1、创新与实践TECHNOLOGY AND MAKETVol30，No2，2023马来西亚轻轨三号线构架加工工艺优化聂希来(中车株洲电力机车有限公司，湖南 株洲 412000)摘要:针对马来西亚轻轨三号线构架结构复杂、加工工艺要求高、加工产品质量要求高等难点，提出了马来西亚轻轨三号线构架整体加工工艺方案，并通过对实际的构架产品进行加工工艺验证，选择合理的工具、走刀路径及切削参数，保证构架加工的质量与生产效率。关键词:构架加工;轻轨;工艺优化doi:10 3969/j issn 1006 8554 2023 02 0100引言构架是转向架的底架，是安装车辆各种零部件的重要载体，承受和传递垂向力和水平
2、力，是车辆的走行部。构架加工质量的优劣会直接影响组装到构架上配件的装配状况及配件的使用寿命以及工程车辆的行驶状况。然而，构架结构复杂，加工位置多，加工精度，质量要求高。在部分工序中，并不只依靠机车来控制产品精度、质量，往往还需要通过选择合适的刀具、加工参数、加工工艺等多种措施保证产品质量。本文对构架加工中遇到的问题，通过理论和实践经验探讨可行的加工方法，在保证产品质量的前提下，更好地提高生产效率。1构架工艺难点1.1整体结构特征马来西亚三号线整个构架的梁体比较单薄且带斜度，导致加工时的定位夹紧点比较难找。侧梁主要由一系簧座、制动器座、电机悬挂座、空气簧导筒组成，中间横梁为 2 根横向管，主要包
3、括齿轮箱安装座、横向止挡等。1.2一系簧座板 U 型槽加工现状马来西亚轻轨三号线一系簧座板结构较为复杂(见图 1)，且构架整体依靠一系簧座建立整体坐标系，加工精度要求高。加工顺序为:铣平面铣 U 型槽铣半圆槽铣沉台。马来西亚轻轨三号线构架一系簧座板位置需要加工 U 型槽，槽型分为 U 型和半圆型 2 种。U 型槽数量多加工难度大，一个构架上一共需要加工 56 个 U 型槽，现加工方式为使用直径12 mm 波纹铣刀进行仿型铣。在试制过程中发现，由于波纹铣刀的特性，需要高转速低进给来进行加工，非常容易崩刀(试制过程中加工一个构架崩掉 2 把刀)，并且加工后的表面粗糙度达不到要求(见图 2)。其主要
4、原因为该槽型为半圆开口槽，刀具加工至圆弧接口处切受力不均，且刀具加工转速要求高。图 1一系簧座板结构图图 2试制中的加工情况1.3U 型槽反面沉台加工现状马来西亚轻轨三号线一系簧座板背面的 U 型沉台加工难度较高(见图 3)，由于该位置正面与机床附件存在干涉，所以只能在反面加工时采用刮、铣的加工方式。现加工工艺为白钢刀片反刮(见图 4)。由于该沉台为 U 型沉台要求深度较深(3 1 mm)且存04技术与市场创新与实践2023年第30卷第2期在缺口，在进行反刮的过程中刀片的受力不均，吃刀量大，加工效率极低且需要手动控制。加工 1 个沉台需要 7 8 min，1 个构架有 32 个沉台，耗时大概
5、32 8 min=256 min。加工难度大，耗时长，且刀具报废率极高。一 系 簧 座 板 孔 为 13 mm，沉 台 直 径 为25 mm，故要求刮刀杆直径需小于 13 mm。经过现场验证，由于反刮过程中刀片受力过大，刀杆晃动严重容易崩断。图 3U 型槽结构图 4白钢刀片崩刃1.4制动器座加工现状马来西亚轻轨三号线构架制动器座位于构架侧梁的端部位置，需要进行上、下端面的铣面、钻 16 17 mm、侧面钻 M12 孔。端面的铣削加工量大，且平面 4 个凸台均需要加工到，因此无法在制动器上表面进行压活。若按以往加工工艺经验，采用160 mm面铣刀进行加工，加工时易振刀，加工后表面粗糙度难以达到图
6、纸要求;且该位置加工量较大，加工时断续切削，冲击力较大，极易影响机床附件头精度。制动器座深孔的加工同样存在难点(见图 5、图6)，16 17 mm 孔深长达 154 mm。普通高速钢麻花钻头难以保证加工精度，钻到中间位置时钻头容易偏移且铁屑无法正常排出，容易挤坏钻头甚至影响机床附件头。图 5制动器座深孔尺寸图 6制动器座结构2工艺优化及解决方案2.1整体的装夹定位由于马来西亚三号线构架设计较为特殊，侧梁整体呈倾斜姿态，无论是压紧或者是使用支撑顶支撑都难以找到合适的受力点，并且关键的加工部位如一系簧、制动器座等都分布在侧梁上。加工量大、加工位置多，刀具产生的切削抗力也会比较大，经过综合考虑与现场
7、实际应用中，最后采取的压装方式为 6 点定位压法，分别将压板压在侧梁 4 个一系簧座旁、齿轮箱吊挂座上端。将构架校平校直后，防止压紧时整体构架产生压装变形的关键是构架辅助支撑的位置安放。除了在压板的下方放置外，在构架的四角上的制动器支座处打上圆顶支撑以及压紧压板保证构架整体受力均匀。四周压紧点预紧，查看构架整体是否有偏移、变形等情况。14创新与实践TECHNOLOGY AND MAKETVol30，No2，2023采用对角拧紧的方式进行最后的紧固，保证构架在加工过程中不会产生位移、变形。2.2一系簧座板 U 型槽加工工艺优化通过分析加工材料与产品尺寸，构架材质为16 MnD(低温容器钢)，强度
8、高加工性能优但整体硬度偏高，U 型槽宽度为13 mm 深度约为15 mm。波纹铣刀的材质为硬质合金钢，且最小直径为12 mm，加工转速需要达到 1 000 r/min 以上。如果按照实际加工深度 15 mm，直接一刀铣到位的情况下，刀具刀刃全部吃刀且高转速高进给的情况下，刀具阻抗力过大，且一系簧座板结构单薄容易震动，十分容易崩刀。因此，修改程序改为两刀铣出轮廓，第一刀 Z 方向7 mm下刀高转速低进给铣出 12 mm 直槽，第二刀高转速高进给走 U 型槽轮廓线将 12 mm 孔扩成13 mm，最后增加 12 mm 立铣刀精铣走轮廓去除毛刺。从仿型铣改为 12 mm 波纹铣刀粗铣毛坯12 mm
9、波纹铣刀粗铣轮廓12 mm 立铣刀精铣轮廓，加工后表面质量及尺寸相比之前有了极大提升，同时 2 种加工方式的加工时间无大差异。2.3一系簧 U 型槽反面沉台加工工艺优化根据现场试制的情况来看，该位置正面内侧空间较小无法进刀，所以只能选择从反面下刀，反向进行切削类似加工铣削 T 型槽。通过查找资料，需要选择刀杆直径小于 13 mm，且刀盘直径为 25 mm 的沉台铣刀。沉台铣刀受力稳定切削效果好，加工效率高，使用沉台铣刀能够一刀铣到位。并且针对开口槽结构适当调低进给量后，面铣刀切削受力均匀不会发生崩刃、烧刀等现象，极大地提升了一系簧座板反面沉台的加工效率及稳定性。改进前、后的刀具如图 7、图 8
10、 所示。图 7刮刀图 8沉台铣刀2.4制动器座加工工艺优化首先是制动器平面的铣削加工，从之前的分析可得，加工该部位的刀具 160 mm 面铣刀应改为80 mm的面铣刀(见图 9)。小直径的面铣刀可以保证加工时更好的稳定性，减少刀具振刀情况。同时，采用高速分层铣削的方式进行加工，由之前的“大吃深，小进给”改为“小吃深，大进给”粗加工方式，极大地降低了机床的负载，同时也保证了加工效率。图 9制动器座加工方式改善对于制动器深孔的加工，改为先用 13 mm 的小合金钻钻至80 mm 深度，再使用 17 mm 的麻花钻进行加工(见图 10)。首先小直径的合金钻头可以保证孔的位置度准确，其次先钻的 13
11、mm 孔可以帮助17 mm麻花钻后续钻孔时排屑顺畅，避免出现孔内24技术与市场创新与实践2023年第30卷第2期铁屑挤压刀刃的情况。保证该位置深孔的加工精度、质量。图 10制动器孔加工3实施效果通过对以上改善方案的实施，马来西亚三号线构架加工时间得到进一步缩短，加工质量更是有着显著的提升。加工 U 型槽通过修改程序，将转速提到1 000 r/min，进给提到 200 mm/min，每刀切深减少为7 mm，所有一系簧座板 U 型槽及缺口加工完所花时间仅 40 min，增加的精铣程序保证了表面质量与粗糙度。制动器面、孔的加工方式改善了加工产品的尺寸精度，同时减少了对机床的损害。仅仅只是 U 型槽加
12、工的一项改善，最终将加工时间缩短近2 h/架。加工 U 型槽反面的沉台改用沉台铣刀后，刀具成本降低约 440 元/架，加工效率提升 400%，每年节约制造成本约 8 万余元。4结语本文从产品结构、加工难点、及工具参数、走刀路径等方面分析了马来西亚三号线转向架构架的加工工艺，并通过工艺优化保证了构架一系簧座 U 型槽、沉台的加工质量，大大提升了构架加工效率并改善了构架加工质量，顺利完成该项目构架加工试制。参考文献:1 闻邦椿 机械设计手册:第 2 卷 M 北京:机械工业出版社，2012 2 周泽华 金属切削原理 M 上海:上海科学技术出版社，1984 3 盖增杰 关于高铁车辆车下质量振动传递机制
13、的研究 D 大连:大连交通大学，2014作者简介:聂希来(1996)，男，湖南株洲人，本科，助理工程师，研究方向:机械加工工艺。(上接第 39 页)或国际标准，根据欧洲人体数据，从人机工程学角度优化了客室的轮椅区、地板和扶手的设计，保证乘客乘车的舒适性和安全性。参考文献:1 聂世涛，谢耀征，柏友运 常见有轨电车车型及其改型研究分析 J 电力机车与城轨车辆，2021，44(4):71 75 2 ailway applications Design for PM use Equipmentand components on board rolling stock Part 2:Elementsfo
14、r sitting，standing and moving:EN 16585 2:2017 S 2017 3Testing of floor coverings Determination of the anti slip property Workrooms and fields of activities withslip danger Walking method amp test:DIN 51130:2014 S 2014 4 Stairs Part 1:Code of practice for the design of stairswith straight flights and
15、 winders:BS 5395 1:2010 S 2010 5 Basic human body measurements for technological design Part 1:Body measurement definitions and landmarks:ISO 7250 1:2017 S 2017 6 Basic human body measurements for technological design Part 2:Statistical summaries of body measurementsfrom individual ISO populations:ISO/T 7250 2:2014 S 2014作者简介:文质彬(1985)，男，湖南株洲人，硕士，工程师，从事轨道交通车辆内装设计工作。34
