高速动车组加工质量控制方法研究

高速动车组 加工质量 控制方法研究

李维 梁玉姣 庞明仁

中车唐山机车车辆有限公司 河北唐山 063035

摘要：高速动车组头车圆顶结构复杂，需正反装铣削，加工内容多，难度大。经过技术创新，在工装、测量找正、编程及型腔加工工艺等方面做了充分的技术准备。新的工艺更加完善合理，生产效率更高，同时加工质量明显提高，制造成本大幅下降，取得了良好的经济效益。经过生产验证，数控加工工艺稳定可靠，加工出的产品质量合格，完全能够满足工艺质量要求。

关键词：数控加工；自动测量；变形补偿

1 引言

高速动车组车头车圆顶相比一、二、三单、统型车动车组圆顶加工，是结构更复杂，加工难度更大的一种车型。它结构复杂，加工内容多。正反两面都有大量的C型槽、孔和型腔需要加工。而且这些C槽和型腔等位置既有在平面上加工的，也有在圆弧面上加工的。既有通透腔，又有封闭腔，这些在编程时都要充分考虑到，加工时稍有疏忽就会过切。同时由于一些型腔的加工是在工件边缘位置的，这时考虑到刀柄与工装的干涉，不能发生碰撞。而且车顶荒料尺寸普遍都长，这些都要去除，铣削量很大。同时料越长，受焊接影响，工件扭曲和翘曲的变形越严重，加工时稍不注意，就会过切，伤及母材，在加工时要必须控制好变形量，编写测量和变形补偿数控程序，这些都加大了头车圆顶的加工难度^[1]。

在总结以往圆顶加工经验的基础上，对工装布置、毛坯变形测量、自动找正调整和加工补偿程序的编制、工艺装夹、加工方式和走刀路线都进行了研究，制定了合理的加工工艺，在现场加工中取得了满意的效果。

2 加工工艺流程

对毛坯划线定出加工位置—调整工装确定工件安装位置—找正工件确定零点-对待加工的C槽、型腔等位置进行测量-锯片切除工件余量-加工两端C槽—铣削中间部位c槽-铣削平面矩形腔及圆孔-测量端面圆弧槽-加工端面槽-工件卸下翻转，加工反面-找正工件-建立工件坐标系-测量各孔及型腔高度及加工部位中心值-加工各孔及型腔-自互检-工件吹净转运下道工序

3 五轴联动数控编程技术

3.1圆顶变形程度的自动测量程序的编写：受焊接影响，圆顶毛坯呈扭曲状，各部位的加工余量不一致，通过调用CYCLE730测量循环，编写了自动测量程序，采用RENISHAW测头选择高效、便于处理和基准变换的测量方法，对毛坯变形进行全面测量，得出加工部位变形数据，从而确定工件装夹最佳位置和反变形方法。

3.2圆顶切削补偿程序的编写：根据测量得出的圆顶变形参数、设定适宜的加工平面，切削用量、补偿参数和切削深度，防止了过切情况的发生。确定合理走刀路线避让开发生加工干涉的部位，从而编写出高效精干的加工程序
3.3加工程序仿真和刀具干涉检查 ：根据刀位轨迹在机床上对程序进行模拟加工，并检查刀具干涉情况，保证实际加工时安全运行。
4 加工工艺过程
4.1加工设备，使用德国生产的FOOKE数控龙门铣床，主轴功率52kW，加工行程61600*4500*1500mm，数控系统采用SIEMENS 840D，该机床具有X、Y、Z坐标轴和A、C二旋转轴数控铣头，可五轴联动数控加工，完全满足圆顶加工的设备条件。

4.2 毛坯质量的控制，因圆顶为焊接结构，应首先检查是否存在焊接缺陷及磕碰划伤等质量缺陷，在机床加工之前，也有专门开发的毛坯长度校验程序和轮廓度偏差测量程序进行检查，确保加工质量。

4.3工件装夹，装夹方式的确定是实施编程、加工首先要解决的问题。受焊接变形影响，圆顶整体轮廓是扭曲的，针对此特点，采用正、背面专用胎具定位，螺旋夹紧的夹紧方式，此装夹定位方式具有经济、高效、操作简便的特点，对确定工件参考点、实施找正，解决圆顶长度方向翘曲，纵向扭曲变形这一技术难点效果良好。

4.4工件的找正、测量，用雷尼绍探头测量装在胎具上的圆顶X、Y、Z三个定位基准点的坐标值，并在胎具上设定参照点进行找正。通过开发专用的找正测量程序，对加工的圆顶提供了先进的检测手段。
4.5圆顶的加工部位及刀具，圆顶加工部位为两端面，大量分布在平面、圆弧面上的C槽，矩形腔及圆形腔，端面槽。使用的刀具为锯片铣刀、螺旋立铣刀、R4圆角成型铣刀等。

4.6铣削方式，采用顺铣加工、型腔铣削采用螺旋下刀、环切的工艺，加工时采用高压油雾润滑，可降低刀具损耗，提高加工表面光洁度。实现高效、低耗刀具的铣削。
5 结论

为了更好地打造零缺陷产品，确保车顶圆顶加工质量。我们在圆顶切断加工前都增加了自动找正及长度校验确认、零点二次测试等三道工序。具体做法是：编写数控测量程序，建立零点后，使机床自动测量圆顶两端最外侧的四点C槽Y向数值，并将测量结果反映在显示屏幕上。操作人员根据测量数值调整工装或工件位置，以确保圆顶在机床上能有一个正确的位置。在选取找正测量点位置时，我们专门选取切断后圆顶两端的位置进行测量。这样一来，如果物料长度余量不够或加工程序选择错误，在找正时，测头就会碰不到C槽，导致测量失败。操作者也就知道这个圆顶加工存在问题，可以立即进行处理。这样做的好处是，将两道工序合二为一，在找正的同时对毛坯长度做了自互检，可以提前预知加工中潜在的质量隐患，避免问题发生

^[2]。而且加工正装时，为防止出错，圆顶零点要进行二次校正，重新测量一次，得到的数值与第一次零点再核对一下，无误后方可加工。

总之，头车长圆顶加工工艺技术的应用，提高了车顶加工质量、提升加工效率、经济效益显著，确保了节点计划的完成。对后续其它车型的加工具有指导意义。

参考文献

[1]周增文.机械加工工艺基础 [M].长沙:中南工业大学出 社,2003:121.

[2]王先逵.机械加工工艺手册[M].北京:机械工业出版 社,2007:1