李保國

(長春軌道客車股份有限公司 吉林 長春 130000)

1 引言

中國鐵路歷經(jīng)數(shù)次提速，采用的客車均為電動車組。車體結(jié)構(gòu)主要采用鋁合金材質(zhì)，具備質(zhì)量輕、耐腐蝕，外觀平整度好、材料可再生利用等諸多優(yōu)點。鋁合金車體主要由底架、側(cè)墻、車頂、端墻等大部件組成。以底架為例，采用的是與車體等長的中空型材插接組焊而成。焊接后的工件產(chǎn)生很大的變形，平面度、直線度都與理論建立的模型有很大的差距，給整體加工帶來了相當大的困難。本文從設備工裝、加工工藝及程序編制幾方面分析，結(jié)合制造業(yè)先進的高速加工技術，提供了底架整體加工高質(zhì)高效的解決方案。

2 加工設備及工裝方案

加工設備的選擇。鋁合金材質(zhì)較軟，本身的切削特性決定了加工應優(yōu)先采用高轉(zhuǎn)速大進給的工藝。鑒于高速大型設備的迅猛發(fā)展，以及大部件整體加工后的效率質(zhì)量優(yōu)勢，我們公司采用了德國FOOKE公司生產(chǎn)的龍門移動式五軸聯(lián)動高速加工中心。其走行軸尺寸均滿足工件整體加工的要求；42KW電主軸HSK－A100刀柄系統(tǒng)的主軸頭，滿足鋁合金切削高轉(zhuǎn)速大功率低扭距的特性。

機床采用Sinumerik840D系統(tǒng)。在加工編程中，通過對系統(tǒng)功能的理解掌握，利用其開放式功能循環(huán)的結(jié)構(gòu)特點，結(jié)合實際工藝要求，進行編程二次開發(fā)。Sinumerik840D數(shù)控系統(tǒng)中的循環(huán)，尤其是工藝循環(huán)和測量循環(huán)的開放性主要體現(xiàn)在兩方面：(1)所有的工藝循環(huán)和測量循環(huán)都是以子程序的方式提供的，因此如有必要可以進行修改；(2)根據(jù)工藝要求，用戶可以非常方便地編制自己的用戶循環(huán)。由于機床加工面積龐大，整體工作臺造價高，安裝困難，所以放棄了整體工作臺方案，采用了分段工作臺方案。而工裝與工件加工位置發(fā)生干涉要求裝夾位置必須具備靈活可調(diào)的功能，于是采用雙縱向?qū)к壣习惭b可移動橫梁作為基座、上面均布提升工件高度的折疊工裝的裝夾方案。

3 加工工藝分析

3.1 概述

鋁合金底架采用整體加工工藝，一次裝夾可以完成所有部位加工。相較于單件加工后組焊，有利于保證各加工要素間的尺寸精度，同時節(jié)約大量單件加工胎位。組焊后的底架通過測量補償方法，可以將焊接變形導致的誤差降到最低。

3.2 T槽去除工藝

底架使用擠壓型材，故T槽貫穿于整個工件長度。由于存在局部變形過大，銑削加工需要預留5毫米或更高的加工余量，加工后使用人力打磨完成。經(jīng)工藝創(chuàng)新完全摒棄了小直徑鑲焊銑刀走方形刀路，單根切深10毫米多層銑削，然后人工測量再次銑削的方案。

對于焊后變形的難題，采用雷尼紹工件測量系統(tǒng)進行解決。對需要加工的部位進行自動探測，存儲到系統(tǒng)內(nèi)變量內(nèi)，加工時程序自動取值進行補償，省去了手工測量的繁瑣，減少了人為因素對加工精度的影響，且加工后可直接達到圖紙要求。

加工刀具選擇采用新型大直徑機夾銑刀。刀具直徑近似于原用刀具的3倍，刀具剛性、抗沖擊性大大加強，特別適用于中空型材切削環(huán)境不斷變化的情況。相同轉(zhuǎn)數(shù)下，線速度大幅度提升，切削深度可以達到T槽的高度，進給倍率可以提高到3500-4500毫米每分鐘，相應的金屬去除效率能夠提高4倍。加工時，此銑刀直徑可以同時覆蓋T槽兩根立筋，加工只需走一條直線便可完成，刀具路徑減少一半以上，加工效率成倍的提升。

經(jīng)上述分析，智能高效的加工程序成為解決問題的關鍵點。底架上需加工T槽部位眾多，如果只是利用Sinumerik840D系統(tǒng)中的固定循環(huán)進行單點測量，效率提升不大?？梢岳孟到y(tǒng)循環(huán)的開放性進行二次開發(fā)，對各加工部位進行連續(xù)測量，一次性測量儲存所有補償數(shù)據(jù)。

首先對加工的部位進行分類，長度超過300毫米的進行多點測量。然后進入系統(tǒng)的用戶變量文件，定義需要使用的全局變量。利用系統(tǒng)的測量循環(huán)編制子程序，主要實現(xiàn)功能：根據(jù)主程序中的參數(shù)，測量的類型，測量取值存儲到已經(jīng)定義的變量內(nèi)。充分利用參數(shù)變量傳遞功能，將測量程序與加工程序聯(lián)系起來，這樣有利于在加工過程中不斷的進行補償，以彌補大部件焊接造成的工件變形。

測量主程序示例：

……

N75 X_SPoint=500

N80 Y_SPoint=1480

N85 Z_SPoint=10

N90 X_Length=2000

N95 Y_Width=50

N100 X_DJ_Dis=trunc(X_Longth/(5-1))+1

N105 DJ_TYPE=5

N110 OrderN=1

N115 DJMe_Sub(……)

……

程序注解：N75、N80、N85對加工T槽的XY位置進行賦值；N90、N95賦值T槽的幾何參數(shù)；N100均分加工的長度，確定兩測量點之間的距離；N105、N110確定加工部位的類型數(shù)量；N115調(diào)用測量子程序。

測量之后的銑削加工程序框架完全套用測量程序，但是在主程序內(nèi)需要定義切削深度Z_Step、進刀方向Y_Direct兩個參數(shù)。這樣在銑削加工時，就可以通過修改程序內(nèi)參數(shù)的賦值，完全控制銑削狀態(tài)完成加工。

3.3 地板面孔去除工藝

地板型材厚度達到70毫米，需要加工大量的長形或圓形安裝孔。按照固有方式，利用機床系統(tǒng)內(nèi)的固有循環(huán)進行加工。此種工藝需把孔內(nèi)的型材完全切碎，循環(huán)分層進刀。使用之后反應出問題，一是耗時長，二是容易使焊縫區(qū)域的立筋撕裂，加工質(zhì)量及效率均達不到要求。

經(jīng)分析計算，地板型材在銑削孔時有效切削深度約為10毫米，其余均為空腔，只有在切削焊縫及立筋時，會導致切削量瞬間變大。于是采用直徑32毫米底刃過中心具備鉆銑功能的立銑刀，先利用固定循環(huán)鉆銑焊縫區(qū)域，然后直接落料，深度方向控制在2至3次切透型材，加工時間只有原來的1/3，加工質(zhì)量及加工效率均有提升。

程序編制時，對孔的位置、長度、寬度、半徑、深度都進行參數(shù)化定義，目前已固化加工孔類的工藝循環(huán)程序，具體程序略。加工類似工件時，只需要修改上述參數(shù)，便可快速完成程序編制工作。

4 結(jié)語

(1)以上加工工藝，已經(jīng)在多種底架加工中得到充分應用，實際效果達到了使用要求，并大幅度提高了加工效率。

(2)利用Sinumerik840D子程序語言編寫參數(shù)化的工藝循環(huán)和測量循環(huán)，已在多臺大型數(shù)控龍門銑上應用，實際運行達到了程序設計要求。此程序可避免重復編程，便于閱讀和調(diào)試，提高了工藝人員的編程效率。

1、王炎金，鋁合金車體焊接工藝，2009.12

2、SINUMERIK 840D/840Di/810D 基礎部分

3、SINUMERIK 840D/840Di/810D 工作準備部分