高速動車組司機室前墻加工工藝方法研究

王 雋,劉明雪,李保國,劉 勇,王 宇

（長春軌道客車股份有限公司，長春 130062）

高速動車組司機室前墻加工工藝方法研究

王 雋,劉明雪,李保國,劉 勇,王 宇

（長春軌道客車股份有限公司，長春 130062）

本文通過對CRH380B型高速動車組的EC01車司機室前墻的組成的數(shù)控加工工藝方法和加工工藝方案的確定，以高速動車組的司機室前墻組成的數(shù)控加工工藝作為范例，對怎樣解決易變形問題，怎樣裝夾零件，以及編制數(shù)控加工程序時的應(yīng)注意事項進行深入探討。從而對工程技術(shù)人員的技藝起到很大的幫助與借鑒。

正確裝夾；數(shù)控加工；CAD/CAM

在高速動車制造中，復雜的鋁合金組焊件加工具有十分重要的地位，現(xiàn)以CRH380B型高速動車的司機室前墻組成加工為例，對這類零件的特點、變形的原因和工藝特點進行分析，并提出數(shù)控加工的工藝措施，以及利用高速銑的技術(shù)特點和運用Delcam對零件數(shù)控加工程序進行編制。

1 司機室前墻組成的銑削平面變形分析

由于司機室前墻獨特的結(jié)構(gòu)，在加工中司機室前墻容易產(chǎn)生各種變形。其主要原因，是由于在加工完成過程中司機室前墻組成，組成裝夾時不僅受夾緊力的作用，加工時還受沖擊力的作用，因而導致個別工件的尺寸出現(xiàn)超差的問題。所以，選擇適當?shù)募庸し绞?，可以避免外載荷對內(nèi)應(yīng)力的平衡造成破壞，也可以降低加工變形產(chǎn)生的概率，然而只有從根本上消除或者減少殘余應(yīng)力才使從根本上解決產(chǎn)生變形成為可能。

2 司機室前墻組成加工的工藝性分析

前墻組成加工在數(shù)控加工中心上的完成，材料為鋁合金材質(zhì)6005A-T6 EN755-2-1997，該零件形狀復雜，使加工和檢驗都存在相當大的難度。（零件三維軸側(cè)圖，如下圖所示）。

零件加工難點分析：

（1）（如上圖所示）由于該組焊件給工件裝夾帶來的空間有限，所以在平面銑削時必須一次裝夾，如果采用二次裝夾的方式，出現(xiàn)接刀痕是必然的，因此加工后的工件粗糙度是不合格。那么如何對工件裝夾是一個急切解決的問題。

（2）該零件的加工輪廓表面下側(cè)還有17度的反倒角，由于此加工零件外形輪廓十分復雜，如果采用二次裝夾銑削的方式，反倒角會導致銑削基準無法重合，因此使得銑削反坡口倒角時的外形輪廓不隨形。所以在加工工藝方面、工裝設(shè)計和選擇刀具時應(yīng)該慎重考慮。

（3）該零件是2100×1500×480mm的鋁合金組焊件，銑削平面面積比較大，組焊后的平面度能否滿足加工要求（圖紙設(shè)計要求最大銑削深度為3mm），及加工時容易因振刀影響平面的粗糙度和公差，也應(yīng)該作為工藝上的加工難點。

3 加工工序的設(shè)計、刀具的選擇及參數(shù)的選擇

加工此類零件，首先應(yīng)解決裝夾問題，這是加工的前提準備工作。那么解決裝夾工件不應(yīng)壓在要銑削的平面上，其解決措施是在加工余量小的工件外形部位焊接100×100的小連接板，把工裝壓在連接板上，由此解開裝夾到加工平面的難題。（由于銑削平面需要反復倒工裝，這樣勢必會出接刀痕而影響銑削平面的加工精度）。

現(xiàn)在我們根據(jù)前墻組成的加工零件的具體特點，將該零件加工工藝流程設(shè)計為：檢測工件平面度→粗銑平面→精銑平面→粗銑上部外形輪廓→粗銑（外形前板）→精銑外形輪廓→銑削外形輪廓反倒角→鉆孔→鉗工（攻絲及去毛刺）→檢驗→表面處理。加工平面為零件的加工順序的第一步，此時工件的剛性相對較好，且加工中的振動影響程度也比較小，這樣有利于確保零件符合設(shè)計的粗糙度和平面度要求及對其尺寸要求。采用特殊反坡口銑刀進行的加工方式，能夠?qū)⒌诙€加工難題有效解決。

現(xiàn)將在FOOKE五軸加工中心上加工該零件，其最高轉(zhuǎn)速標準為16 000 r/min，在加工該零件時，將轉(zhuǎn)速設(shè)定為8 000 r/min，銑削平面時的每刀切深設(shè)定為0.5 mm，進給量設(shè)定為4 000 mm/min，這就使零件表面粗糙度提高了，振刀現(xiàn)象也消除了。刀位軌跡在進行規(guī)劃時，我們除了對刀軌無干涉無碰撞等因素有考慮外，還要考慮以下對編程的要求：1）刀軌的突然變化方面盡量避免；2）應(yīng)最大限度地使加工殘區(qū)減少或消除；3）多余空刀盡量避免；4）切削參數(shù)要保持穩(wěn)定；5）刀具切入工件時動作要緩慢。垂直進刀，能夠使進刀路徑最短，而其缺點是：在刀具垂直切入工件時，它的軸向負載強度會劇增，極易引起刀具方向偏斜，而造成加工質(zhì)量的下降和刀具壽命的縮短，因此在使用這種進到方式時要慎重考慮。切向進刀，對高速加工非常適合，在工件外進刀方面比較常見。斜向進刀，能使刀具漸進地切入工件，切削力小，這種進刀方式在當前高速加工中是較好選擇。由此該零件加工應(yīng)采用切向進刀方式。

在自動編程過程中，如果能依照上述要求去設(shè)計刀路，不僅能夠適應(yīng)高速走刀，切削時間減少，還能將主軸振動與偏斜影響減小。這對加工生產(chǎn)率的提高，加工平穩(wěn)性的提高，刀具壽命的延長，以及加工質(zhì)量的改善都將大有益處。

考慮到零件數(shù)控銑削工件平面及其復雜的外形輪廓，該零件用手工編程根本無法實現(xiàn)，因此零件程序編制需要在Delcam上完成。加工程序的編制步驟為：輸入模型→定義毛坯→選擇刀具→產(chǎn)生加工策略→模擬仿真刀具路徑→產(chǎn)生和輸出后處理NC程序。

零件的加工效果就是該零件經(jīng)過車間精心地加工試制，其能完全達到設(shè)計圖紙要求。然而這還不是最適宜的加工方案，在后續(xù)批量生產(chǎn)中還需要設(shè)計專用夾具，以實現(xiàn)快速工件裝夾與定位，使加工效率得以提高，產(chǎn)品質(zhì)量的優(yōu)良性得以保證。

4 結(jié)束語

在數(shù)控加工技術(shù)迅猛發(fā)展的今天，使得很多以往使用傳統(tǒng)的加工工藝方法無法實現(xiàn)的加工過程成為可能，關(guān)鍵在于解決相關(guān)的工裝夾具，選用合適的刀具，及運用CAM系統(tǒng)的功能對零部件加工工藝路線進行控制，輸入相關(guān)加工參數(shù)，然后在CAM中編制刀具路徑程序，三維加工動態(tài)仿真，由此生成加工程序并輸送到數(shù)控機床得以完成自動化加工。該加工步驟是現(xiàn)代化零部件生產(chǎn)的過程及發(fā)展趨勢，它能夠?qū)碗s零部件的生產(chǎn)過程簡化為單個機械零件的數(shù)控自動化生產(chǎn)步驟，所有裝配設(shè)計和數(shù)控加工的編程過程都能夠利用CAD/CAM軟件在計算機上設(shè)計完成。它改進了傳統(tǒng)的產(chǎn)品工藝制造手段，大大地縮短了產(chǎn)品制造周期，有效提高了產(chǎn)品的精度、質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

[1] 李偉光主編.現(xiàn)代制造技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2001

[2] 孫全平.高速銑削刀軌優(yōu)化技術(shù)的研究 機械科學與技[J].機械科學與技術(shù)，2004（08）.