CW200K型轉(zhuǎn)向架側(cè)梁孔加工工藝分析

李 穎，王雪嶺，張國龍，李秀艷，鄭建科，劉 茜

(中車唐山機車車輛有限公司，河北 唐山 063035)

0 引言

CW200K型轉(zhuǎn)向架構(gòu)架由箱形結(jié)構(gòu)的側(cè)梁和穿過其內(nèi)部的橫梁焊接而成，構(gòu)架上焊接各種吊座。目前，SW220K、B型地鐵等其他多種車型轉(zhuǎn)向架構(gòu)架均采用此結(jié)構(gòu)。為保證各部件相對尺寸達到整體設計要求，這就要嚴格保證側(cè)梁孔的相對位置尺寸與加工精度。傳統(tǒng)加工方式是直接將其放在機床工作臺上，用活動的頂鎬和壓板配合，對其進行壓緊，但是這種壓緊方式隨意性大、穩(wěn)定性差；并且由于所有操作都在工作臺上進行，無法形成流水作業(yè)，在節(jié)拍化生產(chǎn)中成為了制約生產(chǎn)的瓶頸，為了能對人員、設備等資源進行合理地分配進而縮短生產(chǎn)周期并最大化產(chǎn)出[1]，在側(cè)梁生產(chǎn)中采用了新的生產(chǎn)工藝，并制作了相應的工裝，使節(jié)拍化生產(chǎn)得以順利進行。

1 側(cè)梁工藝分析

CW-200K型轉(zhuǎn)向架構(gòu)架采用H形鋼板焊接結(jié)構(gòu)(如圖1所示)，由兩根側(cè)梁和兩根橫梁組成，側(cè)梁與橫梁為插入式連接[2]。側(cè)梁為中間下凹的魚腹形，由4塊鋼板組焊成箱形封閉結(jié)構(gòu)。側(cè)梁內(nèi)部由密封板隔開，將側(cè)梁內(nèi)腔變成空氣彈簧的附加空氣室。側(cè)梁設計要求(見圖2)加工內(nèi)孔直徑為165.2(+2，+3)mm，孔的中心位于側(cè)梁2個45°斜面的中心與橫梁縱向中心平面內(nèi)，并且要求間隙均勻，兩孔中心距公差小于0.5mm。另外，為保證構(gòu)架的抗疲勞性能，要求側(cè)梁與橫梁的連接的單邊裝配間隙是(1,1.5)，焊接U型坡口鈍邊1mm。原生產(chǎn)工藝是在尼古拉斯加工中心上進行找正和加工，采用三班倒的生產(chǎn)方式滿足生產(chǎn)數(shù)量的需求。

為降低生產(chǎn)成本，新生產(chǎn)工藝采用數(shù)控鏜銑床對其進行加工，機床型號：TK6111，工作臺面積：1.25×1.25m。而CW-200K型轉(zhuǎn)向架構(gòu)架側(cè)梁長度2848mm，遠大于工作臺長度，這導致側(cè)梁的夾緊、定位與找正困難，而產(chǎn)品裝夾對其加工來說是很關(guān)鍵的，裝夾找正不合格則無法加工出合格的產(chǎn)品[3]，因此，設計了專用工裝，具有以下優(yōu)點：①擴大了機床工作臺面積，對側(cè)梁進行有效定位和壓緊；②支撐調(diào)整裝置和壓緊裝置采用模塊化設計，提高工裝零件的互換性，降低工裝維護成本；③支撐和壓緊裝置通過螺栓固定在平臺上，保證了孔加工過程的穩(wěn)定性；④加工過程分成找正、加工兩個工序，找正工序不再在機床工作臺上進行，提高了機床的有效利用率，實現(xiàn)了流水化生產(chǎn)。

圖1 CW-200K型轉(zhuǎn)向架構(gòu)架

圖2 側(cè)梁立板孔示意圖

2 工裝的設計

為了滿足公司精益生產(chǎn)的生產(chǎn)節(jié)拍要求，保證生產(chǎn)效率，工裝采用了分體式結(jié)構(gòu)設計，分成裝卡找正裝置和連接板兩個部分，連接板用螺栓緊固在工作臺上，而側(cè)梁在裝卡找正裝置上找正和壓緊后，將其上的可移動壓緊組件整體移動到連接板上進行固定后加工，而裝卡找正裝置上的另外一套可移動壓緊組件同時對另外一條側(cè)梁進行找正和壓緊。通過這種分體式的設計方式，實現(xiàn)了找正壓緊與加工走刀的同步進行，這樣減少了工件在機床上的輔助時間，提高了機床的有效利用率，從而縮短了生產(chǎn)節(jié)拍，提高了整體加工效率[4]。

2.1 裝卡找正裝置的設計要求

裝卡找正裝置(圖3所示)由2個可移動壓緊組件和1個底座組成?？梢苿訅壕o組件與底座、連接板之間通過兩銷一面實現(xiàn)快速定位。

可移動壓緊組件采用模塊化的設計[5]，調(diào)整裝置和壓緊部件等模塊通過螺栓與定位平臺固定，提高工裝零件互換性，降低工裝維護成本?？梢苿訅壕o組件包括定位平臺、設置在定位平臺上的支撐調(diào)整部件和壓緊部件。定位平臺通過X、Y向定位裝置找正；通過Z向定位裝置找平。定位平臺下基準面上設置兩個定位銷孔，與底座平臺及連接板上的定位銷軸配合，從而實現(xiàn)工裝的快速定位。

底座包括底座支撐和底座平臺，底座支撐和底座平臺間通過加強筋連接。底座平臺是為可移動壓緊組件提供支撐和定位，其上設置有兩個定位銷軸，定位銷軸上部為上小下大的梯形結(jié)構(gòu)，便于穿入定位平臺的定位銷孔。

2.2 連接板

連接板與工作臺通過側(cè)面定位鍵定位，用螺栓將其固定連接。連接板的上、下平面均加工，為移動壓緊組件提供水平基準；其上平面上同樣設有兩個上小下大梯形結(jié)構(gòu)的定位銷，與可移動壓緊組件的定位銷孔配合，為其快速切換提供定位基準。

1.定位平臺 2.Z向調(diào)整裝置 3.X向調(diào)整裝置 4.Y向調(diào)整裝置 5.壓緊部件 6.底座支撐 7.底座平臺圖3 裝卡找正裝置

3 生產(chǎn)加工工藝過程

首先先將工裝找正。調(diào)整裝卡找正裝置的底座支撐，保證底座平臺水平，為可移動壓緊組件提供水平基準和支撐；將連接板安裝于機床工作臺上，將連接板的下基準面與工作臺密貼，并將其定位鍵的定位面與工作臺T型槽側(cè)壁密貼，從而保證定位板的兩定位銷軸軸線與機床的X方向平行。

然后在可移動壓緊組件中將側(cè)梁找正(如圖4所示)。將可移動壓緊組件吊入裝卡找正裝置中，使可移動壓緊組件的定位銷孔與底座平臺的定位銷軸配合，實現(xiàn)快速定位。將側(cè)梁吊入可移動壓緊組件中，調(diào)整Z向調(diào)整裝置，用劃線盤對側(cè)梁立板兩端所劃的高度基準線進行檢測，找正側(cè)梁高度方向。依次調(diào)整X向調(diào)整裝置和Y向調(diào)整裝置，用直角尺對側(cè)梁橫向、縱向中心線與可移動壓緊組件的X向、Y向中心線位置進行檢測，找正側(cè)梁X方向、Y方向。

圖4 側(cè)梁找正

側(cè)梁找正后，將壓緊了側(cè)梁的可移動壓緊組件與底座平臺分離，將其吊入連接板上，并將其定位銷孔插入連接板的定位銷軸進行定位連接，最后用螺栓將可移動壓緊組件通過加工定位板固定于機床工作臺上，如圖5所示。

圖5 側(cè)梁加工

此時的側(cè)梁已經(jīng)找正壓緊完成，最后只需確定原點，即可進行加工。建立工件坐標系(如圖6所示)。用找正尖確定工件坐標系的X/Y/Z零點。X向零點為側(cè)梁中心線位置；Y向零點為面對機床主軸側(cè)梁立板平面；Z向零點為孔中心水平高度線位置。其中Y向每個孔周邊需測量2點位置，(在孔的一左一右進行測量),Y向取最高點建立零點坐標。

圖6 工件坐標系原點位置

4 總結(jié)

分體式結(jié)構(gòu)工裝借助兩面一銷原理的靈活運用，使側(cè)梁產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中各工位間的快速切換得以實現(xiàn)，使側(cè)梁生產(chǎn)工序?qū)崿F(xiàn)了流水作業(yè)，縮短了生產(chǎn)節(jié)拍；同時調(diào)整裝置、壓緊裝置用螺栓固定在工裝主體上，增加了加工過程的穩(wěn)定性；并且模塊化的設計增強了互換性，降低了工裝的維護成本。

上述的加工方法在CW-200K型轉(zhuǎn)向架構(gòu)架批量生產(chǎn)中得到了驗證，達到了預期的效果，既保證了產(chǎn)品質(zhì)量又縮短了生產(chǎn)節(jié)拍，提高了生產(chǎn)效率，方便快捷實用。

[參考文獻]

[1] 榮耀. 流水車間生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[D]. 哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學,2011.

[2] 趙漢江.120km/h焊接轉(zhuǎn)向架側(cè)梁加工工藝[J].機車車輛工藝，2002(3):19-21.

[3] 李秀艷,王雪嶺,王偉,等.動車組轉(zhuǎn)向架構(gòu)架加工技術(shù)研究[J].組合機床與自動化加工技術(shù),2016(2):141-143.

[4] 趙慶志,辛瑞金,馬圣亮,等.雙柱坐標鏜床加工斜孔專用夾具設計[J].機床設計與制造,2006(2):25-26.

[5] 梁雪.ZMA080型轉(zhuǎn)向架構(gòu)架側(cè)梁加工夾具設計[J].山東工業(yè)技術(shù),2014(18):3.