火车侧架加工专用铣床的设计

周瑞婷 陈 辉 栗明艳

(一拖(洛阳)开创装备科技有限公司装备研究所，河南 471004)

火车侧架是火车车轮的支撑架。侧架支撑摇枕，摇枕的上部支撑火车的整个箱体及装箱的货物。侧架体积庞大，呈长条不规则形状，长2 413 mm，宽583 mm，高651 mm，材料为B+级铸钢，毛坯重量约600 kg，属大型壳体类零件。这样大的零件在普通机床上加工效率很低。因此，需要设计专用于加工火车侧架的组合机床。

1 机床总体方案的确定

我公司为客户设计制造了几台用于加工火车侧架的组合机床。其中一台机床用于加工火车侧架的左右两侧、前后两面共8 个高120 mm 和宽18 mm 的小平面，侧架加工示意图如图1 所示。

图1 侧架加工示意图Figure 1 Schematic drawing of side frame maching

根据火车侧架的结构特点、加工内容及生产节拍(10 min)要求，如果能同时铣削四面，不仅工件的受力情况较好，而且也较节省时间。因此可以在工件的两端两侧放置四个铣头。根据工件窄长及加工部位较窄的特点，我们设计在一个铣头上平行装两把铣刀，同时铣削工件的两面。这样可以节省两个铣头及装铣头的进给滑台和侧底座。

火车侧架是钢件，虽然钢件的强度、塑性和韧性都比铸铁好，但切削性能较差。根据工件的硬度和硬质合金端铣刀的铣削用量表，参考以前侧架铣削机组的使用情况，确定出合适的切削用量。

在设计叉形非标铣头时，要考虑由一个电机同时带动两把铣刀，在传动系统的末端，由一路分为两路，既要保证主轴的刚性，又要使叉形铣头的前后悬殊不能太大。为了使铣头看起来较协调，在铣头的内外适当位置都加了筋，而且尽可能在内部加筋。

2 夹具方案的制定

2.1 主夹紧点的确定

夹具固定在中间底座上，工件以“U”型开档的底面、内端面和一侧面为定位基准。压紧工件，并在另一内端面和另一侧面顶紧。原则上，压紧点应该尽量接近加工面，这样铣削时受力状况最好，可减少工件的震动。但由于要让开铣头，将夹紧点放在“U”型开档的上面是不合适的，那样将大大增加压板的长度。压板太长，容易变形，且会使压紧力受损失。退而求其次，从两端的大三角孔里压紧，压紧点较接近加工面和定位面，且让开了铣头，压板的支撑点也接近工件，可大大缩短压板长度。

2.2 辅助夹紧方案的确定

原定方案为:以工件的一侧面定位，在另一侧面夹紧。由于该工件是中间对称，工件两侧面都是毛坯面，如果毛坯夹紧点的中心和加工面的中心有偏差(事实上这是难免的)，将导致加工出的工件不对称，甚至报废。当然，定位面可以做成可调节的，但调节较费时费工。而且，为了让开铣头，定位与夹紧件的支撑点不是要拉远，就是要偏向侧架的中间。支撑点拉远，势必导致夹具变宽。若支撑点偏向侧架的中部，夹紧点尽量靠近加工面和定位面，就成了歪脖定位夹紧，夹紧力会打折扣，夹紧效果肯定不好，铣削时难免引起震动。因此淘汰了这种定位夹紧方式。

根据工件的特点及被加工面的对中性要求，受到虎钳的启发，将压紧方式改为两头虎钳对中夹紧的方式，以保证铣面的对中性。为了增强铣削刚性，虎钳的夹紧点选在了铣削面的上方。不仅夹紧效果比前述方案好，还节省了一个夹紧油缸。由于工件的两面均为毛面且倾斜，并有斜筋，因此在虎钳的两个钳口用了可调支钉，可调支钉的夹紧端做成圆弧状。虎钳的位置放在铣刀上方的空档里。在这个狭小的空间里放置虎钳，还要考虑不能和铣头干涉，不能被铣刀铣住，因此虎钳结构不仅要结实还要尽量缩小尺寸。

工件采用吊装方式放入夹具，夹紧油缸布置在夹具上，一次装夹一个工件。为了增强工件的整体刚性，在工件下面加了两个辅助支撑。还针对工件两头较小的部分设置了可调支撑结构，以防产生振动。图2 为夹具主视图。

图2 夹具主视图Figure 2 Front view of clamp

3 结语

该组合机床很好地满足了用户的生产节拍要求，保证了火车侧架加工的工艺要求(尺寸精度、对中性及光洁度)，已交付用户使用近两年，运行状态良好。