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地鐵轉向架構架橫梁下（xià）蓋板製造技術優化

2020-7-3 來源：中車唐山機車車輛有限公司作者（zhě）：厲（lì）永澤

【摘要】: 針對彎形件二次（cì）機械加工的（de）難題，進行加工方（fāng）案的優化，從餘量分配、加工設備的選擇、零件裝夾等（děng）方麵進行改（gǎi）進。采（cǎi）用電磁（cí）吸盤工裝（zhuāng）來裝夾工件，不僅能夠保證零件的加工精度，還能（néng）提高零件的裝夾速度（dù），提升批量生產效率。

1．加工難點分析

轉向架的構架是列車承載和傳力的基體，也是轉向架眾多部件（jiàn）連（lián）結的主體骨架，是一個受力（lì）複雜的結構部件，它（tā）不僅承載車體上部所有裝備的重量，而且承載並傳遞列車運行中產生的垂向、縱向和橫向 3 個不同（tóng）方向和大小的動作用（yòng）力（lì），因此構架必須具備足夠的強（qiáng）度和剛度，所以其製造要求非常嚴格。

圖1 轉向架橫梁下蓋板三維圖

地鐵轉向架構架的橫梁下蓋（gài）板（見圖 1）作為構架橫（héng）梁上的關鍵部件，其加工質量的好壞至關重要。公司首次試製地鐵轉向架困難重重。為克服這些困難，前期安排一部分技術人員到相（xiàng）關企（qǐ）業進行了學習。為確保下蓋板折彎精度，在試製過程中工藝人員根據學（xué）習經（jīng）驗，在此（cǐ）件下料時，對兩個折彎處的 4 個位置進行了大麵積（jī）地留量，以防止在折彎過程中產（chǎn）生變形而導致報廢。在攻克折彎這（zhè）一難題的（de）同時，又引入了板材（cái）機械加工的新問（wèn）題，將（jiāng）原來隻需一次的加工調整成兩（liǎng）次，即（jí）板材在折彎後還需二次加工去除下料留量。因此，雖（suī）然克服了折彎難題，但同時又引入了二次（cì）加工的難題。折彎的製造如圖 2 所示，其中 A、 B 兩處（chù）邊緣距折彎線（雙點劃線為折彎線）太近，折彎後無法保證產品質量，需留量進行二次加工。

圖 2 轉向架橫梁下（xià）蓋板折彎示意圖

針對二（èr）次加工難題，工藝人員進行了深入的研究和探索，發現可借鑒（jiàn）的二（èr）次加工技（jì）術既廢工（gōng）時又無法保證產品質（zhì）量，且還要充分考（kǎo）慮公司新引（yǐn）進的先進設備、工裝和工具等硬件。經過多（duō）次試製（zhì）現場調研，以及對橫梁下蓋板的一次加工和二次加工（gōng）圖的加工內（nèi）容進行分（fèn）析後，決定優化二（èr）次（cì）加工技術，以提高該工件的產品質量和批量（liàng）生產效率（lǜ）。

2．優化前的技術準備

（1）設備選型 : 二次加工（gōng）設備選用杭州友佳精密機械（xiè）有限公司（sī）生產的龍門加工（gōng）中心，該設備的數控操作係統是先進的 FANUC32i 係統（tǒng），采用三軸聯動控製加工，各軸配置交流伺服電動（dòng）機，具有直（zhí）線（xiàn）插補、圓弧（hú）插補等插補功能 ; 另外，操作係統顯示屏具有中文（wén）顯示功能，CNC 編程信息可自動、手動、點動和手輪控製功（gōng）能，通過手輪實現 DRF 功圖 1 轉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（tōng）過手動程序（xù）回基（jī）準點（diǎn），程序、子（zǐ）程序可互為調用，可有異步子程（chéng）序 ; 同時還（hái）具有間隙補償、絲杠螺距誤差補償及測量係統（tǒng）誤差補償功能。

工作台上有槽寬 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，重複（fù）精度為 0.015mm。主軸功率為 18.5/15kW，主軸轉速（sù）為 4 000r/min，ISO50 主軸（zhóu）錐孔的錐度為（wéi） 7:24，經過分析完全能滿足該件折彎後的二次加工需求。

（2）加工工裝 : 選（xuǎn）用（yòng）購買新（xīn）設備時配置的通（tōng）用的電磁吸盤工裝，代替學習經驗時配置的專用加工工裝。專用工裝成本高，同時采用專用工裝每（měi）加（jiā）工一處就需要裝夾、找正（zhèng）一次（cì），對於（yú）坡口處還得先用棒銑刀銑端麵（miàn），後用坡口刀加工坡口，這樣（yàng）一個工件共需要 4 次找正、裝夾和 4 次更換刀具加工，很費工時（shí）。若（ruò）選用通用（yòng）的電磁吸盤工裝，通過最優排序加工就可以減少大（dà）量的工時浪（làng）費（fèi），同時還能大幅度提升產品質量。唯一的問題就是電磁吸盤工裝吸附麵積（jī）小，吸力能（néng）否滿足加工（gōng）使用要求還有待驗證。後來通過試製驗證，認為（wéi）電磁吸（xī）盤工（gōng）裝的吸力能滿（mǎn）足（zú）加工方案要求（qiú），解決了二次加工技術關鍵的裝夾難（nán）題，為（wéi）橫梁下（xià）蓋板的批量製造奠定了堅（jiān）實的基礎。

最終選取的吸盤（pán）為方形，磁盤通過 T 形（xíng）螺栓、壓板與工作台固定連接，外形尺寸精度滿足 H8 級，可以對工件（jiàn）進行粗定位，吸緊力能保證機夾坡口銑刀加工時夾緊穩定 ; 充磁、消磁快速方便，每台磁（cí）盤循環（huán）時間控（kòng）製在 3s 之（zhī）內，剩磁率符合國家相關標準 ; 控製簡單，充磁、消磁通過按鈕在機床外完成 ; 該電磁吸盤能保證全天候在切屑、灰塵和加工切削液的環境中可靠安全地工作 ; 單個磁極吸（xī）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（liào）而定（dìng）），地鐵轉向架構架的橫梁下蓋板的板材厚度為 16mm，能保（bǎo）證磁力穿（chuān）透，滿足（zú）加工要求。

3．優化後的（de）二（èr）次加工技術方案

對地鐵轉向架構（gòu）架橫梁下蓋板的二次加工方案進行優化，將專用的裝夾、找正工裝更換為（wéi）通用的電磁（cí）吸盤工裝，不但能（néng）節約工裝製造成本（běn），而（ér）且裝夾、找正操作簡單、方便，效率更高，同時通過優化一次和二次加工內容（róng），以及優化二次加工內容的次序，就能大幅（fú）度提高加工效率和提升產（chǎn）品質量。優化後的一次和二次加工製造圖如圖 3 和圖 4 所示。

圖（tú） 3 轉向架橫梁下（xià）蓋（gài）板一次加工示意圖

圖 4 轉（zhuǎn）向架橫梁下蓋板二次（cì）加工示意圖

工藝人員通過下料圖、一（yī）次加工圖、折彎圖、二次加工圖以及結合對折彎精度（dù）的考慮，最後給出了加（jiā）工餘量的去除精（jīng）確值，即精確計算 4 個位置的加工餘量去除值，按照橫梁下蓋板的一次加（jiā）工圖和二次加工圖進行（háng）對比計算，得出二次（cì）加工的餘量去除值（見圖 4）。此件根據圖樣（yàng）為中心對稱圖形，4 個去除餘（yú）量的地方在如圖 4 所示的陰（yīn）影部（bù）分（fèn）位置處，577.5mm 尺寸單側在去除餘量的同時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（liào）留量去除 45.3mm，需要加工坡口的（de）地方按照折彎 13°進行計算的去除餘量為 7.95×cos13°≈ 7.75（mm），這樣就可以為二次加（jiā）工提供找正數據參考，同時還可以驗證折彎質量（liàng），降低此件批量（liàng）生產的廢品率。

最佳的二次（cì）加工次序為 : 先將折彎（wān）後的轉向架橫梁下蓋板按照其 “U 形” 開口方向朝（cháo）下的方式放（fàng）置到尤佳龍門加工中心工作台安裝的電磁吸盤（pán）上，用機（jī）床操作手輪帶動（dòng）百分表找正（zhèng）工（gōng）件，開（kāi）啟電磁吸盤，按照製造圖基準建立 X、Y、Z 零點，同時（shí）驗證工藝人員精確計算的數值，確（què）定 4 個位置（zhì）處大餘量去除量，用手移動工件檢查工件是否吸緊，開啟機床加工 4 處留量及 2 處（chù）倒角（jiǎo）（見圖 4）; 然後將加工工件翻轉， “U 形” 開口方向朝上，通過兩次打表重複前麵的裝夾和找正工（gōng）序來加工 2 處坡口，最終實現了（le） 3 次裝夾找正、2 次換刀的工藝次序（xù），同時還可以（yǐ）借助專用的定位（wèi）塊進行找正，可以大幅度提升生產（chǎn）效率，節省工時，更重要（yào）的是確保（bǎo）了產品質量。

4. 試製效果

采用（yòng）此方案進行地鐵轉向架構架橫梁下蓋板的試（shì）製加工，加工出（chū）了合格的產品，驗證了此方案的可行性（xìng）和合理性，不僅實現了轉向架橫梁下蓋板二次加工的高質高效生產，還為（wéi）今後板類件折彎後需要多次裝夾找正而使得空間尺寸無法保（bǎo）證的產品加工提（tí）供了技術參考。二次加（jiā）工試製（zhì）過程（chéng）如圖 5 和圖 6 所示。

圖 5 4 處餘量（liàng）及倒（dǎo）角加工示意圖

圖 6 坡口加工示意圖

另外，在加工過程中，由於工（gōng）裝本身的誤差、定位裝夾（jiá）的誤差等的累積，會造成工件在機床上的位置不正、產生偏差（chà）等問題（tí），要結合生產實際具體問題具體分析。

5. 結語

在地鐵轉向架構架橫梁下蓋板的製造過程（chéng）中，為克服折彎困難和提升產品（pǐn）質量，針對在板材下料時對兩端靠近兩條折彎線的 4 個邊沿位置進行大麵積留量而引入的折彎後二次加工難（nán）題，從產品結（jié）構、機床特性和加工工裝以及工藝過程等方麵進行了詳細分析，優化了折彎後（hòu）二次加工過程，並通過（guò）成功的試製驗證了二次加工工藝（yì）方案的可行性和合理性，保證了產品質量，提升了批量生產效率。

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