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典型車鉤體數(shù)控加工工藝研究
2022-4-2  來源: 常州中車鐵馬科技實(shí)業(yè)有限公司  作者:袁禮彬

  
     摘要:針對(duì)動(dòng)車組車鉤體加工過程中的工藝難點(diǎn),從數(shù)控加工程序編制、專用成形刀具設(shè)計(jì)、深孔鉆技術(shù)應(yīng)用等方面,提出了三個(gè)關(guān)鍵的工藝舉措,為提升實(shí)物質(zhì)量和制造效率提供了完善的技術(shù)保證。

     關(guān)鍵詞:數(shù)控程序 形成刀具 深孔鉆
  
     引言
  
     鉤緩裝置是動(dòng)車組車輛中最基本的部件之一,其安裝于動(dòng)車組車輛車體的兩端處,起到連接車輛、緩沖車輛的縱向力、提高列車舒適性的作用[1]。從制造工藝實(shí)踐角度來看,鉤體(如圖 1)加工的核心問題是如何確保鉤體凸錐、凹腔、連掛面、連掛組成鉤舌及主軸安裝部位、主風(fēng)管組成安裝部位、電器連接器安裝部位、氣動(dòng)解鉤組成安裝部位及鉤尾連接卡環(huán)處的尺寸精度、位置精度,以便使動(dòng)車組可以長期穩(wěn)定地完成連掛、通風(fēng)制動(dòng)、信號(hào)傳遞及解鉤等功能。


圖 1 典型車鉤體簡圖

     本文作者在總結(jié)實(shí)踐的基礎(chǔ)上,對(duì)鉤體數(shù)控加工三個(gè)關(guān)鍵瓶頸工藝進(jìn)行了探索,來實(shí)現(xiàn)鉤體加工過程的優(yōu)化。
  
     1、鉤舌盤圓柱銷安裝孔加工專用反刮刀及數(shù)控程序
  
     為滿足臥加適應(yīng)鉤體鉤舌盤圓柱銷孔兩內(nèi)側(cè)面(如圖 2)的加工要求,設(shè)計(jì)并制作了專用反刮刀具[2]。反刮刀具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖 3 所示,該反刮刀主要由刀本體、刮刀片、鎖緊螺釘組成。其主要特性是刀本體的尾側(cè)是側(cè)壓直柄,刀本體中段為聯(lián)接軸,在聯(lián)接桿的頭部設(shè)置與其垂直的刀片座,刀柄、聯(lián)接軸、刀片座構(gòu)成一體化聯(lián)接,反刮刀片由鎖緊螺釘裝配于刀片座。反刮刀片選擇住友公司制造的特制菱形刀片,此刀片具備優(yōu)良的抗震效果,能連續(xù)承受切削過程中的抗崩性。聯(lián)接軸由不同軸圓形體組建,其外形與橢圓相似。該專用刀具前部直徑尺寸為 48 mm,聯(lián)接軸直徑為 45 mm,兩部分徑向尺寸都不大于所需通過的鉤舌盤圓柱銷孔直徑 Φ50 mm,從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上保證了當(dāng)該反刮刀具對(duì)鉤舌盤圓柱孔兩內(nèi)側(cè)面切削時(shí),刀具徑向尺寸大于所要切削部位的長度,而該反刮刀在進(jìn)刀或退刀時(shí)避免與內(nèi)孔表面干涉,同時(shí)最大限度地提升刀軸的剛性。


圖 2 鉤舌盤圓柱銷安裝孔簡圖

 
 
 
1—刀本體;2—聯(lián)接軸;3—反刮刀片;4—刀片座;5—鎖緊螺釘
圖 3 反刮刀具結(jié)構(gòu)簡圖(單位:mm)


     加工時(shí),首先按制造規(guī)程要求鉆出通孔 Φ50mm,臥加按數(shù)控程序自動(dòng)更換反刮刀具,機(jī)床主軸定向,反刮刀中心按照對(duì)應(yīng)于 Φ50 mm 軸線坐標(biāo)(-119,0)定位(如下頁圖 4-1),依事前準(zhǔn)備的加工程序,在確保反刮刀各部位與通孔不發(fā)生干涉的條件下,以G00 設(shè)定速度通過 Φ50mm孔(見下頁圖 4-2),同時(shí)使反刮刀刀頭在同一水平方向偏移 25 mm,使反刮刀軸線與圓柱銷孔中心重合(如圖 4-3),反刮刀在按程序設(shè)定的加工條件以反方向工進(jìn)的方式對(duì)內(nèi)側(cè)面反刮切削(如圖 4-4)。反刮動(dòng)作完成后,按與前面相反的方向路徑退出,到此,單側(cè)孔的內(nèi)側(cè)面的切削循環(huán)動(dòng)作完成。另一側(cè)圓柱銷通孔內(nèi)側(cè)面的切削過程與此完全相同。
 
  

圖 4 專用反刮刀加工圓柱銷安裝孔

     制定切削程序時(shí),以鉤體圖上聯(lián)接面與鉤體中心軸線的交匯處為零點(diǎn)設(shè)定工作坐標(biāo)系,使用絕對(duì)值方式設(shè)定程序,則圓柱孔兩內(nèi)側(cè)面反刮程序如下:G91G30Y0Z0(回機(jī)床參考點(diǎn),同時(shí)做好換刀準(zhǔn)備);

       
  
     反刮刀的成功設(shè)計(jì),較好地攻克了數(shù)控機(jī)床通用刀具難以解決的反刮難題,實(shí)現(xiàn)了在臥加上車鉤體通孔內(nèi)側(cè)面反刮切削數(shù)控加工。實(shí)際表明,這種反刮刀較好地適應(yīng)內(nèi)端面加工,相比于數(shù)控機(jī)床常規(guī)的反刮工藝,明顯地提升了制造質(zhì)量和切削效率,有著較強(qiáng)的可靠性和使用性。
  
     2、鉤體鉤尾內(nèi)凹槽成形面銑削加工
  
     鉤體鉤尾的作用是用于連接牽引桿或壓潰管,是車鉤模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要特征。鑒于鉤尾外表面內(nèi)凹槽的結(jié)構(gòu)特征(如圖 5),傳統(tǒng)的加工方法是采用立式數(shù)控車床車削加工,但考慮到公司缺少相應(yīng)的加工設(shè)備,采用發(fā)外加工手段,一則加長工藝流程,二則影響影響生產(chǎn)效率。經(jīng)過對(duì)比分析,考慮在臥式加工中心上采用成形刀具進(jìn)行加工。

  
圖 5 鉤體鉤尾內(nèi)凹槽外形(單位:mm)
  
     針對(duì)鉤尾內(nèi)凹槽的結(jié)構(gòu)特征,技術(shù)人員設(shè)計(jì)了相應(yīng)的專用焊接式成形銑刀,一方面考慮凹槽尺寸較大,粗加工采用一種成形銑刀,會(huì)增加切削阻力,引起刀具振動(dòng),減少銑刀使用壽命,因此把凹槽的粗加工分成兩個(gè)部位,并設(shè)計(jì)二種形狀的成形銑刀(如圖 6 和圖 7)。凹槽的精銑則采用一把整體形成銑刀(如圖 8)粗銑后留有合適的加工余量,一次成形銑削,加工效率,表面質(zhì)量高。
  
  
  
圖 6 加工凹槽右段粗銑刀

 
   
圖 7 加工凹槽左端粗銑刀

  
   
圖 8 加工凹槽精銑刀
  
     采用成形銑刀進(jìn)行凹槽機(jī)加工,有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn),即實(shí)用性強(qiáng),和鉤體連接面在一次安裝中加工,無需再設(shè)計(jì)專用立車夾具,在臥式加工中心上采用銑削加工,簡化夾具,加工成本低;能確保鉤體的切削精度和表面粗糙度,使用該切削方法,在銑削加工過程中切削量在刀具中部處最大,刀具兩端處最小,這種切削量分布特性使得切削力主要匯集在刀具切削刃中間部位,刀具所承受切削扭矩會(huì)相對(duì)減弱,因此銑削過程會(huì)相對(duì)平穩(wěn)。整個(gè)銑切過程最后采用整硬刀具,也有效地減少因零件二次粗切削部位之間對(duì)接誤差,提升零件切削精度和表面粗糙度。

     3、鉤體加熱帶深孔加工
  
     鉤體加熱帶孔孔徑 Φ6.5 mm,孔深 173 mm,長徑比為 26,屬于典型的深孔特征(如圖 9),必須研究如何解決并滿足圖樣設(shè)計(jì)的質(zhì)量要求和提升制造效率。按照傳統(tǒng)的工藝方法一般選擇深孔鉆機(jī)床進(jìn)行加工,考慮到公司內(nèi)部缺少深孔機(jī)床,因此考慮探索在臥式加工中心進(jìn)行深孔加工[3]。這就要求技術(shù)人員研究如何從刀具著手解決該深孔加工技術(shù)難題。經(jīng)過調(diào)研對(duì)比,多次驗(yàn)證,選擇德國鈷領(lǐng)公司生產(chǎn)的槍鉆(如圖 10)。
 
  

圖 9 鉤體前端面深孔尺寸分布

  
   
圖 10 槍鉆實(shí)物


     本公司臥加的是日本森精機(jī)公司制造,型號(hào)為FH8000,因深孔加工的考慮,特地增大中心出水水泵,以保證加工壓力,借助于臥式加工中心的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的分度功能,一次裝夾,能加工 4 個(gè)方向的深孔。具體加工過程如下:

     1)深孔引導(dǎo)孔的加工:鉆頭選擇頂角 140°的精密鉆頭,以保證引導(dǎo)孔頂角比槍鉆頂角大。引導(dǎo)孔加工深度設(shè)定為 20 mm,其鉆頭直徑比槍鉆大0.02~0.05 mm。

     2) 槍鉆切削參數(shù)的選擇:槍鉆首先以轉(zhuǎn)速為120 r/min,進(jìn)給速度為 220 mm/min,以低轉(zhuǎn)速快進(jìn)給地進(jìn)入引導(dǎo)孔,進(jìn)入引導(dǎo)孔 2/3 處后,打開切削液并提高切削速度到正常值,經(jīng)過工藝人員現(xiàn)場(chǎng)多次試加工驗(yàn)證,比較適宜的切削參數(shù)是轉(zhuǎn)速為 3 000r/min,進(jìn)給速度為 230 mm/min,一次性加工至預(yù)定深度可不退刀。

     3)加工達(dá)到圖樣要求的深度后,關(guān)閉冷卻液,降低轉(zhuǎn)速并快速退出槍鉆至孔口。
  
     在數(shù)控加工中心上使用槍鉆進(jìn)行深孔加工,能有效保證鉤體深孔的尺寸精度及表面粗糙度;選用合適槍鉆可大大提高機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速及刀具進(jìn)刀速率;同時(shí)槍鉆加工過程中刀具排屑更加順暢,槍鉆頭部冷卻更充分,充分延長了刀具使用壽命,因而使深孔加工取得較高的加工效率。
  
     4、結(jié)論
  
     車鉤體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了其加工難度,在整個(gè)加工過程中,我們重點(diǎn)解決了以下幾個(gè)難點(diǎn):

     1)臥加專用反刮刀具的設(shè)計(jì),順利地解決了數(shù)控機(jī)床普通刀具無法無法完成的反刮加工難題,實(shí)現(xiàn)了在臥加上車鉤體通孔內(nèi)側(cè)面反刮切削數(shù)控加工;
  
     2)采用成形銑刀進(jìn)行凹槽機(jī)加工,解決了和鉤體連接面在一次安裝中加工,無需立車加工,簡化了加工流程,提高了生產(chǎn)效率;

     3)探索了在臥式加工中心進(jìn)行深孔加工的工藝,為同類產(chǎn)品提供了有益的借鑒。


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