高速動車組司機室前墻加工工藝方法研究

王 雋,劉明雪,李保國,劉 勇,王 宇

（長春軌道客車股份有限公司，長春 130062）

高速動車組司機室前墻加工工藝方法研究

王 雋,劉明雪,李保國,劉 勇,王 宇

（長春軌道客車股份有限公司，長春 130062）

本文通過對CRH380B型高速動車組的EC01車司機室前墻的組成的數控加工工藝方法和加工工藝方案的確定，以高速動車組的司機室前墻組成的數控加工工藝作為范例，對怎樣解決易變形問題，怎樣裝夾零件，以及編制數控加工程序時的應注意事項進行深入探討。從而對工程技術人員的技藝起到很大的幫助與借鑒。

正確裝夾；數控加工；CAD/CAM

在高速動車制造中，復雜的鋁合金組焊件加工具有十分重要的地位，現以CRH380B型高速動車的司機室前墻組成加工為例，對這類零件的特點、變形的原因和工藝特點進行分析，并提出數控加工的工藝措施，以及利用高速銑的技術特點和運用Delcam對零件數控加工程序進行編制。

1 司機室前墻組成的銑削平面變形分析

由于司機室前墻獨特的結構，在加工中司機室前墻容易產生各種變形。其主要原因，是由于在加工完成過程中司機室前墻組成，組成裝夾時不僅受夾緊力的作用，加工時還受沖擊力的作用，因而導致個別工件的尺寸出現超差的問題。所以，選擇適當的加工方式，可以避免外載荷對內應力的平衡造成破壞，也可以降低加工變形產生的概率，然而只有從根本上消除或者減少殘余應力才使從根本上解決產生變形成為可能。

2 司機室前墻組成加工的工藝性分析

前墻組成加工在數控加工中心上的完成，材料為鋁合金材質6005A-T6 EN755-2-1997，該零件形狀復雜，使加工和檢驗都存在相當大的難度。（零件三維軸側圖，如下圖所示）。

零件加工難點分析：

（1）（如上圖所示）由于該組焊件給工件裝夾帶來的空間有限，所以在平面銑削時必須一次裝夾，如果采用二次裝夾的方式，出現接刀痕是必然的，因此加工后的工件粗糙度是不合格。那么如何對工件裝夾是一個急切解決的問題。

（2）該零件的加工輪廓表面下側還有17度的反倒角，由于此加工零件外形輪廓十分復雜，如果采用二次裝夾銑削的方式，反倒角會導致銑削基準無法重合，因此使得銑削反坡口倒角時的外形輪廓不隨形。所以在加工工藝方面、工裝設計和選擇刀具時應該慎重考慮。

（3）該零件是2100×1500×480mm的鋁合金組焊件，銑削平面面積比較大，組焊后的平面度能否滿足加工要求（圖紙設計要求最大銑削深度為3mm），及加工時容易因振刀影響平面的粗糙度和公差，也應該作為工藝上的加工難點。

3 加工工序的設計、刀具的選擇及參數的選擇

加工此類零件，首先應解決裝夾問題，這是加工的前提準備工作。那么解決裝夾工件不應壓在要銑削的平面上，其解決措施是在加工余量小的工件外形部位焊接100×100的小連接板，把工裝壓在連接板上，由此解開裝夾到加工平面的難題。（由于銑削平面需要反復倒工裝，這樣勢必會出接刀痕而影響銑削平面的加工精度）。

現在我們根據前墻組成的加工零件的具體特點，將該零件加工工藝流程設計為：檢測工件平面度→粗銑平面→精銑平面→粗銑上部外形輪廓→粗銑（外形前板）→精銑外形輪廓→銑削外形輪廓反倒角→鉆孔→鉗工（攻絲及去毛刺）→檢驗→表面處理。加工平面為零件的加工順序的第一步，此時工件的剛性相對較好，且加工中的振動影響程度也比較小，這樣有利于確保零件符合設計的粗糙度和平面度要求及對其尺寸要求。采用特殊反坡口銑刀進行的加工方式，能夠將第二個加工難題有效解決。

現將在FOOKE五軸加工中心上加工該零件，其最高轉速標準為16 000 r/min，在加工該零件時，將轉速設定為8 000 r/min，銑削平面時的每刀切深設定為0.5 mm，進給量設定為4 000 mm/min，這就使零件表面粗糙度提高了，振刀現象也消除了。刀位軌跡在進行規劃時，我們除了對刀軌無干涉無碰撞等因素有考慮外，還要考慮以下對編程的要求：1）刀軌的突然變化方面盡量避免；2）應最大限度地使加工殘區減少或消除；3）多余空刀盡量避免；4）切削參數要保持穩定；5）刀具切入工件時動作要緩慢。垂直進刀，能夠使進刀路徑最短，而其缺點是：在刀具垂直切入工件時，它的軸向負載強度會劇增，極易引起刀具方向偏斜，而造成加工質量的下降和刀具壽命的縮短，因此在使用這種進到方式時要慎重考慮。切向進刀，對高速加工非常適合，在工件外進刀方面比較常見。斜向進刀，能使刀具漸進地切入工件，切削力小，這種進刀方式在當前高速加工中是較好選擇。由此該零件加工應采用切向進刀方式。

在自動編程過程中，如果能依照上述要求去設計刀路，不僅能夠適應高速走刀，切削時間減少，還能將主軸振動與偏斜影響減小。這對加工生產率的提高，加工平穩性的提高，刀具壽命的延長，以及加工質量的改善都將大有益處。

考慮到零件數控銑削工件平面及其復雜的外形輪廓，該零件用手工編程根本無法實現，因此零件程序編制需要在Delcam上完成。加工程序的編制步驟為：輸入模型→定義毛坯→選擇刀具→產生加工策略→模擬仿真刀具路徑→產生和輸出后處理NC程序。

零件的加工效果就是該零件經過車間精心地加工試制，其能完全達到設計圖紙要求。然而這還不是最適宜的加工方案，在后續批量生產中還需要設計專用夾具，以實現快速工件裝夾與定位，使加工效率得以提高，產品質量的優良性得以保證。

4 結束語

在數控加工技術迅猛發展的今天，使得很多以往使用傳統的加工工藝方法無法實現的加工過程成為可能，關鍵在于解決相關的工裝夾具，選用合適的刀具，及運用CAM系統的功能對零部件加工工藝路線進行控制，輸入相關加工參數，然后在CAM中編制刀具路徑程序，三維加工動態仿真，由此生成加工程序并輸送到數控機床得以完成自動化加工。該加工步驟是現代化零部件生產的過程及發展趨勢，它能夠將復雜零部件的生產過程簡化為單個機械零件的數控自動化生產步驟，所有裝配設計和數控加工的編程過程都能夠利用CAD/CAM軟件在計算機上設計完成。它改進了傳統的產品工藝制造手段，大大地縮短了產品制造周期，有效提高了產品的精度、質量和生產效率。

[1] 李偉光主編.現代制造技術[M].北京：機械工業出版社，2001

[2] 孫全平.高速銑削刀軌優化技術的研究 機械科學與技[J].機械科學與技術，2004（08）.