高速动车组司机室前墙加工工艺方法研究

王 隽,刘明雪,李保国,刘 勇,王 宇

（长春轨道客车股份有限公司，长春 130062）

高速动车组司机室前墙加工工艺方法研究

王 隽,刘明雪,李保国,刘 勇,王 宇

（长春轨道客车股份有限公司，长春 130062）

本文通过对CRH380B型高速动车组的EC01车司机室前墙的组成的数控加工工艺方法和加工工艺方案的确定，以高速动车组的司机室前墙组成的数控加工工艺作为范例，对怎样解决易变形问题，怎样装夹零件，以及编制数控加工程序时的应注意事项进行深入探讨。从而对工程技术人员的技艺起到很大的帮助与借鉴。

正确装夹；数控加工；CAD/CAM

在高速动车制造中，复杂的铝合金组焊件加工具有十分重要的地位，现以CRH380B型高速动车的司机室前墙组成加工为例，对这类零件的特点、变形的原因和工艺特点进行分析，并提出数控加工的工艺措施，以及利用高速铣的技术特点和运用Delcam对零件数控加工程序进行编制。

1 司机室前墙组成的铣削平面变形分析

由于司机室前墙独特的结构，在加工中司机室前墙容易产生各种变形。其主要原因，是由于在加工完成过程中司机室前墙组成，组成装夹时不仅受夹紧力的作用，加工时还受冲击力的作用，因而导致个别工件的尺寸出现超差的问题。所以，选择适当的加工方式，可以避免外载荷对内应力的平衡造成破坏，也可以降低加工变形产生的概率，然而只有从根本上消除或者减少残余应力才使从根本上解决产生变形成为可能。

2 司机室前墙组成加工的工艺性分析

前墙组成加工在数控加工中心上的完成，材料为铝合金材质6005A-T6 EN755-2-1997，该零件形状复杂，使加工和检验都存在相当大的难度。（零件三维轴侧图，如下图所示）。

零件加工难点分析：

（1）（如上图所示）由于该组焊件给工件装夹带来的空间有限，所以在平面铣削时必须一次装夹，如果采用二次装夹的方式，出现接刀痕是必然的，因此加工后的工件粗糙度是不合格。那么如何对工件装夹是一个急切解决的问题。

（2）该零件的加工轮廓表面下侧还有17度的反倒角，由于此加工零件外形轮廓十分复杂，如果采用二次装夹铣削的方式，反倒角会导致铣削基准无法重合，因此使得铣削反坡口倒角时的外形轮廓不随形。所以在加工工艺方面、工装设计和选择刀具时应该慎重考虑。

（3）该零件是2100×1500×480mm的铝合金组焊件，铣削平面面积比较大，组焊后的平面度能否满足加工要求（图纸设计要求最大铣削深度为3mm），及加工时容易因振刀影响平面的粗糙度和公差，也应该作为工艺上的加工难点。

3 加工工序的设计、刀具的选择及参数的选择

加工此类零件，首先应解决装夹问题，这是加工的前提准备工作。那么解决装夹工件不应压在要铣削的平面上，其解决措施是在加工余量小的工件外形部位焊接100×100的小连接板，把工装压在连接板上，由此解开装夹到加工平面的难题。（由于铣削平面需要反复倒工装，这样势必会出接刀痕而影响铣削平面的加工精度）。

现在我们根据前墙组成的加工零件的具体特点，将该零件加工工艺流程设计为：检测工件平面度→粗铣平面→精铣平面→粗铣上部外形轮廓→粗铣（外形前板）→精铣外形轮廓→铣削外形轮廓反倒角→钻孔→钳工（攻丝及去毛刺）→检验→表面处理。加工平面为零件的加工顺序的第一步，此时工件的刚性相对较好，且加工中的振动影响程度也比较小，这样有利于确保零件符合设计的粗糙度和平面度要求及对其尺寸要求。采用特殊反坡口铣刀进行的加工方式，能够将第二个加工难题有效解决。

现将在FOOKE五轴加工中心上加工该零件，其最高转速标准为16 000 r/min，在加工该零件时，将转速设定为8 000 r/min，铣削平面时的每刀切深设定为0.5 mm，进给量设定为4 000 mm/min，这就使零件表面粗糙度提高了，振刀现象也消除了。刀位轨迹在进行规划时，我们除了对刀轨无干涉无碰撞等因素有考虑外，还要考虑以下对编程的要求：1）刀轨的突然变化方面尽量避免；2）应最大限度地使加工残区减少或消除；3）多余空刀尽量避免；4）切削参数要保持稳定；5）刀具切入工件时动作要缓慢。垂直进刀，能够使进刀路径最短，而其缺点是：在刀具垂直切入工件时，它的轴向负载强度会剧增，极易引起刀具方向偏斜，而造成加工质量的下降和刀具寿命的缩短，因此在使用这种进到方式时要慎重考虑。切向进刀，对高速加工非常适合，在工件外进刀方面比较常见。斜向进刀，能使刀具渐进地切入工件，切削力小，这种进刀方式在当前高速加工中是较好选择。由此该零件加工应采用切向进刀方式。

在自动编程过程中，如果能依照上述要求去设计刀路，不仅能够适应高速走刀，切削时间减少，还能将主轴振动与偏斜影响减小。这对加工生产率的提高，加工平稳性的提高，刀具寿命的延长，以及加工质量的改善都将大有益处。

考虑到零件数控铣削工件平面及其复杂的外形轮廓，该零件用手工编程根本无法实现，因此零件程序编制需要在Delcam上完成。加工程序的编制步骤为：输入模型→定义毛坯→选择刀具→产生加工策略→模拟仿真刀具路径→产生和输出后处理NC程序。

零件的加工效果就是该零件经过车间精心地加工试制，其能完全达到设计图纸要求。然而这还不是最适宜的加工方案，在后续批量生产中还需要设计专用夹具，以实现快速工件装夹与定位，使加工效率得以提高，产品质量的优良性得以保证。

4 结束语

在数控加工技术迅猛发展的今天，使得很多以往使用传统的加工工艺方法无法实现的加工过程成为可能，关键在于解决相关的工装夹具，选用合适的刀具，及运用CAM系统的功能对零部件加工工艺路线进行控制，输入相关加工参数，然后在CAM中编制刀具路径程序，三维加工动态仿真，由此生成加工程序并输送到数控机床得以完成自动化加工。该加工步骤是现代化零部件生产的过程及发展趋势，它能够将复杂零部件的生产过程简化为单个机械零件的数控自动化生产步骤，所有装配设计和数控加工的编程过程都能够利用CAD/CAM软件在计算机上设计完成。它改进了传统的产品工艺制造手段，大大地缩短了产品制造周期，有效提高了产品的精度、质量和生产效率。

[1] 李伟光主编.现代制造技术[M].北京：机械工业出版社，2001

[2] 孙全平.高速铣削刀轨优化技术的研究 机械科学与技[J].机械科学与技术，2004（08）.