鐵路客車(chē)轉(zhuǎn)向架構(gòu)架加工設(shè)備選型

■唐山軌道客車(chē)有限責(zé)任公司（河北 063035）李秀艷 王雪嶺 杜永強(qiáng) 鄭建科 王 偉 裴 鵬

隨著軌道交通車(chē)輛的升級(jí)換代，對(duì)軌道車(chē)輛的制造技術(shù)要求也越來(lái)越高，為滿足新產(chǎn)品發(fā)展需要，結(jié)合總體布局及總體工藝規(guī)劃，對(duì)各型轉(zhuǎn)向架的制造技術(shù)提出新的要求。以豐富產(chǎn)品結(jié)構(gòu)為主線，以高速動(dòng)車(chē)組、普通鐵路客車(chē)、城軌車(chē)輛生產(chǎn)為重點(diǎn)，投資新建了轉(zhuǎn)向架生產(chǎn)基地，從設(shè)備、制造工藝及操作者能力等多個(gè)環(huán)節(jié)來(lái)提高轉(zhuǎn)向架生產(chǎn)制造能力。

構(gòu)架制造技術(shù)是轉(zhuǎn)向架制造技術(shù)中的關(guān)鍵，構(gòu)架是列車(chē)承載和傳力的基體，也是轉(zhuǎn)向架眾多部件聯(lián)接的主體骨架，是一個(gè)受力復(fù)雜的結(jié)構(gòu)部件，它不僅承載車(chē)體上部所有裝備的重量，而且承載并傳遞列車(chē)運(yùn)行中產(chǎn)生的垂向、縱向和橫向三個(gè)不同方向和大小的動(dòng)作用力，因此構(gòu)架必須具備足夠的強(qiáng)度和剛度。前期，公司轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的加工設(shè)備只有一臺(tái)20世紀(jì)90年代引進(jìn)的本間龍門(mén)加工中心，設(shè)備老舊，后來(lái)又引進(jìn)一臺(tái)臥式鏜銑加工中心，由于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及工裝等方面的原因，加工效率不高。隨著轉(zhuǎn)向架產(chǎn)品質(zhì)量要求的提高和數(shù)量的增加，這兩臺(tái)設(shè)備的性能和加工能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足目前市場(chǎng)的需求，尤其是不能滿足城軌車(chē)和城際車(chē)轉(zhuǎn)向架構(gòu)架加工的要求。目前的制造技術(shù)規(guī)劃方案要求是既可以加工普通鐵路客車(chē)209P、200K構(gòu)架，又可以加工地鐵車(chē)A型地鐵、B型地鐵和C型地鐵構(gòu)架，還可以加工高速動(dòng)車(chē)組時(shí)速160km/h、250 km/h、350 km/h的構(gòu)架，這就要選擇適合各種構(gòu)架加工的設(shè)備。

1.各種轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的結(jié)構(gòu)分析

目前鐵路客車(chē)品種很多,有普通鐵路客車(chē)、城軌車(chē)及高速動(dòng)車(chē)組等，其轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的結(jié)構(gòu)、加工部位和加工精度也有所不同，因此需要加工設(shè)備的加工范圍、性能要求也不同。

附圖a所示為普通客車(chē)200K轉(zhuǎn)向架構(gòu)架結(jié)構(gòu)示意圖，整個(gè)構(gòu)架為全焊接結(jié)構(gòu)，加工部位空間比較寬松，只有兩處加工時(shí)對(duì)設(shè)備要求較嚴(yán)格，一是反面帽筒底面的加工，距定位座上平面的距離為475mm，這就要求加工設(shè)備主軸要伸出一定的長(zhǎng)度，同時(shí)還要保證剛度，以免在加工過(guò)程中因主軸剛度不足引起振動(dòng)，影響加工質(zhì)量；二是定位座內(nèi)擋的加工，內(nèi)擋為大面加工，且每個(gè)構(gòu)架有4處，加工量很大，需要將機(jī)床主軸伸到定位座內(nèi)擋里來(lái)加工，由于定位座內(nèi)擋寬為200mm，則要求主軸頭厚度不大于130mm，加上面銑刀厚度不大于180mm，才能實(shí)現(xiàn)定位座內(nèi)擋加工。

附圖b所示為B型地鐵轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的結(jié)構(gòu)示意圖，B型地鐵構(gòu)架在城軌地鐵構(gòu)架中比較典型，為全焊接結(jié)構(gòu)，由于構(gòu)架橫梁上帶有電機(jī)吊座、齒輪箱吊座以及橫向止擋等，造成加工部位空間相比200K轉(zhuǎn)向架構(gòu)架緊張，如兩側(cè)梁內(nèi)側(cè)面上深180mm孔的加工需要從內(nèi)側(cè)進(jìn)刀，空間長(zhǎng)度尺寸為約400mm，這就要求主軸直角銑頭厚度和刀具長(zhǎng)度總長(zhǎng)小于400mm，且功率和轉(zhuǎn)矩都還不能太小，才能實(shí)現(xiàn)加工。

附圖c為CRH3A型轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的結(jié)構(gòu)示意圖，CRH3A型轉(zhuǎn)向架構(gòu)架在高速動(dòng)車(chē)組轉(zhuǎn)向架中具有代表性。該構(gòu)架為全焊接結(jié)構(gòu)，其側(cè)梁和CRH3C、CRH3G的相同，橫梁和CRH3C的相近，整體結(jié)構(gòu)緊湊、加工部位多、加工精度高、加工難度大。主要的加工部位有轉(zhuǎn)臂定位座部分、電機(jī)吊座部分、齒輪箱吊座部分、制動(dòng)缸吊座部分、帽筒、連接座、牽引拉桿座及橫向止擋座。受加工空間和功率等因素的限制對(duì)設(shè)備性能要求很高，如在加工定位座時(shí)需用直角銑頭，由于內(nèi)側(cè)有制動(dòng)缸吊座干涉、外側(cè)有連桿座干涉，所以選用的直角銑頭外形尺寸則有一定的限制，同時(shí)功率和轉(zhuǎn)矩也要滿足批量生產(chǎn)要求。

普通客車(chē)200K、城軌車(chē)B型地鐵、高速動(dòng)車(chē)組CRH3A轉(zhuǎn)向架構(gòu)架加工示意圖

2.設(shè)備選型的主要技術(shù)要求

設(shè)備選型是一項(xiàng)細(xì)致而復(fù)雜的技術(shù)工作，其主要工作內(nèi)容包括加工對(duì)象與內(nèi)容的確定、機(jī)床類(lèi)型與型號(hào)的選擇、機(jī)床規(guī)格參數(shù)（含精度指標(biāo)）的確定、數(shù)控系統(tǒng)與數(shù)控功能選擇、刀庫(kù)容量與自動(dòng)換刀裝置的確定、機(jī)床附件、工具與配套設(shè)備選擇和生產(chǎn)廠家選擇。此外，還要綜合考慮車(chē)間現(xiàn)場(chǎng)布局條件、公司承擔(dān)能力、操作者與維修工的技術(shù)水平、機(jī)床廠售后服務(wù)、備件供應(yīng)、機(jī)床能耗及環(huán)境污染等各方面情況。

目前數(shù)控加工中心的種類(lèi)很多，有動(dòng)梁的、定梁的、工作臺(tái)移動(dòng)的、龍門(mén)移動(dòng)的、交換工作臺(tái)的及臥式鏜銑等，結(jié)合公司的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、所加工產(chǎn)品的精度等級(jí)、設(shè)備的性?xún)r(jià)比和單位資金等方面的能力，最重要的一點(diǎn)是要滿足上述主要加工產(chǎn)品的特點(diǎn)，通過(guò)多方面的調(diào)研和總結(jié)之后，初步鎖定了進(jìn)口定梁龍門(mén)加工中心。

根據(jù)加工產(chǎn)品的精度等級(jí)要求，選用龍門(mén)固定工作臺(tái)移動(dòng)式的龍門(mén)結(jié)構(gòu)、全閉環(huán)控制的龍門(mén)加工中心必須具備以下要求：要配備多個(gè)附件頭；選用龍門(mén)立柱之間通過(guò)工件的最大寬度≥3300mm；工作臺(tái)尺寸≥2500mm×8000mm；X軸（工作臺(tái)移動(dòng)、速度調(diào)節(jié)為無(wú)極）行程≥8500mm，Y軸（溜板橫向移動(dòng)）行程≥4500mm，Z軸（滑枕垂向移動(dòng)）行程≥1300mm。結(jié)合公司原有本間加工中心的使用情況以及對(duì)各設(shè)備廠家的調(diào)研情況，選定主軸（主銑頭）連續(xù)輸出功率≥60kW、最大轉(zhuǎn)矩≥1800N·m、主軸（主銑頭）輸出轉(zhuǎn)速最低≤5r/min、最高≥2000r/min，滑枕尺寸要求≥500mm×500mm。主軸（主銑頭）要求具有油溫恒定功能，為了使用刀具的一致性，選用主軸（主銑頭）適應(yīng)ISO50刀柄。為滿足工件的加工精度，除了設(shè)備具備內(nèi)冷功能和配備小附件頭外，還對(duì)設(shè)備精度提出了一定的要求，主軸端面跳動(dòng)≤0.005mm，主軸徑向跳動(dòng)≤0.005mm（近端）/≤0.008mm/300mm（遠(yuǎn)端），X、Y軸定位精度≤0.020mm/2000mm，X、Y軸重復(fù)定位精度≤0.010mm，Z軸全行程內(nèi)定位精度≤0.020mm、重復(fù)定位精度≤0.010mm。另外，由于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜，即加工城軌、地鐵轉(zhuǎn)向架構(gòu)架又加工高速動(dòng)車(chē)組轉(zhuǎn)向架構(gòu)架，所用刀具品種較多，則要求設(shè)備配備鏈?zhǔn)降稁?kù)及自動(dòng)換刀裝置，刀庫(kù)中刀位數(shù)量不低于60個(gè)，相鄰刀位間距不低于125mm，可換刀最大直徑不低于315mm，可換刀最大長(zhǎng)度不低于500mm，可換刀最大重量不低于30kg。換刀時(shí)間（T－T）不超過(guò)15s，具有雙向擇優(yōu)選刀功能。

3.選定加工中心設(shè)備及附件頭

通過(guò)加工產(chǎn)品的圖紙分析和對(duì)設(shè)備參數(shù)的要求，經(jīng)過(guò)與多個(gè)廠家交流，最后選定進(jìn)口龍門(mén)加工中心。此龍門(mén)加工中心的結(jié)構(gòu)為龍門(mén)固定工作臺(tái)移動(dòng)式、橫梁固定的龍門(mén)結(jié)構(gòu)及全閉環(huán)控制。

（1）主要技術(shù)參數(shù)。按照加工產(chǎn)品的特點(diǎn)及初選設(shè)備要求的主要特征參數(shù)，最終選定的設(shè)備為龍門(mén)框架式加工中心，其主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 龍門(mén)框架式加工中心主要技術(shù)參數(shù)表

（2）設(shè)備主要結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)。選定設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)為龍門(mén)固定、工作臺(tái)移動(dòng)的龍門(mén)框架式加工中心，銑頭溜板沿橫梁導(dǎo)軌左右移動(dòng)，銑頭滑枕沿溜板導(dǎo)軌垂直移動(dòng)，能實(shí)現(xiàn)X、Y、Z三軸聯(lián)動(dòng)。

設(shè)備由床身、工作臺(tái)、立柱、橫梁、溜板、滑枕、液壓系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、自動(dòng)排屑系統(tǒng)、氣動(dòng)系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)、電控柜、刀庫(kù)及附件頭庫(kù)等組成。適合于五面加工，具有銑、鉆、鏜和攻螺紋等功能。工作臺(tái)上均設(shè)有標(biāo)準(zhǔn)T形槽，其中在縱向設(shè)置一條高精度的T形槽，與X軸的平行度≤0.05mm；在橫向設(shè)置一條高精度的T形槽，與Y軸的平行度≤0.05mm。高精度T形槽槽寬精度不低于H6，其他T形槽槽寬精度不低于H8。T形槽深度為28mm，間距為200mm。X、Y、Z軸采用光柵全閉環(huán)測(cè)量系統(tǒng)，工作臺(tái)在預(yù)載直線導(dǎo)軌上滑動(dòng)，滑枕在Y軸上橫向移動(dòng)，在Z軸上垂直移動(dòng)?？刂葡到y(tǒng)為西門(mén)子840D數(shù)控系統(tǒng)，有程序模擬加工功能，滿足三軸聯(lián)動(dòng)、五面加工功能。

（3）配備附件頭的要求。作為龍門(mén)加工中心，尤其是加工構(gòu)架的龍門(mén)加工中心，附件頭是必需的，借用附件頭可以完成工件的五面加工，對(duì)于不同的附件頭，可以解決各種結(jié)構(gòu)不同的加工部位。為能滿足這些構(gòu)架的加工，除了主軸頭外，設(shè)備還分別配備了5個(gè)附件頭（見(jiàn)表2），即加長(zhǎng)附件頭、直角附件頭、加長(zhǎng)直角附件頭、窄直角附件頭及萬(wàn)能附件頭，以滿足各種轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的加工。

除以上附件頭外，設(shè)備還配備圓盤(pán)型附件銑頭頭庫(kù)一個(gè)，內(nèi)設(shè)頭位數(shù)6個(gè)（5個(gè)座用于附件頭、1個(gè)座用于蓋板），能夠?qū)υO(shè)備配備的所有銑頭實(shí)現(xiàn)自動(dòng)更換，換頭時(shí)間不超過(guò)60s。同時(shí)，設(shè)備配有雷尼紹探頭1個(gè)，型號(hào)為RMP60、錐度ISO50、分辨率為0.001 mm，用來(lái)對(duì)工件的測(cè)量，以保證加工前確定加工位置等。

4.結(jié)語(yǔ)

通過(guò)使用上述設(shè)備選型的過(guò)程和方法進(jìn)行選擇和購(gòu)置設(shè)備，通過(guò)半年來(lái)對(duì)普通鐵路客車(chē)209P和200K、城軌地鐵A型、B型、C型以及高速動(dòng)車(chē)組C RH3A、CRH3C、CRH380BL等多種構(gòu)架的加工檢驗(yàn)，證實(shí)了這種選擇購(gòu)置設(shè)備的方法合理、可行，因此這種選擇設(shè)備的方法可以為購(gòu)置設(shè)備的人員提供一種選擇方案，同時(shí)還為推銷(xiāo)機(jī)床的設(shè)備廠家提供一定參考。

表2

[1]嚴(yán)雋耄.車(chē)輛工程[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，1999.

[2]李邦勇，轉(zhuǎn)向架構(gòu)架加工工藝解析[J].機(jī)車(chē)車(chē)輛工藝，2011（2）：22-23.

[3]李河水，喻林平，駱雪.加工中心設(shè)備選型探討[J].江西：科技廣場(chǎng)，2011（5）：250-252.

[4]戴曙.金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1991.