1 设备结构特点

结合构架加工工艺特点，加工一般选用龙门式定粱五面铣加工中心，如图2所示，设备工装台做X向移动，主轴可在Y、Z方向移动，最终实现三轴联动。为减少辅助作业对设备利用率的影响，配备两个工装台，且具有工作台自动交换功能。设备需配备不同类型的铣头，实现五面转换，以满足立面和斜面的铣削、钻孔、攻丝等作业。

设备机械结构主要由龙门梁及支撑柱、主轴、双工装台、排屑机构、刀具库、各型号铣头及铣头库等组成，可实现三轴联动及五面转换，双工装台均应设置T型槽，以满足构架的装夹需求。

设备铣头是构架加工所必需的配置，可以结合各铣头的特点和优势，解决实际加工中的难点问题，对于动车组构架加工工艺而言，一般需求配备有加长铣头、直角铣头、小直角铣头以及万能铣头等。

1.2 设备技术参数

结合动车组构架加工工艺要求，设备主要技术参数应满足表1所示。

2  构架加工用刀具选用

正所谓工欲善其事必先利其器，加工刀具的选用是生产高质量构架的前提，合理的配合使用各类型刀具，不仅能达到提升产品质量，更能降低成本提高产量，达到降本增效的综合效益。

2.1 常用刀具类用

①方肩铣方式将圆周铣削与面铣相结合，可同时加工两个表面。方肩铣既可使用传统方肩铣刀，也可使用立铣刀、长刃铣刀和三面刃铣刀。可分为粗、精加工两种。

②面铣刀方式又可分普通面铣、高进给铣削、重载面铣及使用修光刃刀片进行精加工。面铣是最常见的铣削工序，最常用的是45°主偏角铣刀，但是，在某些情况下也可使用圆刀片铣刀、方肩铣刀和三面刃铣刀。

③高进给铣削方式是使用主偏角较小的铣刀时或使用圆刀片铣刀时，由于其切屑减薄效应，能够以非常高的每齿进给量进行面铣。虽然切深被限制较小，极高的进给却使其成为一种高生产率铣削方法。特定铣刀经过优化，能够以小切深实现进给极高的铣削。

④插钻铣削方式是一种有效的型腔粗加工方法。这种方法能够利用钻头或铣刀通过反复的轴向切削加工更深的孔或型腔，特別适用于粗加工。它不仅节能、生产率高，而且降低了对机床主轴的要求，因为主切削力分解为主轴轴向方向。内圆插铣通常以钻削孔作为插铣起点。

⑤长刃铣刀（玉米铣）方式可实现一次走刀完成加工，长刃铣刀是较深、较大以及切削载荷通常较重的方肩铣应用的理想解决方案。它们具有较高的金属去除能力，通常用于进行粗铣，因为加工出的表面结构具有高进给侧铣的特征。

⑥整体硬质合金铣刀多用于精加工方式里使用，高转速高进给，加工尺寸精度较高。

⑦整体硬质合金钻头是钻孔通常采用加工方式，配备上龙门式五面加工中心内冷的功能，提高钻孔质量。还可分为可转位刀片方式，也叫浅孔钻或U钻，这种钻头通常是不对称地安装两片可转位刀盘，形成内刃和外刃，分别担任孔内部和孔外部的加工，其技术正在高速发展。可换头钻头方式进行刀头更换时更容易操作、排屑效率更高，通过缩短刀头更换时间可获得更高的生产效率，通过改进刀头更换方法可获得的更好的加工安全性，省去对刀长度的时间。

⑧阶梯镗刀方式为使用一把刀，可完成类似粗镗、半精镗和精镗多把刀的加工过程，把小孔直接加工成大孔，属于特制的刀具，加工效率大大提高。

⑨螺纹铣削方式通过旋转刀具的螺旋坡走铣来生成螺纹。刀具在一圈中的轴向运动产生螺距。虽然不像螺纹车削那样被广泛使用，但是，螺纹铣削在某些应用中却能实现高生产率。

⑩螺纹攻丝方式常使用切削丝锥时，丝锥切削材料并产生切屑。

2.2 常用刀具参数设定

刀具参数的设备需要考虑的因素很多，主要包括被加工工件的材质、加工面技术要求、加工面的形状尺寸以及刀具材质、形状等，本文结合构架加工作业经验，总结了各类型刀具一般切削参数，如表2所示。

3  结语

设备和刀具的选用是加工质量得以保证的前提条件，尤其构架这种结构较大且相对复杂的产品的加工尤为重要。本文针对动车组用构架加工用设备和刀具进行分析，介绍了设备的主要结构特点，并给出了设备的主要技术参数，然后对构架加工用刀具进行详细的分类解析，明确了各类型刀具的一般参数设定，为构架加工厂商在硬件配置方面提供参考，同时为后续深入研究提供参考。

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