铁路客车铝合金底架整体加工工艺

李保国

(长春轨道客车股份有限公司 吉林 长春 130000)

1 引言

中国铁路历经数次提速，采用的客车均为电动车组。车体结构主要采用铝合金材质，具备质量轻、耐腐蚀，外观平整度好、材料可再生利用等诸多优点。铝合金车体主要由底架、侧墙、车顶、端墙等大部件组成。以底架为例，采用的是与车体等长的中空型材插接组焊而成。焊接后的工件产生很大的变形，平面度、直线度都与理论建立的模型有很大的差距，给整体加工带来了相当大的困难。本文从设备工装、加工工艺及程序编制几方面分析，结合制造业先进的高速加工技术，提供了底架整体加工高质高效的解决方案。

2 加工设备及工装方案

加工设备的选择。铝合金材质较软，本身的切削特性决定了加工应优先采用高转速大进给的工艺。鉴于高速大型设备的迅猛发展，以及大部件整体加工后的效率质量优势，我们公司采用了德国FOOKE公司生产的龙门移动式五轴联动高速加工中心。其走行轴尺寸均满足工件整体加工的要求；42KW电主轴HSK－A100刀柄系统的主轴头，满足铝合金切削高转速大功率低扭距的特性。

机床采用Sinumerik840D系统。在加工编程中，通过对系统功能的理解掌握，利用其开放式功能循环的结构特点，结合实际工艺要求，进行编程二次开发。Sinumerik840D数控系统中的循环，尤其是工艺循环和测量循环的开放性主要体现在两方面：(1)所有的工艺循环和测量循环都是以子程序的方式提供的，因此如有必要可以进行修改；(2)根据工艺要求，用户可以非常方便地编制自己的用户循环。由于机床加工面积庞大，整体工作台造价高，安装困难，所以放弃了整体工作台方案，采用了分段工作台方案。而工装与工件加工位置发生干涉要求装夹位置必须具备灵活可调的功能，于是采用双纵向导轨上安装可移动横梁作为基座、上面均布提升工件高度的折叠工装的装夹方案。

3 加工工艺分析

3.1 概述

铝合金底架采用整体加工工艺，一次装夹可以完成所有部位加工。相较于单件加工后组焊，有利于保证各加工要素间的尺寸精度，同时节约大量单件加工胎位。组焊后的底架通过测量补偿方法，可以将焊接变形导致的误差降到最低。

3.2 T槽去除工艺

底架使用挤压型材，故T槽贯穿于整个工件长度。由于存在局部变形过大，铣削加工需要预留5毫米或更高的加工余量，加工后使用人力打磨完成。经工艺创新完全摒弃了小直径镶焊铣刀走方形刀路，单根切深10毫米多层铣削，然后人工测量再次铣削的方案。

对于焊后变形的难题，采用雷尼绍工件测量系统进行解决。对需要加工的部位进行自动探测，存储到系统内变量内，加工时程序自动取值进行补偿，省去了手工测量的繁琐，减少了人为因素对加工精度的影响，且加工后可直接达到图纸要求。

加工刀具选择采用新型大直径机夹铣刀。刀具直径近似于原用刀具的3倍，刀具刚性、抗冲击性大大加强，特别适用于中空型材切削环境不断变化的情况。相同转数下，线速度大幅度提升，切削深度可以达到T槽的高度，进给倍率可以提高到3500-4500毫米每分钟，相应的金属去除效率能够提高4倍。加工时，此铣刀直径可以同时覆盖T槽两根立筋，加工只需走一条直线便可完成，刀具路径减少一半以上，加工效率成倍的提升。

经上述分析，智能高效的加工程序成为解决问题的关键点。底架上需加工T槽部位众多，如果只是利用Sinumerik840D系统中的固定循环进行单点测量，效率提升不大。可以利用系统循环的开放性进行二次开发，对各加工部位进行连续测量，一次性测量储存所有补偿数据。

首先对加工的部位进行分类，长度超过300毫米的进行多点测量。然后进入系统的用户变量文件，定义需要使用的全局变量。利用系统的测量循环编制子程序，主要实现功能：根据主程序中的参数，测量的类型，测量取值存储到已经定义的变量内。充分利用参数变量传递功能，将测量程序与加工程序联系起来，这样有利于在加工过程中不断的进行补偿，以弥补大部件焊接造成的工件变形。

测量主程序示例：

……

N75 X_SPoint=500

N80 Y_SPoint=1480

N85 Z_SPoint=10

N90 X_Length=2000

N95 Y_Width=50

N100 X_DJ_Dis=trunc(X_Longth/(5-1))+1

N105 DJ_TYPE=5

N110 OrderN=1

N115 DJMe_Sub(……)

……

程序注解：N75、N80、N85对加工T槽的XY位置进行赋值；N90、N95赋值T槽的几何参数；N100均分加工的长度，确定两测量点之间的距离；N105、N110确定加工部位的类型数量；N115调用测量子程序。

测量之后的铣削加工程序框架完全套用测量程序，但是在主程序内需要定义切削深度Z_Step、进刀方向Y_Direct两个参数。这样在铣削加工时，就可以通过修改程序内参数的赋值，完全控制铣削状态完成加工。

3.3 地板面孔去除工艺

地板型材厚度达到70毫米，需要加工大量的长形或圆形安装孔。按照固有方式，利用机床系统内的固有循环进行加工。此种工艺需把孔内的型材完全切碎，循环分层进刀。使用之后反应出问题，一是耗时长，二是容易使焊缝区域的立筋撕裂，加工质量及效率均达不到要求。

经分析计算，地板型材在铣削孔时有效切削深度约为10毫米，其余均为空腔，只有在切削焊缝及立筋时，会导致切削量瞬间变大。于是采用直径32毫米底刃过中心具备钻铣功能的立铣刀，先利用固定循环钻铣焊缝区域，然后直接落料，深度方向控制在2至3次切透型材，加工时间只有原来的1/3，加工质量及加工效率均有提升。

程序编制时，对孔的位置、长度、宽度、半径、深度都进行参数化定义，目前已固化加工孔类的工艺循环程序，具体程序略。加工类似工件时，只需要修改上述参数，便可快速完成程序编制工作。

4 结语

(1)以上加工工艺，已经在多种底架加工中得到充分应用，实际效果达到了使用要求，并大幅度提高了加工效率。

(2)利用Sinumerik840D子程序语言编写参数化的工艺循环和测量循环，已在多台大型数控龙门铣上应用，实际运行达到了程序设计要求。此程序可避免重复编程，便于阅读和调试，提高了工艺人员的编程效率。

1、王炎金，铝合金车体焊接工艺，2009.12

2、SINUMERIK 840D/840Di/810D 基础部分

3、SINUMERIK 840D/840Di/810D 工作准备部分