西門子地鐵構架修復工藝

南車戚墅堰機車有限公司 （江蘇常州 213011） 侯建蓉 吳建洪

西門子地鐵構架是轉向架的骨架，它是將轉向架的各個組成部件聯接起來，保證它們之間的相互位置關系，在機車運行過程中承受各種支撐和傳遞各種力，是機車走行部件的關鍵件。在我公司承接的西門子城市軌道車（地鐵客運車）構架修理項目中，由于其形狀復雜，設計精度要求高，構架與輪對的安裝部位空間角度的V面型腔多，這給構架在上機床修復定位帶來了很大的困難。由于地鐵在運行過程中構架的各基準部位均受到不同程度的磨損和變形，這就給修理增加了難度。為了解決以上問題，需要設計特定的工藝裝備來保證構架修理的尺寸形狀精度，同時能做到提高修理生產效率。本文通過對西門子構架修理時遇到的難點進行詳盡的分析，依據工裝設計的基本思路，設計了科學合理的工藝裝備，從而解決了修理地鐵構架的難題。

1.西門子地鐵構架修理的主要參數

構架為全焊接式H形結構，主要由左右側梁、前后橫梁、上電動機支架、下電動機支架、制動座等部件組成。圖1為西門子地鐵構架實物。

圖1 西門子地鐵構架實物圖

西門子地鐵構架在長時間、重載荷運行過程中，構架上電動機支架螺紋孔及下電動機支架腰形孔均存在不同程度的磨損，需要通過工藝手段修復到原設計精度。修理后需滿足以下精度要求：

（1）重新加工上電動機支架螺紋孔，滿足修復后的螺孔中心到車軸中心距離（695±2）mm，平行度為0.2mm；滿足到上電動機支架前端的距離（21.5±0.1）mm。

（2）銑削下電動機支架端面及腰形孔，滿足下電動機支架端面到上電動機支架段端面距離(6.5±0.3)mm，

（3）銑削上電動機支架水平面，需滿足與腰形孔中心線平行度為0.5mm，具體如圖2構架設計圖樣要求。

圖2 構架設計圖

2.夾具的設計和制造

通過圖樣分析可知，構架在數控機床加工時，如何快速校調，準確裝夾，找準構架的車軸中心基準，是修復工藝中的最大難點。為滿足工藝需要，設計制作了專用的夾具，夾具結構如圖3所示。

圖3 夾具結構

該夾具的功能是在銑削工位時定位與夾緊工件，使構架相對機床有正確的位置和良好的聯接，從而能夠精確、高效地完成構架的修復加工。該夾具采用車輪軸安裝V形槽定位，其聯接板中的測量用基準直線平面與V形槽中心線剛好重合。校調構架時，只要先將該裝置裝入構架的V形槽，將兩頭的回轉壓板壓緊（必須用測力板手），采用數控測量頭將構架輪軸安裝V形槽與構架的中心軸線校調垂直。以此為基準測量螺孔與V形槽中心軸線的平行度滿足0.20mm以內。

（1）夾具的設計：構架Ⅰ、Ⅱ輪軸中心也是V形安裝槽的中心，所以夾具體與構架的定位基準選定V形定位體2。夾緊裝置采用V形定位形式，圖3中夾具體基座10上的測量塊5一側平面與V形定位塊2的中垂面必須重合。V形定位塊的V形面的角度必須滿足空間角度（即22°與106°的復合角），這也是構建V形安裝槽的角度。如圖4所示V形定位塊所示，A面與B面的夾角為22°，C面與D面的夾角為106°。

圖4 V形定位塊

（2）夾具的制造：將夾具體安裝在五面體加工中心上，校調好后，用壓板夾裝牢固，對其進行機械加工，主要是加工V形定位塊及測量塊5。由于V形塊復合角度的原因，在加工中心上進行機加工C面與D面時，需調整加工中心角度附件銑頭的角度，使其滿足V形塊加工的要求。首先將加工中心的角度銑頭垂直水平方向轉動11°，然后再沿加工中心工作臺面運行方向轉動53°，選定好大于加工斜面的盤銑刀，編制相對應的數控加工程序，對其進行加工，相關機械加工參數要求均由加工中心的精度來保證。

3.西門子地鐵構架修理工藝流程

（1）夾具的安裝：清潔銑削夾具與構架聯接的工作面，將銑削夾具安裝在數控龍門銑床上，使用百分表裝夾定位在夾具的對應位置上打表（注意選擇夾具合適的位置），其參考為裝配在夾具中間的測量塊。夾具的安裝平面與數控龍門銑床工作臺面的平行度要求小于0.2mm，圖5中測量塊測量平面在X軸方向與加工中心Y軸的垂直度要求，校調準確無誤后，將該裝置用壓緊螺栓與加工中心工作臺面聯接，并擰緊。

圖5 校調測量塊

（2）工件的安裝：夾具的V形定位塊2與車輪軸安裝V形槽配合定位，由于夾具上四只V形定位體在定位時，三個直線軸上過定位。但由于定位在X軸方向上定位面相對較短，只占構架總長的1/5，而且定位面A、B面是成22°的斜面，可以通過在另一車軸上安裝輔助支撐，校調整個構架在Z方向上的高度一致，確保四只定位體與構架V形槽配合間隙用0.02mm塞尺檢查不通過來削除過定位。

將構架Ⅰ軸中心位置放在銑削夾具上，Ⅱ軸中心使用輔助支撐，如圖6所示，校準構架的4個低法蘭底平面，確保四個法蘭底平面的平面度在1mm內。校調好構架后對構架進行夾緊，夾緊后如圖7所示。

圖6 輔助支撐安裝示意圖

圖7 工件夾緊示意圖

加工構架的第Ⅰ軸端，只允許加工銑削夾具固定端的第一個上、下電動機支架的一邊，在加工另一邊（即第Ⅱ軸端）時必須將構架掉頭， 操作參照上面步驟。

4.加工流程

（1）選用的加工設備是數控龍門鏜銑床。首先對A基準平行度控制在0.2mm內（見圖2），使用測量平板放置在電動機支座的上面。如果平行度符合圖樣0.2mm要求，那就往下進行，否則需要對電動機支座上的螺紋孔安裝螺套（參照標準DIN8140），使用螺套來保證對A的平行度在0.2mm要求以內。螺套的加工方案參照圖8所示，新的螺紋中心必須保證距A基準（695±2）mm。

圖8 螺套結構示意圖

（2）主軸銑頭安裝立銑刀，銑上電動機支座的前面，保證尺寸（21.5±0.1）mm。

（3）立銑刀銑上電動機支座的后面，保證尺寸（43 ±0.2）mm。

（4）換45°倒角刀對上電動機支座最上面加工2mm×45°的倒角。

（5）換角尺銑頭銑下電動機支座的前面，保證尺寸（6.5±0.3）mm。

（6）上電動機支座的前面和后面的尺寸14mm必須得檢查。如果尺寸小于14mm，換立銑刀加工，深度尺寸不能超過15.5mm。

（7）檢查上電動機支架平面相對B的尺寸291mm及平行度0.5mm，如果尺寸超差，需要使用立銑刀對下電動機支架的腰形孔進行擴孔至26mm，來滿足0.5mm的平行度設計要求。圖9為在加工腰形孔。

圖9 加工腰形孔

（8）復檢加工尺寸后，將構架調換位置進行另一軸的加工。

5.結語

采用以上修復工藝，批量修復構架時，只需安裝一次夾具，即可批量對構架進行加工，無需再調整和測量。不僅有效地保證了構架的制造質量，而且大大提高了修理的效率。目前修復的200臺份西門子地鐵構架已經應用于上海地鐵公司，為公司創造了較好的經濟效益，修復工藝水平得到了市場的認可。通過此次西門子地鐵構架的成功修復，也為公司在轉向架構架修理領域爭取更多的市場份額打下了良好的基礎。