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地鐵轉(zhuǎn)向架構(gòu)架橫梁下蓋板制造技術(shù)優(yōu)化

2020-7-3 來(lái)源：中車(chē)唐山機(jī)車(chē)車(chē)輛有限公司作者：厲永澤

【摘要】: 針對(duì)彎形件二次機(jī)械加工的難題，進(jìn)行加工方案的優(yōu)化，從余量分配、加工設(shè)備的選擇、零件裝夾等方面進(jìn)行改進(jìn)。采用電磁吸盤(pán) 工裝來(lái)裝夾工件，不僅能夠保證零件的加工精度，還能提高零件的裝夾速度，提升批量生產(chǎn)效率。

1．加工難點(diǎn)分析

轉(zhuǎn)向架的構(gòu)架是列車(chē)承載和傳力的基體，也是轉(zhuǎn)向架眾多部件連結(jié)的主體骨架，是一個(gè)受力復(fù)雜的結(jié)構(gòu)部件，它不僅承載車(chē)體上部所有裝備的重量，而且承載并傳遞列車(chē)運(yùn)行中產(chǎn)生的垂向、縱向和橫向 3 個(gè)不同方向和大小的動(dòng)作用力，因此構(gòu)架必須具備足夠的強(qiáng)度和剛度，所以其制造要求非常嚴(yán)格。

圖1 轉(zhuǎn)向架橫梁下蓋板三維圖

地鐵轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的橫梁下蓋板（見(jiàn)圖 1）作為構(gòu)架橫梁上的關(guān)鍵部件，其加工質(zhì)量的好壞至關(guān)重要。公司首次試制地鐵轉(zhuǎn)向架困難重重。為克服這些困難，前期安排一部分技術(shù)人員到相關(guān) 企業(yè)進(jìn)行了學(xué)習(xí)。為確保下蓋板折彎精度，在試制過(guò)程中工藝人員根據(jù)學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，在此件下料時(shí)，對(duì)兩個(gè)折彎處的 4 個(gè)位置進(jìn)行了大面積地留量，以防止在折彎過(guò)程中產(chǎn)生變形而導(dǎo)致報(bào)廢。在攻克折彎這一難題的同時(shí)，又引入了板材機(jī)械加工的新問(wèn)題，將原來(lái)只需一次的加工調(diào)整成兩次，即板材在折彎后還需二次加工去除下料留量。因此，雖然克服了折彎難題，但同時(shí)又引入了二次加工的難題。折彎的制造如圖 2 所示，其中 A、 B 兩處邊緣距折彎線(xiàn)（雙點(diǎn)劃線(xiàn)為折彎線(xiàn)）太近，折彎后無(wú)法保證產(chǎn)品質(zhì)量，需留量進(jìn)行二次加工。

圖 2 轉(zhuǎn)向架橫梁下蓋板折彎示意圖

針對(duì)二次加工難題，工藝人員進(jìn)行了深入的研究和探索，發(fā)現(xiàn)可借鑒的二次加工技術(shù)既廢工時(shí)又無(wú)法保證產(chǎn)品質(zhì)量，且還要充分考慮公司新引進(jìn)的先進(jìn)設(shè)備、工裝和工具等硬件。經(jīng)過(guò)多次試制現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，以及對(duì)橫梁下蓋板的一次加工和二次加工圖的加工內(nèi)容進(jìn)行分析后，決定優(yōu)化二次加工技術(shù)，以提高該工件的產(chǎn)品質(zhì)量和批量生產(chǎn)效率。

2．優(yōu)化前的技術(shù)準(zhǔn)備

（1）設(shè)備選型 : 二次加工設(shè)備選用杭州友佳精密機(jī)械有限公司生產(chǎn)的龍門(mén)加工中心，該設(shè)備的數(shù)控操作系統(tǒng)是先進(jìn)的 FANUC32i 系統(tǒng)，采用三軸聯(lián)動(dòng)控制加工，各軸配置交流伺服電動(dòng)機(jī)，具有直線(xiàn)插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)等插補(bǔ)功能 ; 另外，操作系統(tǒng)顯示屏具有中文顯示功能，CNC 編程信息可自動(dòng)、手動(dòng)、點(diǎn)動(dòng)和手輪控制功能，通過(guò)手輪實(shí)現(xiàn) DRF 功圖 1 轉(zhuǎn)向架橫梁下蓋板三維圖圖 2 轉(zhuǎn)向架橫梁下蓋板折彎示意圖能，可通過(guò)手動(dòng)程序回基準(zhǔn)點(diǎn)，程序、子程序可互為調(diào)用，可有異步子程序 ; 同時(shí)還具有間隙補(bǔ)償、絲杠螺距誤差補(bǔ)償及測(cè)量系統(tǒng)誤差補(bǔ)償功能。

工作臺(tái) 上有槽寬 22m m、間距 170mm 的 T 形槽，主軸最大扭矩為 382N · m ，最小輸入單位 0.001mm，X、Y 軸快速位移為 12m/ min。按照 ISO 230-2-2006，定位精度為 0.025mm，重復(fù)精度為 0.015mm。主軸功率為 18.5/15kW，主軸轉(zhuǎn)速為 4 000r/min，ISO50 主軸錐孔的錐度為 7:24，經(jīng)過(guò)分析完全能滿(mǎn)足該件折彎后的二次加工需求。

（2）加工工裝 : 選用購(gòu)買(mǎi)新設(shè)備時(shí)配置的通用的電磁吸盤(pán)工裝，代替學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)時(shí)配置的專(zhuān)用加工工裝。專(zhuān)用工裝成本高，同時(shí)采用專(zhuān)用工裝每加工一處就需要裝夾、找正一次，對(duì)于坡口處還得先用棒銑刀銑端面，后用坡口刀加工坡口，這樣一個(gè)工件共需要 4 次找正、裝夾和 4 次更換刀具加工，很費(fèi)工時(shí)。若選用通用的電磁吸盤(pán)工裝，通過(guò)最優(yōu)排序加工就可以減少大量的工時(shí)浪費(fèi)，同時(shí)還能大幅度提升產(chǎn)品質(zhì)量。唯一的問(wèn)題就是電磁吸盤(pán)工裝吸附面積小，吸力能否滿(mǎn)足加工使用要求還有待驗(yàn)證。后來(lái)通過(guò)試制驗(yàn)證，認(rèn) 為電磁吸盤(pán)工裝的吸力能滿(mǎn)足加工方案要求，解決了二次加工技術(shù)關(guān)鍵的裝夾難題，為橫梁下蓋板的批量制造奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

最終選取的吸盤(pán)為方形，磁盤(pán)通過(guò) T 形螺栓、壓板與工作臺(tái)固定連接，外形尺寸精度滿(mǎn)足 H8 級(jí)，可以對(duì)工件進(jìn)行粗定位，吸緊力能保證機(jī) 夾坡口銑刀加工時(shí)夾緊穩(wěn)定 ; 充磁、消磁快速方便，每臺(tái)磁盤(pán)循環(huán)時(shí)間控制在 3s 之內(nèi)，剩磁率符合國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn) ; 控制簡(jiǎn)單，充磁、消磁通過(guò) 按鈕在機(jī)床外完成 ; 該電磁吸盤(pán)能保證全天候在切屑、灰塵和加工切削液的環(huán)境中可靠安全地工作 ; 單個(gè)磁極吸緊力≥ 7 600N，可以承受 2kW 的加工功率，磁穿透深度為 12~18mm（視材料而定），地鐵轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的橫梁下蓋板的板材厚度為 16mm，能保證磁力穿透，滿(mǎn)足加工要求。

3．優(yōu)化后的二次加工技術(shù)方案

對(duì)地鐵轉(zhuǎn)向架構(gòu)架橫梁下蓋板的二次加工方案進(jìn)行優(yōu)化，將專(zhuān)用的裝夾、找正工裝更換為通用的電磁吸盤(pán)工裝，不但能節(jié)約工裝制造成本，而且裝夾、找正操作簡(jiǎn)單、方便，效率更高，同時(shí)通過(guò)優(yōu)化一次和二次加工內(nèi)容，以及優(yōu)化二次加工內(nèi)容的次序，就能大幅度提高加工效率和提升產(chǎn)品質(zhì)量。優(yōu)化后的一次和二次加工制造圖如圖 3 和圖 4 所示。

圖 3 轉(zhuǎn)向架橫梁下蓋板一次加工示意圖

圖 4 轉(zhuǎn)向架橫梁下蓋板二次加工示意圖

工藝人員通過(guò)下料圖、一次加工圖、折彎圖、二次加工圖以及結(jié)合對(duì)折彎精度的考慮，最后給出了加工余量的去除精確值，即精確計(jì)算 4 個(gè)位置的加工余量去除值，按照橫梁下蓋板的一次加工圖和二次加工圖進(jìn)行對(duì)比計(jì)算，得出二次加工的余量去除值（見(jiàn)圖 4）。此件根據(jù)圖樣為中心對(duì)稱(chēng)圖形，4 個(gè)去除余量的地方在如圖 4 所示的陰影部分位置處，577.5mm 尺寸單側(cè)在去除余量的同時(shí)需要加工坡口和倒角，不加工坡口位置按照一次加工前下料留量去除 45.3mm，需要加工坡口的地方按照折彎 13°進(jìn)行計(jì)算的去除余量為 7.95×cos13°≈ 7.75（mm），這樣就可以為二次加工提供找正數(shù)據(jù)參考，同時(shí)還可以驗(yàn)證折彎質(zhì)量，降低此件批量生產(chǎn)的廢品率。

最佳的二次加工次序?yàn)?: 先將折彎后的轉(zhuǎn)向架橫梁下蓋板按照其 “U 形” 開(kāi)口方向朝下的方式放置到尤佳龍門(mén)加工中心工作臺(tái)安裝的電磁吸盤(pán)上，用機(jī)床操作手輪帶動(dòng)百分表找正工件，開(kāi) 啟電磁吸盤(pán)，按照制造圖基準(zhǔn)建立 X、Y、Z 零點(diǎn)，同時(shí)驗(yàn)證工藝人員精確計(jì)算的數(shù)值，確定 4 個(gè)位置處大余量去除量，用手移動(dòng)工件檢查工件是否吸緊，開(kāi)啟機(jī)床加工 4 處留量及 2 處倒角（見(jiàn)圖 4）; 然后將加工工件翻轉(zhuǎn)， “U 形” 開(kāi)口方向朝上，通過(guò)兩次打表重復(fù)前面的裝夾和找正工序來(lái)加工 2 處坡口，最終實(shí)現(xiàn)了 3 次裝夾找正、2 次換刀的工藝次序，同時(shí)還可以借助專(zhuān)用的定位塊進(jìn)行找正，可以大幅度提升生產(chǎn)效率，節(jié)省工時(shí)，更重要的是確保了產(chǎn)品質(zhì)量。

4. 試制效果

采用此方案進(jìn)行地鐵轉(zhuǎn)向架構(gòu)架橫梁下蓋板的試制加工，加工出了合格的產(chǎn)品，驗(yàn)證了此方案的可行性和合理性，不僅實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)向架橫梁下蓋板二次加工的高質(zhì)高效生產(chǎn)，還為今后板類(lèi)件折彎后需要多次裝夾找正而使得空間尺寸無(wú)法保證的產(chǎn)品加工提供了技術(shù)參考。二次加工試制過(guò) 程如圖 5 和圖 6 所示。

圖 5 4 處余量及倒角加工示意圖

圖 6 坡口加工示意圖

另外，在加工過(guò)程中，由于工裝本身的誤差、定位裝夾的誤差等的累積，會(huì)造成工件在機(jī)床上的位置不正、產(chǎn)生偏差等問(wèn)題，要結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際具體問(wèn)題具體分析。

5. 結(jié)語(yǔ)

在地鐵轉(zhuǎn)向架構(gòu)架橫梁下蓋板的制造過(guò)程中，為克服折彎困難和提升產(chǎn)品質(zhì)量，針對(duì)在板材下料時(shí)對(duì)兩端靠近兩條折彎線(xiàn)的 4 個(gè)邊沿位置進(jìn)行大面積留量而引入的折彎后二次加工難題，從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、機(jī)床特性和加工工裝以及工藝過(guò)程等方面進(jìn)行了詳細(xì)分析，優(yōu)化了折彎后二次加工過(guò)程，并通過(guò)成功的試制驗(yàn)證了二次加工工藝方案的可行性和合理性，保證了產(chǎn)品質(zhì)量，提升了批量生產(chǎn)效率。

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