鐵路客車轉向架構架加工設備選型

■唐山軌道客車有限責任公司（河北 063035）李秀艷 王雪嶺 杜永強 鄭建科 王 偉 裴 鵬

隨著軌道交通車輛的升級換代，對軌道車輛的制造技術要求也越來越高，為滿足新產品發展需要，結合總體布局及總體工藝規劃，對各型轉向架的制造技術提出新的要求。以豐富產品結構為主線，以高速動車組、普通鐵路客車、城軌車輛生產為重點，投資新建了轉向架生產基地，從設備、制造工藝及操作者能力等多個環節來提高轉向架生產制造能力。

構架制造技術是轉向架制造技術中的關鍵，構架是列車承載和傳力的基體，也是轉向架眾多部件聯接的主體骨架，是一個受力復雜的結構部件，它不僅承載車體上部所有裝備的重量，而且承載并傳遞列車運行中產生的垂向、縱向和橫向三個不同方向和大小的動作用力，因此構架必須具備足夠的強度和剛度。前期，公司轉向架構架的加工設備只有一臺20世紀90年代引進的本間龍門加工中心，設備老舊，后來又引進一臺臥式鏜銑加工中心，由于產品結構及工裝等方面的原因，加工效率不高。隨著轉向架產品質量要求的提高和數量的增加，這兩臺設備的性能和加工能力遠遠不能滿足目前市場的需求，尤其是不能滿足城軌車和城際車轉向架構架加工的要求。目前的制造技術規劃方案要求是既可以加工普通鐵路客車209P、200K構架，又可以加工地鐵車A型地鐵、B型地鐵和C型地鐵構架，還可以加工高速動車組時速160km/h、250 km/h、350 km/h的構架，這就要選擇適合各種構架加工的設備。

1.各種轉向架構架的結構分析

目前鐵路客車品種很多,有普通鐵路客車、城軌車及高速動車組等，其轉向架構架的結構、加工部位和加工精度也有所不同，因此需要加工設備的加工范圍、性能要求也不同。

附圖a所示為普通客車200K轉向架構架結構示意圖，整個構架為全焊接結構，加工部位空間比較寬松，只有兩處加工時對設備要求較嚴格，一是反面帽筒底面的加工，距定位座上平面的距離為475mm，這就要求加工設備主軸要伸出一定的長度，同時還要保證剛度，以免在加工過程中因主軸剛度不足引起振動，影響加工質量；二是定位座內擋的加工，內擋為大面加工，且每個構架有4處，加工量很大，需要將機床主軸伸到定位座內擋里來加工，由于定位座內擋寬為200mm，則要求主軸頭厚度不大于130mm，加上面銑刀厚度不大于180mm，才能實現定位座內擋加工。

附圖b所示為B型地鐵轉向架構架的結構示意圖，B型地鐵構架在城軌地鐵構架中比較典型，為全焊接結構，由于構架橫梁上帶有電機吊座、齒輪箱吊座以及橫向止擋等，造成加工部位空間相比200K轉向架構架緊張，如兩側梁內側面上深180mm孔的加工需要從內側進刀，空間長度尺寸為約400mm，這就要求主軸直角銑頭厚度和刀具長度總長小于400mm，且功率和轉矩都還不能太小，才能實現加工。

附圖c為CRH3A型轉向架構架的結構示意圖，CRH3A型轉向架構架在高速動車組轉向架中具有代表性。該構架為全焊接結構，其側梁和CRH3C、CRH3G的相同，橫梁和CRH3C的相近，整體結構緊湊、加工部位多、加工精度高、加工難度大。主要的加工部位有轉臂定位座部分、電機吊座部分、齒輪箱吊座部分、制動缸吊座部分、帽筒、連接座、牽引拉桿座及橫向止擋座。受加工空間和功率等因素的限制對設備性能要求很高，如在加工定位座時需用直角銑頭，由于內側有制動缸吊座干涉、外側有連桿座干涉，所以選用的直角銑頭外形尺寸則有一定的限制，同時功率和轉矩也要滿足批量生產要求。

普通客車200K、城軌車B型地鐵、高速動車組CRH3A轉向架構架加工示意圖

2.設備選型的主要技術要求

設備選型是一項細致而復雜的技術工作，其主要工作內容包括加工對象與內容的確定、機床類型與型號的選擇、機床規格參數（含精度指標）的確定、數控系統與數控功能選擇、刀庫容量與自動換刀裝置的確定、機床附件、工具與配套設備選擇和生產廠家選擇。此外，還要綜合考慮車間現場布局條件、公司承擔能力、操作者與維修工的技術水平、機床廠售后服務、備件供應、機床能耗及環境污染等各方面情況。

目前數控加工中心的種類很多，有動梁的、定梁的、工作臺移動的、龍門移動的、交換工作臺的及臥式鏜銑等，結合公司的產品結構、所加工產品的精度等級、設備的性價比和單位資金等方面的能力，最重要的一點是要滿足上述主要加工產品的特點，通過多方面的調研和總結之后，初步鎖定了進口定梁龍門加工中心。

根據加工產品的精度等級要求，選用龍門固定工作臺移動式的龍門結構、全閉環控制的龍門加工中心必須具備以下要求：要配備多個附件頭；選用龍門立柱之間通過工件的最大寬度≥3300mm；工作臺尺寸≥2500mm×8000mm；X軸（工作臺移動、速度調節為無極）行程≥8500mm，Y軸（溜板橫向移動）行程≥4500mm，Z軸（滑枕垂向移動）行程≥1300mm。結合公司原有本間加工中心的使用情況以及對各設備廠家的調研情況，選定主軸（主銑頭）連續輸出功率≥60kW、最大轉矩≥1800N·m、主軸（主銑頭）輸出轉速最低≤5r/min、最高≥2000r/min，滑枕尺寸要求≥500mm×500mm。主軸（主銑頭）要求具有油溫恒定功能，為了使用刀具的一致性，選用主軸（主銑頭）適應ISO50刀柄。為滿足工件的加工精度，除了設備具備內冷功能和配備小附件頭外，還對設備精度提出了一定的要求，主軸端面跳動≤0.005mm，主軸徑向跳動≤0.005mm（近端）/≤0.008mm/300mm（遠端），X、Y軸定位精度≤0.020mm/2000mm，X、Y軸重復定位精度≤0.010mm，Z軸全行程內定位精度≤0.020mm、重復定位精度≤0.010mm。另外，由于產品結構復雜，即加工城軌、地鐵轉向架構架又加工高速動車組轉向架構架，所用刀具品種較多，則要求設備配備鏈式刀庫及自動換刀裝置，刀庫中刀位數量不低于60個，相鄰刀位間距不低于125mm，可換刀最大直徑不低于315mm，可換刀最大長度不低于500mm，可換刀最大重量不低于30kg。換刀時間（T－T）不超過15s，具有雙向擇優選刀功能。

3.選定加工中心設備及附件頭

通過加工產品的圖紙分析和對設備參數的要求，經過與多個廠家交流，最后選定進口龍門加工中心。此龍門加工中心的結構為龍門固定工作臺移動式、橫梁固定的龍門結構及全閉環控制。

（1）主要技術參數。按照加工產品的特點及初選設備要求的主要特征參數，最終選定的設備為龍門框架式加工中心，其主要技術參數如表1所示。

表1 龍門框架式加工中心主要技術參數表

（2）設備主要結構和特點。選定設備的基本結構為龍門固定、工作臺移動的龍門框架式加工中心，銑頭溜板沿橫梁導軌左右移動，銑頭滑枕沿溜板導軌垂直移動，能實現X、Y、Z三軸聯動。

設備由床身、工作臺、立柱、橫梁、溜板、滑枕、液壓系統、潤滑系統、冷卻系統、自動排屑系統、氣動系統、數控系統、電控柜、刀庫及附件頭庫等組成。適合于五面加工，具有銑、鉆、鏜和攻螺紋等功能。工作臺上均設有標準T形槽，其中在縱向設置一條高精度的T形槽，與X軸的平行度≤0.05mm；在橫向設置一條高精度的T形槽，與Y軸的平行度≤0.05mm。高精度T形槽槽寬精度不低于H6，其他T形槽槽寬精度不低于H8。T形槽深度為28mm，間距為200mm。X、Y、Z軸采用光柵全閉環測量系統，工作臺在預載直線導軌上滑動，滑枕在Y軸上橫向移動，在Z軸上垂直移動。控制系統為西門子840D數控系統，有程序模擬加工功能，滿足三軸聯動、五面加工功能。

（3）配備附件頭的要求。作為龍門加工中心，尤其是加工構架的龍門加工中心，附件頭是必需的，借用附件頭可以完成工件的五面加工，對于不同的附件頭，可以解決各種結構不同的加工部位。為能滿足這些構架的加工，除了主軸頭外，設備還分別配備了5個附件頭（見表2），即加長附件頭、直角附件頭、加長直角附件頭、窄直角附件頭及萬能附件頭，以滿足各種轉向架構架的加工。

除以上附件頭外，設備還配備圓盤型附件銑頭頭庫一個，內設頭位數6個（5個座用于附件頭、1個座用于蓋板），能夠對設備配備的所有銑頭實現自動更換，換頭時間不超過60s。同時，設備配有雷尼紹探頭1個，型號為RMP60、錐度ISO50、分辨率為0.001 mm，用來對工件的測量，以保證加工前確定加工位置等。

4.結語

通過使用上述設備選型的過程和方法進行選擇和購置設備，通過半年來對普通鐵路客車209P和200K、城軌地鐵A型、B型、C型以及高速動車組C RH3A、CRH3C、CRH380BL等多種構架的加工檢驗，證實了這種選擇購置設備的方法合理、可行，因此這種選擇設備的方法可以為購置設備的人員提供一種選擇方案，同時還為推銷機床的設備廠家提供一定參考。

表2

[1]嚴雋耄.車輛工程[M].北京：中國鐵道出版社，1999.

[2]李邦勇，轉向架構架加工工藝解析[J].機車車輛工藝，2011（2）：22-23.

[3]李河水，喻林平，駱雪.加工中心設備選型探討[J].江西：科技廣場，2011（5）：250-252.

[4]戴曙.金屬切削機床設計[M].北京：機械工業出版社，1991.