高速动车组铝合金车体侧墙门口加工工艺优化*

黄军军 杨建华 杨艳群 唐衡郴 桑鸿鹏

(唐山轨道客车有限责任公司制造技术中心，河北唐山 063035)

1 概述

高速列车车体侧墙是车体关键大部件之一，由下墙板、窗下板、窗间板、窗上板和上墙板等长大型铝合金型材装配焊接后再整体加工，是列车车体的主要承载部件，制造精度要求较高，其加工制造质量在很大程度上决定了产品的外观、强度、疲劳寿命等性能。由于侧墙受型材结构及焊接变形等影响，使得侧墙的加工质量难以控制。本文从加工路线、数控加工程序优化等多方面进行综合分析、优化改进，形成了一套高质高效的加工方法，有效地保证了产品的质量。

2 侧墙结构特点及加工工艺分析

2.1 侧墙结构特点简介

高速动车组车体侧墙采用长大中空薄壁铝合金型材结构，材质为:6005A－T6状态，由5块型材组焊而成，毛坯尺寸长23 825 mm，宽2 300 mm，高350 mm。焊后对轮廓进行调修后再在60M FOOKE五轴加工中心上进行整体加工，工装采用液压压夹并辅助手动压夹的方式，支撑块采用聚四氟乙烯材质按照侧墙外轮廓加工，用于侧墙侧向定位及辅助支撑。侧墙三维模型如图1所示。

2.2 侧墙门口软件编程加工工艺分析

随着计算机技术的发展，数控加工仿真为传统制造技术提供了从定性到定量、从模糊到精确和从直觉到科学的工具，与传统的通过手工编程、零件试制来验证NC程序正确与否的方式相比，能够显著降低成本和风险，缩短制造周期。尤其是在复杂的加工件编程中占有重要的地位。

侧墙门口加工采用POWERMILL软件编程［1］，门口加工通过旋转坐标系采用“3+2”的方式，坐标系通过三维模型平面建立，使坐标系垂直于待加工平面，依靠线框轮廓加工——外轮廓参考线进行加工，采用扎刀下切方式加工门口部位C型槽，然后由门口外侧下方进刀，由外向内加工门口至侧墙下墙板方向出刀，门口加工切深方向上分2次加工完成，上门框位置需摆角两次，使刀轴垂直于被加工面，能充分利用加工刀具切削刃长度，完成门口部位的加工，如图2所示。

由于铝合金焊接存在较大变形，在经过调修以后轮廓保证在一定的公差范围之内，另外侧墙在整体焊接时增加了预置挠度，使侧墙中间高于两侧，因此侧墙装夹后的状态与模型状态有一定的差别，在实际加工过程发现:第2刀加工时出现门口加工铣不透情况。尽管在编程时根据刀长已考虑到变形影响量，根据理论切深对刀具切深进行了折中的补偿，但在实际加工过程中仍然出现铣不透的情况，需根据工件第1刀的实际切深，从刀具参数设置内手动增加刀补(长度补偿)再切削，完成该部位的加工。软件编程在一定程度上节省了手工编程的麻烦，减少了干涉、碰撞、过切的风险。但对于长大型组焊件的加工，目前还无法将焊接的变形量补偿至加工程序中。针对铝合金长大型材组焊件的高速加工，软件编程还存在一定的局限性。

3 工艺改进措施

3.1 测量循环及“R”参数的应用

尽管车体大部件的焊接工艺日趋稳定，针对不同侧墙为保证加工过程位置的准确性，必需进行加工精度的补偿，因此加工前需对加工部位进行测量。SINUMERIK 840D系统自带测量循环CYCLE730。该测量循环的定义如下［2］:

测量循环CYCLE730的测量值返回到SINUMERIK840D的系统变量 R1～R6，其中 R1、R2、R3分别存储测量点的 X、Y、Z的绝对值，R4、R5、R6分别存储测量点的X、Y、Z相对值。

为实现门口加工过程中完全铣透，增加了门口测量程序，选择两个C型槽位置旋转两次坐标系，如图3所示，测量4个位置(图中①、②、③、④位置)，将测量参数补偿至加工程序中。部分测量程序如下:

对门口部位C型材进行测量，以它为基准，测量4个位置共12点(每处测量Z/Y/Z值)，实际补偿时取Y－2/Z－3参数值。本文仅摘取第①处测量的三点测量程序，其余3个位置类似，在此不做赘述。

3.2 工艺路线改进及加工精度补偿

侧墙门口加工采用图4所示位置从侧墙外侧入刀，从左侧L型槽下沿位置出刀，门口手动压夹位置放置在门口外侧门框中心处，由外向内的加工路线进行切削，这样可以依托外侧门口端部的工装对废料的支撑作用;当外侧铣透时废料掉落在工装上，待左侧出刀时废料再一起掉落;这样能确保废料的安全掉落，加工过程对门口废料进行Y/Z两个方向的精度补偿。采用改进方法，不仅保证了门口加工位置尺寸要求，同时保证了每次切深均匀，有效地保护了加工刀具的使用寿命。加工完成上墙板后，再单独对其余4块型材门口端面进行精加工［3］。优化后的加工程序、加工路线及加工效果如图4所示。

优化程序如下(摘选第二刀加工程序):

4 结语

本文通过利用RENISHAW测量循环CYCLE730功能增加门口加工测量以及SINUMERIK 840D系统的参数化编程技术，通过坐标系的多次转换，合理的走刀路径，对门口加工精度进行补偿，有效地解决了门口掉料打刀、工件过切问题以及废料处铣不透等问题，工艺改进后加工质量稳定，可为类似加工产品提供参考。

［1］孙平，张瑞乾，杨庆东.PowerMILL在高速铣削加工中的应用［J］.现代制造，2009(5).

［2］西门子公司.西门子D40D/810D高级编程［Z］.2004.

［3］艾兴.高速切削加工技术［M］.北京:国防工业出版社，2003.

［4］武恭，姚良均，李震夏，等.铝及铝合金材料手册［M］.北京:科学出版社，1994.