武漢六號(hào)線地鐵車輛構(gòu)架加工難點(diǎn)和解決方案

劉 榮

(中車株洲電力機(jī)車有限公司 湖南 株洲 412001)

1 問題的提出

武漢六號(hào)線所用地鐵車輛由中車株洲電力機(jī)車有限公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)，是武漢第一條采用A型車的線路，每列采用6節(jié)編組：4節(jié)動(dòng)車、2節(jié)拖車。A型車相對(duì)于B型車能夠在客流高峰時(shí)期體現(xiàn)出更加快速的疏散運(yùn)送功能。

然而武漢六號(hào)線地鐵首件整體構(gòu)架加工和編程耗時(shí)5天，后續(xù)構(gòu)架加工平均耗時(shí)也達(dá)23 h左右一架，這種情況嚴(yán)重影響了構(gòu)架總成落車。因此加工工藝優(yōu)化、生產(chǎn)效率的提升勢(shì)在必行。針對(duì)生產(chǎn)中遇到的這些問題，通過分析和查找原因，最終發(fā)現(xiàn)以下幾個(gè)加工難點(diǎn)需要解決和改善：(1)一系簧座板底面加工耗時(shí)時(shí)間最長，僅加工4個(gè)一系簧座板底面就需要耗時(shí)2～2.5 h左右；(2)粗精銑電機(jī)懸掛內(nèi)側(cè)面時(shí)，加工刀具容易折斷，且加工表面平面度很難達(dá)到加工工藝要求，會(huì)出現(xiàn)較明顯的接刀痕；(3)構(gòu)架側(cè)梁端部16 mm×?30 mm的沉臺(tái)，采用刮刀片手動(dòng)操作刮平，效率極低。

2 工藝攻關(guān)難點(diǎn)分析

2.1 一系簧座板結(jié)構(gòu)及加工現(xiàn)狀

一系簧座板加工如此耗時(shí)與其構(gòu)造有關(guān)，它的結(jié)構(gòu)如同一個(gè)裝水的桶，加工面如同桶底，因?yàn)槭窃趫A桶型面加工，加工出來的鐵屑不能及時(shí)排出，造成鐵屑的二次加工，整個(gè)刀具的加工環(huán)境差。

由于起吊座的干涉，致使刀具必須裝在長徑比大的接桿上，刀具懸伸長度達(dá)到360 mm。原本采用?125 mm套式可轉(zhuǎn)位機(jī)夾刀盤加工，因?yàn)榈镀皇遣捎寐葆旐敳繆A緊方式，作用在刀片上的夾緊力小，刀片容易產(chǎn)生位移，致使刀片在刀具軸向和徑向上的跳動(dòng)精度誤差大，切削不平穩(wěn)，加工中振動(dòng)大，刀片容易損壞，且加工效率低，加工出來的尺寸也不穩(wěn)定，如圖1、圖2所示。

圖1 起吊座板干涉

圖2 刀具加工環(huán)境

2.2 電機(jī)懸掛下座內(nèi)側(cè)面的加工現(xiàn)狀及問題分析

加工動(dòng)車構(gòu)架電機(jī)懸掛下座內(nèi)側(cè)面時(shí)，由于Z向待加工面深度長，橫向加工量也大，原加工方法是先采用?32 mm×80 mm合金立銑刀粗加工，再用?32 mm×110 mm高速鋼立銑刀精銑，加工完后電機(jī)懸掛下座內(nèi)側(cè)面時(shí)常有明顯的接刀痕跡，而且兩種立銑刀都容易損壞，刀具使用壽命短，無形中也增加了刀具成本。通過分析，找到了造成上述現(xiàn)象的原因。

(1)內(nèi)側(cè)面加工深度。內(nèi)側(cè)面加工深度長達(dá)100 mm左右，由于?32 mm×80 mm合金立銑刀長度限制，粗加工時(shí)深度方向不能完全加工到位，Z向留有25 mm左右加工余量粗加工無法去除；精加工時(shí)?32 mm×110 mm高速鋼立銑刀刀長雖然能保證Z向深度加工到位，但是由于粗加工后所留余量不均勻，精加工時(shí)刀具受到的切削力大小不一樣，所以造成加工面產(chǎn)生接刀痕跡，粗糙度低(見圖3、圖4)。

圖3 合金立銑刀粗銑長度受限

圖4 精銑時(shí)加工面產(chǎn)生接刀痕跡

(2)刀具的徑向吃刀量。?32 mm×80 mm合金立銑刀容易損壞原因是刀具在粗加工時(shí)徑向吃刀量一般大于5 mm，而軸向吃刀幾乎是滿刃75 mm左右，刀具銑削時(shí)(特別是法向進(jìn)刀方向)切削抗力大，切削溫度高，合金立銑刀上焊接的合金刀刃容易脫焊崩刃(見圖5)。

圖5 刀刃容易脫焊崩刃

(3)粗銑刀具長度受限。?32 mm×110 mm高速鋼立銑刀容易損壞原因，主要是粗銑刀具長度受限，在軸向留有25 mm欠切的余量，因此高速鋼立銑刀刀具精銑時(shí)，因?yàn)榇帚姾笏粲嗔坎痪貏e是刀具前端所受切削抗力大，致使刀具前端容易磨損，甚至容易損壞刀尖。

綜上，刀具損壞的原因主要是因?yàn)榉ㄏ蜻M(jìn)刀產(chǎn)生較大切削抗力和振動(dòng)造成的。故必須尋找更好的加工方法。

2.3 沉臺(tái)加工現(xiàn)狀

構(gòu)架側(cè)梁端部16 mm×?30 mm沉臺(tái)孔采用手動(dòng)刮平，效率低下。對(duì)構(gòu)架側(cè)梁端部的沉臺(tái)進(jìn)行加工時(shí)，每一個(gè)孔都要經(jīng)過圖6所示的復(fù)雜而繁瑣的步驟，致使加工效率低下，費(fèi)時(shí)耗力。

圖6 刮沉臺(tái)工序

3 解決方案

對(duì)于上述問題，從工藝難點(diǎn)著手進(jìn)行了具體分析，通過改善工藝、刀具等諸多措施，針對(duì)每一個(gè)難點(diǎn)都逐個(gè)有效突破解決。

(1)通過更換可轉(zhuǎn)位?160 mm×R10 mm數(shù)控圓刀片端面銑刀提升一系簧座板加工效率。

經(jīng)過分析和反復(fù)對(duì)現(xiàn)有多種端面銑刀刀具進(jìn)行選擇試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，圓形刀片切削刃強(qiáng)度高，沒有尖角，可承受更大的刀具偏轉(zhuǎn)和振動(dòng)，允許加工中提高轉(zhuǎn)速并增大進(jìn)給，同時(shí)可減少崩刃危險(xiǎn)等，由于以上諸多優(yōu)點(diǎn)，最終采用?160 mm×R10 mm數(shù)控圓刀片端面銑刀盤替代原有刀具，切削速度Vc可以達(dá)到300～350 m/min，進(jìn)給速度Vf可以達(dá)到360～500 mm/min，極大地提升了一系簧座板加工效率，改進(jìn)前、后的刀具如圖7、圖8所示。

圖7 改善前套式機(jī)夾刀盤

圖8 改善后使用圓形刀片刀盤

(2)電機(jī)懸掛下座內(nèi)側(cè)面粗銑采用插銑方式，先去除大部分加工余量，再進(jìn)行精銑加工。

粗銑電機(jī)懸掛下座內(nèi)側(cè)面采用?32 mm鉆銑刀來替代?32 mm×80 mm合金立銑刀，先用鉆銑刀直接插銑到深度以去除大部分加工余量，插銑時(shí)的垂向進(jìn)刀方式消除了刀具徑向切削抗力，比?32 mm×80 mm合金立銑刀粗銑時(shí)的法向進(jìn)刀具有更高的加工穩(wěn)定性，如圖9、圖10所示。

圖9 ?32 mm鉆銑刀

圖10 刀具插銑過程

鉆銑刀插銑去除大部分加工余量后再用?32 mm×110 mm高速鋼立銑刀進(jìn)行半精銑和精銑加工，這樣就可以在保證產(chǎn)品加工質(zhì)量的前提下同時(shí)降低刀具成本，如圖11所示。

圖11 插銑后高速鋼立銑刀的半精銑和精銑加工

(3)側(cè)梁端部沉臺(tái)“刮平”改“銑平”，并在程序中加入變量，采用自動(dòng)進(jìn)刀方式代替手動(dòng)刮沉臺(tái)。

沉臺(tái)工藝“反向刮平”改用?16 mm×35 mm合金立銑刀“銑平”，這樣使工藝變得簡單化，也同樣滿足了裝配要求。程序中加入變量的目的是操作者可以根據(jù)沉臺(tái)的毛坯厚度任意調(diào)整背吃刀量(徑向吃刀深度)等，以消除焊接變形余量不均達(dá)到自動(dòng)進(jìn)刀的目的。這種工藝的改進(jìn)在提高效率的同時(shí)減輕了操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度，操作起來的安全性也更高(見圖12)。

圖12 立銑刀自動(dòng)進(jìn)刀方式

4 實(shí)施效果

實(shí)踐證明，圓形刀片擁有更多可用的切削刃，能做到4～8次有效轉(zhuǎn)位，進(jìn)而提高了其經(jīng)濟(jì)性；同時(shí)圓形刀片由于強(qiáng)度高，可達(dá)到較直角銑刀更大的進(jìn)給率，具有很高的金屬切削率，單獨(dú)加工4個(gè)一系簧座板底面由原來的2～2.5 h左右，提高到1～1.2 h左右。

加工武漢六號(hào)線地鐵車輛整體構(gòu)架電機(jī)懸掛下座內(nèi)側(cè)面時(shí)，在提高加工質(zhì)量和效率的前提下大幅降低了刀具成本，并且這種加工方法，可以在所有具有相同設(shè)計(jì)接口的B型地鐵“電機(jī)懸掛下座內(nèi)側(cè)面”加工中使用，因此經(jīng)濟(jì)價(jià)值可觀(見表1)。

表1 刀具成本的改善

側(cè)梁端部16 mm×?32 mm×80 mm沉臺(tái)工藝“反向刮平”改“銑平”，并在程序中加入變量，采用自動(dòng)進(jìn)刀方式代替手動(dòng)刮沉臺(tái)。使加工時(shí)間縮短至原來的三分之一，真正體現(xiàn)了安全、高效。

5 結(jié)束語

針對(duì)以上主要加工工藝難點(diǎn)攻關(guān)后，再對(duì)其他工步以及程序進(jìn)行優(yōu)化，使武漢六號(hào)線地鐵車輛構(gòu)架的加工時(shí)間由原來的23 h左右一架縮短至目前的16 h左右一架，且攻關(guān)中并沒有新購刀具，而是采用已有刀具，因此，生產(chǎn)效率的提升和刀具成本的降低也產(chǎn)生了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。□