高鐵列車制動(dòng)缸安裝座數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)

付立艷 王國輝

【摘 要】數(shù)控車典型配合件是數(shù)控機(jī)床重要的組成部分。如果設(shè)計(jì)的零件和配合件過大或過小，都會(huì)導(dǎo)致數(shù)控車無法啟動(dòng)，致使機(jī)床內(nèi)部零件不轉(zhuǎn)動(dòng)，難以發(fā)揮作用，表明設(shè)計(jì)的典型配合件不符合加工工藝的要求，需重新設(shè)計(jì)。不僅耽誤時(shí)間，還會(huì)影響工序進(jìn)度。為了避免出現(xiàn)這種情況，筆者提出了典型配合件加工工藝設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)和設(shè)計(jì)要點(diǎn)，保證設(shè)計(jì)的零件、配合件符合要求，確保高鐵動(dòng)車制動(dòng)缸安裝座數(shù)控加工工作，提高運(yùn)轉(zhuǎn)的效率。

【關(guān)鍵詞】制動(dòng)缸底座；夾具設(shè)計(jì)；加工工藝；刀具路徑

引言

以高鐵列車制動(dòng)缸底座為例，從工件的結(jié)構(gòu)、材料和精度要求3個(gè)方面進(jìn)行工件的加工工藝分析。根據(jù)工件形狀結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行夾具設(shè)計(jì)，主要有平口鉗裝夾和工裝板裝夾兩種方式。根據(jù)工件待加工面特征劃分加工工序依次為加工外側(cè)面、加工上部成型面、加工內(nèi)側(cè)面、加工底部成型面和加工R61mm圓弧面及4個(gè)小豎直平面，利用UGNX的CAM模塊進(jìn)行刀具路徑設(shè)計(jì)，在刀具路徑設(shè)計(jì)完成后進(jìn)行實(shí)體切削仿真，查看切削效果。利用UGNX的后處理模塊自動(dòng)生成數(shù)控加工程序。該設(shè)計(jì)方案經(jīng)過一年多來3000多個(gè)工件的實(shí)際生產(chǎn)檢驗(yàn)證明，不僅能夠保證工件的質(zhì)量要求，而且生產(chǎn)效率高。

1工件結(jié)構(gòu)及尺寸分析

工件需加工的面多，加工面的類型復(fù)雜，有水平面、豎直面、斜面、凸圓弧面、凹圓弧面、陡峭曲面、非陡峭曲面等，針對(duì)不同類型加工面需選擇合適的刀具路徑。毛坯采用模鍛件，單側(cè)余量3mm左右，最大切削深度118.5mm，也就是內(nèi)側(cè)面的高度，最小凹圓弧半徑10mm。表面粗糙度要求一律為Ra3.2μm，所以各待加工面只進(jìn)行粗加工和精加工即可。

2數(shù)控加工工藝性分析

2.1數(shù)控加工的合理性分析

對(duì)于零件的加工，不能不結(jié)合零件的具體加工要求，盲目的追求數(shù)控加工。在零件加工之前應(yīng)對(duì)零件加工過程進(jìn)行分析，選擇出適合的零件加工方法。一些普遍適用的零件，即使在普通機(jī)床上進(jìn)行生產(chǎn)也完全能夠進(jìn)行，因?yàn)樵S多需求量大生產(chǎn)工藝相對(duì)簡單的零件加工，普通機(jī)械加工技術(shù)在大量的生產(chǎn)工作實(shí)際過程當(dāng)中，不斷的進(jìn)行工藝的改進(jìn)，改進(jìn)后本身的生產(chǎn)技術(shù)水平完全能夠滿足這些零件加工的需求；還要一些零件不需要全部進(jìn)行數(shù)控技術(shù)生產(chǎn)，只需要將核心技術(shù)用于數(shù)控加工進(jìn)行生產(chǎn)即可，如果一味的追求數(shù)控加工生產(chǎn)，會(huì)給數(shù)控加工技術(shù)帶來更多的繁瑣的步驟，耗費(fèi)較多的設(shè)計(jì)工序，就不如將數(shù)控加工技術(shù)和機(jī)械加工技術(shù)結(jié)合起來，讓產(chǎn)品生產(chǎn)成本降低，優(yōu)化產(chǎn)品生產(chǎn)結(jié)構(gòu)，達(dá)到經(jīng)濟(jì)效益的最大化。由此可以總結(jié)出數(shù)控加工合理性的兩個(gè)因素分別是：第一個(gè)因素，加工零件的復(fù)雜程度，對(duì)于加工起來復(fù)雜程度高的，要求精確度高的，品種種類較多的，但是生產(chǎn)規(guī)模市場需求量相對(duì)較小的，采用數(shù)控加工技術(shù)進(jìn)行加工，會(huì)花費(fèi)較少的人工成本，也會(huì)減少產(chǎn)品的不合格率，能夠帶來較大的經(jīng)濟(jì)效益。第二個(gè)因素，根據(jù)加工零件的性質(zhì)和工藝要求進(jìn)行分類加工。將不同類別的加工零件采用不同的數(shù)控加工技術(shù)，以獲得生產(chǎn)配置的最優(yōu)化，減少數(shù)控機(jī)床的損壞率和利用率。盡量不要將原材料直接在數(shù)控加工機(jī)床上進(jìn)行直接加工，盡量將原理通過普通機(jī)床進(jìn)行粗大加工，將其加工成零件的毛坯，再將毛坯料加入到數(shù)控加工機(jī)床上進(jìn)行生產(chǎn)，提高經(jīng)濟(jì)效益。

2.2數(shù)控加工的工藝性分析

對(duì)于數(shù)據(jù)加工工藝性分析，主要應(yīng)從數(shù)控加工的可行性和方便性這兩大方面進(jìn)行考慮。所以考慮可行性和方便性這兩大方面，就要從數(shù)控加工設(shè)計(jì)的圖紙進(jìn)行分析。首先，分析零件設(shè)計(jì)圖紙中所標(biāo)注的尺寸是否具有可行性，是否符合數(shù)控加工編程設(shè)計(jì)的方便性。要考慮設(shè)計(jì)圖紙上標(biāo)注的尺寸是否能正確構(gòu)成數(shù)控加工技術(shù)，還要考慮設(shè)計(jì)圖紙上所建立的幾何形狀能否在數(shù)控編程中體現(xiàn)出來，數(shù)控編程分為手動(dòng)編程和自動(dòng)編程兩種類型，在設(shè)計(jì)數(shù)控加工時(shí)一般會(huì)采用手動(dòng)編程進(jìn)行模擬，以驗(yàn)證其操作的可行性。但在這樣的驗(yàn)證方法也存在著一定的弊端，手動(dòng)編程中零件輪廓的基本坐標(biāo)是由手動(dòng)計(jì)算構(gòu)成的，但是在自動(dòng)編程中零件的幾何形狀是由系統(tǒng)根據(jù)數(shù)據(jù)自動(dòng)生產(chǎn)的，如果設(shè)計(jì)圖紙上某一坐標(biāo)標(biāo)注錯(cuò)誤或模糊，則在自動(dòng)編程中無法繼續(xù)進(jìn)行自動(dòng)編程。其次，要分析的是各個(gè)零件加工的工藝性與數(shù)控加工技術(shù)符合的程度。在前面我們應(yīng)該介紹過了數(shù)控加工技術(shù)的特點(diǎn)，內(nèi)容過程嚴(yán)密設(shè)計(jì)內(nèi)容復(fù)雜和高度的復(fù)合屬性。對(duì)于加工的零件要求的工藝性是否需要進(jìn)行數(shù)控加工，對(duì)于只需要進(jìn)行簡單加工的零件，不必動(dòng)用設(shè)計(jì)復(fù)雜難度大的數(shù)控加工設(shè)計(jì)；還要分析對(duì)于加工的零件是否需要較多的生產(chǎn)工藝和步驟，對(duì)于只需要一兩步進(jìn)行簡單加工的零件，不必采用數(shù)控加工技術(shù)。對(duì)于加工技術(shù)要求精密性不高的加工步驟，也不必用數(shù)控加工技術(shù)。

3工序劃分及刀具路徑設(shè)計(jì)

3.1加工外側(cè)面

銑削外側(cè)面刀具路徑，加工方式采用平面銑，走刀方式為輪廓，注意要采用圓弧進(jìn)退刀。

3.2加工上部成型面

工序?qū)Ш狡髦械牡?步粗銑5個(gè)平面，第2步精銑5個(gè)平面，第3、4步粗銑兩個(gè)豎直面，第5、6步精銑兩個(gè)豎直面，第7步粗銑5個(gè)曲面，第8步精銑5個(gè)曲面。平面加工采用面銑，豎直面加工采用平面銑，曲面加工采用固定軸曲面銑的區(qū)域銑削方式。

3.3加工內(nèi)側(cè)面

加工內(nèi)側(cè)面時(shí)，為了保證尺寸100+0.50mm，在精加工時(shí)應(yīng)將加工余量設(shè)置為-0.25mm，所以2D實(shí)體切削仿真時(shí)顏色顯示為紅色是正常的，并沒有過切。第1步采用T1銑刀粗加工，第2步采用T2銑刀精加工，加工方式采用型腔銑中的等高加工。

3.4加工底部成型面

底部成型面的平面采用面銑，豎直面采用平面銑，曲面采用固定軸輪廓銑中的區(qū)域銑削方式。

結(jié)語

本設(shè)計(jì)方案是在對(duì)多套設(shè)計(jì)方案進(jìn)行綜合比較的基礎(chǔ)上，經(jīng)過理論分析和實(shí)踐檢驗(yàn)后最終確定的，總結(jié)制動(dòng)缸底座在數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)過程中主要注意以下幾點(diǎn)：（1）由于毛坯為模鍛件，沒有加工精基準(zhǔn)，正確選擇精基準(zhǔn)可以給后續(xù)加工帶來很大方便。（2）工件形狀決定了加工過程中要經(jīng)過多次裝夾，而且是批量生產(chǎn)，所以夾具設(shè)計(jì)是十分關(guān)鍵的，在裝夾中不僅要保證裝夾可靠、穩(wěn)定、快速，還要防止工件由于夾緊時(shí)引起的受力變形和振動(dòng)，如設(shè)計(jì)方案中墊塊和活動(dòng)頂鎬的使用就能起到很好的作用。（3）由于工件待加工面多，所以工序及工步的安排是否合理不僅關(guān)系到工件質(zhì)量，也影響到加工效率，應(yīng)盡可能將待加工面放置為水平面或豎直面進(jìn)行加工。這樣才能得到更好的表面質(zhì)量，同時(shí)加工效率高。（4）工件每次重新裝夾后，加工坐標(biāo)系G54的位置都是變化的，要根據(jù)上道工序結(jié)束后的工件實(shí)際形狀和裝夾位置來設(shè)置G54，這樣才能保證工件質(zhì)量，提高加工效率。（5）針對(duì)工件上的不同類型的加工面，要充分利用UGNX軟件的CAM模塊提供的多種加工方法和走刀方式合理設(shè)計(jì)刀具切削路徑，水平面和豎直面可采用平面銑或面銑，斜面可采用等高銑，各類粗加工盡可能采用型腔銑，單一形狀的曲面采用“曲面”走刀方式，復(fù)合曲面采用“區(qū)域銑削”方式，這樣才能既保證加工質(zhì)量又節(jié)省加工時(shí)間。

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（作者單位：中車唐山機(jī)車車輛有限公司）