西門子地鐵構(gòu)架修復(fù)工藝

南車戚墅堰機(jī)車有限公司 （江蘇常州 213011） 侯建蓉 吳建洪

西門子地鐵構(gòu)架是轉(zhuǎn)向架的骨架，它是將轉(zhuǎn)向架的各個組成部件聯(lián)接起來，保證它們之間的相互位置關(guān)系，在機(jī)車運行過程中承受各種支撐和傳遞各種力，是機(jī)車走行部件的關(guān)鍵件。在我公司承接的西門子城市軌道車（地鐵客運車）構(gòu)架修理項目中，由于其形狀復(fù)雜，設(shè)計精度要求高，構(gòu)架與輪對的安裝部位空間角度的V面型腔多，這給構(gòu)架在上機(jī)床修復(fù)定位帶來了很大的困難。由于地鐵在運行過程中構(gòu)架的各基準(zhǔn)部位均受到不同程度的磨損和變形，這就給修理增加了難度。為了解決以上問題，需要設(shè)計特定的工藝裝備來保證構(gòu)架修理的尺寸形狀精度，同時能做到提高修理生產(chǎn)效率。本文通過對西門子構(gòu)架修理時遇到的難點進(jìn)行詳盡的分析，依據(jù)工裝設(shè)計的基本思路，設(shè)計了科學(xué)合理的工藝裝備，從而解決了修理地鐵構(gòu)架的難題。

1.西門子地鐵構(gòu)架修理的主要參數(shù)

構(gòu)架為全焊接式H形結(jié)構(gòu)，主要由左右側(cè)梁、前后橫梁、上電動機(jī)支架、下電動機(jī)支架、制動座等部件組成。圖1為西門子地鐵構(gòu)架實物。

圖1 西門子地鐵構(gòu)架實物圖

西門子地鐵構(gòu)架在長時間、重載荷運行過程中，構(gòu)架上電動機(jī)支架螺紋孔及下電動機(jī)支架腰形孔均存在不同程度的磨損，需要通過工藝手段修復(fù)到原設(shè)計精度。修理后需滿足以下精度要求：

（1）重新加工上電動機(jī)支架螺紋孔，滿足修復(fù)后的螺孔中心到車軸中心距離（695±2）mm，平行度為0.2mm；滿足到上電動機(jī)支架前端的距離（21.5±0.1）mm。

（2）銑削下電動機(jī)支架端面及腰形孔，滿足下電動機(jī)支架端面到上電動機(jī)支架段端面距離(6.5±0.3)mm，

（3）銑削上電動機(jī)支架水平面，需滿足與腰形孔中心線平行度為0.5mm，具體如圖2構(gòu)架設(shè)計圖樣要求。

圖2 構(gòu)架設(shè)計圖

2.夾具的設(shè)計和制造

通過圖樣分析可知，構(gòu)架在數(shù)控機(jī)床加工時，如何快速校調(diào)，準(zhǔn)確裝夾，找準(zhǔn)構(gòu)架的車軸中心基準(zhǔn)，是修復(fù)工藝中的最大難點。為滿足工藝需要，設(shè)計制作了專用的夾具，夾具結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 夾具結(jié)構(gòu)

該夾具的功能是在銑削工位時定位與夾緊工件，使構(gòu)架相對機(jī)床有正確的位置和良好的聯(lián)接，從而能夠精確、高效地完成構(gòu)架的修復(fù)加工。該夾具采用車輪軸安裝V形槽定位，其聯(lián)接板中的測量用基準(zhǔn)直線平面與V形槽中心線剛好重合。校調(diào)構(gòu)架時，只要先將該裝置裝入構(gòu)架的V形槽，將兩頭的回轉(zhuǎn)壓板壓緊（必須用測力板手），采用數(shù)控測量頭將構(gòu)架輪軸安裝V形槽與構(gòu)架的中心軸線校調(diào)垂直。以此為基準(zhǔn)測量螺孔與V形槽中心軸線的平行度滿足0.20mm以內(nèi)。

（1）夾具的設(shè)計：構(gòu)架Ⅰ、Ⅱ輪軸中心也是V形安裝槽的中心，所以夾具體與構(gòu)架的定位基準(zhǔn)選定V形定位體2。夾緊裝置采用V形定位形式，圖3中夾具體基座10上的測量塊5一側(cè)平面與V形定位塊2的中垂面必須重合。V形定位塊的V形面的角度必須滿足空間角度（即22°與106°的復(fù)合角），這也是構(gòu)建V形安裝槽的角度。如圖4所示V形定位塊所示，A面與B面的夾角為22°，C面與D面的夾角為106°。

圖4 V形定位塊

（2）夾具的制造：將夾具體安裝在五面體加工中心上，校調(diào)好后，用壓板夾裝牢固，對其進(jìn)行機(jī)械加工，主要是加工V形定位塊及測量塊5。由于V形塊復(fù)合角度的原因，在加工中心上進(jìn)行機(jī)加工C面與D面時，需調(diào)整加工中心角度附件銑頭的角度，使其滿足V形塊加工的要求。首先將加工中心的角度銑頭垂直水平方向轉(zhuǎn)動11°，然后再沿加工中心工作臺面運行方向轉(zhuǎn)動53°，選定好大于加工斜面的盤銑刀，編制相對應(yīng)的數(shù)控加工程序，對其進(jìn)行加工，相關(guān)機(jī)械加工參數(shù)要求均由加工中心的精度來保證。

3.西門子地鐵構(gòu)架修理工藝流程

（1）夾具的安裝：清潔銑削夾具與構(gòu)架聯(lián)接的工作面，將銑削夾具安裝在數(shù)控龍門銑床上，使用百分表裝夾定位在夾具的對應(yīng)位置上打表（注意選擇夾具合適的位置），其參考為裝配在夾具中間的測量塊。夾具的安裝平面與數(shù)控龍門銑床工作臺面的平行度要求小于0.2mm，圖5中測量塊測量平面在X軸方向與加工中心Y軸的垂直度要求，校調(diào)準(zhǔn)確無誤后，將該裝置用壓緊螺栓與加工中心工作臺面聯(lián)接，并擰緊。

圖5 校調(diào)測量塊

（2）工件的安裝：夾具的V形定位塊2與車輪軸安裝V形槽配合定位，由于夾具上四只V形定位體在定位時，三個直線軸上過定位。但由于定位在X軸方向上定位面相對較短，只占構(gòu)架總長的1/5，而且定位面A、B面是成22°的斜面，可以通過在另一車軸上安裝輔助支撐，校調(diào)整個構(gòu)架在Z方向上的高度一致，確保四只定位體與構(gòu)架V形槽配合間隙用0.02mm塞尺檢查不通過來削除過定位。

將構(gòu)架Ⅰ軸中心位置放在銑削夾具上，Ⅱ軸中心使用輔助支撐，如圖6所示，校準(zhǔn)構(gòu)架的4個低法蘭底平面，確保四個法蘭底平面的平面度在1mm內(nèi)。校調(diào)好構(gòu)架后對構(gòu)架進(jìn)行夾緊，夾緊后如圖7所示。

圖6 輔助支撐安裝示意圖

圖7 工件夾緊示意圖

加工構(gòu)架的第Ⅰ軸端，只允許加工銑削夾具固定端的第一個上、下電動機(jī)支架的一邊，在加工另一邊（即第Ⅱ軸端）時必須將構(gòu)架掉頭， 操作參照上面步驟。

4.加工流程

（1）選用的加工設(shè)備是數(shù)控龍門鏜銑床。首先對A基準(zhǔn)平行度控制在0.2mm內(nèi)（見圖2），使用測量平板放置在電動機(jī)支座的上面。如果平行度符合圖樣0.2mm要求，那就往下進(jìn)行，否則需要對電動機(jī)支座上的螺紋孔安裝螺套（參照標(biāo)準(zhǔn)DIN8140），使用螺套來保證對A的平行度在0.2mm要求以內(nèi)。螺套的加工方案參照圖8所示，新的螺紋中心必須保證距A基準(zhǔn)（695±2）mm。

圖8 螺套結(jié)構(gòu)示意圖

（2）主軸銑頭安裝立銑刀，銑上電動機(jī)支座的前面，保證尺寸（21.5±0.1）mm。

（3）立銑刀銑上電動機(jī)支座的后面，保證尺寸（43 ±0.2）mm。

（4）換45°倒角刀對上電動機(jī)支座最上面加工2mm×45°的倒角。

（5）換角尺銑頭銑下電動機(jī)支座的前面，保證尺寸（6.5±0.3）mm。

（6）上電動機(jī)支座的前面和后面的尺寸14mm必須得檢查。如果尺寸小于14mm，換立銑刀加工，深度尺寸不能超過15.5mm。

（7）檢查上電動機(jī)支架平面相對B的尺寸291mm及平行度0.5mm，如果尺寸超差，需要使用立銑刀對下電動機(jī)支架的腰形孔進(jìn)行擴(kuò)孔至26mm，來滿足0.5mm的平行度設(shè)計要求。圖9為在加工腰形孔。

圖9 加工腰形孔

（8）復(fù)檢加工尺寸后，將構(gòu)架調(diào)換位置進(jìn)行另一軸的加工。

5.結(jié)語

采用以上修復(fù)工藝，批量修復(fù)構(gòu)架時，只需安裝一次夾具，即可批量對構(gòu)架進(jìn)行加工，無需再調(diào)整和測量。不僅有效地保證了構(gòu)架的制造質(zhì)量，而且大大提高了修理的效率。目前修復(fù)的200臺份西門子地鐵構(gòu)架已經(jīng)應(yīng)用于上海地鐵公司，為公司創(chuàng)造了較好的經(jīng)濟(jì)效益，修復(fù)工藝水平得到了市場的認(rèn)可。通過此次西門子地鐵構(gòu)架的成功修復(fù)，也為公司在轉(zhuǎn)向架構(gòu)架修理領(lǐng)域爭取更多的市場份額打下了良好的基礎(chǔ)。