劉 勇

（長(zhǎng)春軌道客車股份有限公司，長(zhǎng)春 130000）

論動(dòng)車組帶預(yù)置撓度的側(cè)墻窗口加工方法

劉 勇

（長(zhǎng)春軌道客車股份有限公司，長(zhǎng)春 130000）

本文針對(duì)新一代高速動(dòng)車組項(xiàng)目（CRH380）側(cè)墻整體加工工藝特點(diǎn)入手，結(jié)合現(xiàn)有的加工設(shè)備，提出了帶預(yù)制撓度的側(cè)墻窗口加工方法的具體實(shí)施方案，大大提高了側(cè)墻的加工效率及加工質(zhì)量。

CRH380項(xiàng)目；側(cè)墻；撓度；加工

1 前言

新一代高速動(dòng)車組項(xiàng)目（CRH380）是我國(guó)目前最先進(jìn)的分散動(dòng)力型高速動(dòng)車組列車，其持續(xù)運(yùn)營(yíng)時(shí)速350公里，試驗(yàn)時(shí)速超過(guò)400公里，是世界上商業(yè)運(yùn)營(yíng)速度最快、科技含量最高、系統(tǒng)匹配最優(yōu)的動(dòng)車組。高速動(dòng)車組基本全部采用鋁合金車體，主要由底架、車頂、側(cè)墻、端墻等大部件組成。側(cè)墻做為銜接底架和車頂?shù)年P(guān)鍵部件，其預(yù)制撓度主要是為了保證在車體合成時(shí)，和底架與車頂?shù)倪B接焊縫保持零間隙，保證自動(dòng)焊順利進(jìn)行。

2 帶預(yù)置撓度的側(cè)墻窗口加工方法工藝分析

2.1 撓度模型建立

（1）將側(cè)墻還原成一個(gè)半徑較大的圓弧，側(cè)墻窗口依次分布在圓弧上，則側(cè)墻的長(zhǎng)度即為圓弧所對(duì)應(yīng)的弦，弦到圓弧的頂點(diǎn)為側(cè)墻的撓度。根據(jù)弦、撓度、圓弧半徑之間的三角函數(shù)關(guān)系，已知側(cè)墻撓度和長(zhǎng)度即可導(dǎo)出圓弧半徑。以撓度線段與弦線段的交點(diǎn)為原點(diǎn)建立空間坐標(biāo)系（弦線段為x，撓度線段為y，垂直于xy平面為z），根據(jù)已知每個(gè)窗口中心在車體長(zhǎng)度方向上的尺寸（x已知）及圓弧半徑之間的三角函數(shù)關(guān)系，即可導(dǎo)出任意窗口中心在坐標(biāo)系中的理論偏移數(shù)值，也可計(jì)算出窗口左右邊緣兩側(cè)的偏移數(shù)值；

圖1

參照?qǐng)D1，側(cè)墻的撓度無(wú)法從設(shè)計(jì)圖紙中體現(xiàn)，因此需要在加工程序中利用數(shù)學(xué)模型計(jì)算側(cè)墻上任意一點(diǎn)的撓度補(bǔ)償值，鑒于車體制造過(guò)程中撓度允許存在偏差，因此機(jī)加程序開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵是理論補(bǔ)償與實(shí)際探測(cè)相結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)窗口位置的精確加工。

2.2 測(cè)量補(bǔ)償工藝

參照?qǐng)D1，①～⑥分別代表窗口左下、中下、右下、右上、中上、左上六個(gè)位置點(diǎn)，⑦～⑨代表上窗帶左、中、右三個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)。圖中8代表待加工窗口，9代表零件坐標(biāo)系，測(cè)量待加工窗口8的①～⑥點(diǎn)的Z向的偏差值（垂直于紙面向外方向），記作MP1～MP6，測(cè)量⑦～⑨三點(diǎn)y向坐標(biāo)值，將測(cè)得的偏差值記作MP7～MP9，測(cè)量點(diǎn)為側(cè)墻上窗帶。

根據(jù)撓度模型，可算得⑦～⑨這三點(diǎn)理論的撓度值記為h⑦、h1、h⑨，窗口的長(zhǎng)度已知，假設(shè)為a，則該窗口的實(shí)際撓度為（h1+MP8），該位置窗口的實(shí)際旋轉(zhuǎn)角度為α=（arcsin（（h⑦+MP7）-（h⑨+MP9））/a）。將機(jī)床自變量地址定義一個(gè)二維的數(shù)組，把窗口按數(shù)字編號(hào)，將該編號(hào)下的窗口實(shí)際旋轉(zhuǎn)角度α、實(shí)際撓度值（h1+ MP8）和測(cè)得的窗口六個(gè)頂點(diǎn)的坐標(biāo)值一并存入該編號(hào)的機(jī)床自定義變量中。如可定義二維數(shù)組MP[12，12]，若該窗口的位置編號(hào)為n（n=1、2、3...），則將測(cè)量數(shù)值①～⑨、α、（h1+MP8）依次存儲(chǔ)在地址MP[n，1]～MP[n，11]中。依次測(cè)量每個(gè)窗口的九個(gè)位置，并將測(cè)量與計(jì)算的結(jié)果依次存儲(chǔ)在相應(yīng)位置編號(hào)的地址中，以供編寫(xiě)實(shí)際走刀路徑的加工程序時(shí)使用。

采用測(cè)量補(bǔ)償工藝檢測(cè)誤差：分別將窗口的長(zhǎng)度、寬度、中心定位尺寸參數(shù)化，根據(jù)已建立的空間坐標(biāo)系，利用機(jī)床本身的三坐標(biāo)測(cè)量功能，測(cè)量z向6點(diǎn)，y向3點(diǎn)。z向測(cè)量值在加工時(shí)作為深度補(bǔ)償值，利用y向測(cè)量值結(jié)合撓度模型建立中算得的撓度理論值，獲得窗口的實(shí)際撓度實(shí)際旋轉(zhuǎn)角度，將所有的變量存入機(jī)床自定義的變量中，以供加工程序使用。

2.3 開(kāi)發(fā)窗口加工模塊化數(shù)控程序編寫(xiě)方法

將窗口的位置形狀參數(shù)與機(jī)床的動(dòng)作指令分離，通過(guò)依次輸入每個(gè)窗口的編號(hào)、長(zhǎng)度、寬度、側(cè)墻長(zhǎng)度方向的位置數(shù)據(jù)，便可自動(dòng)計(jì)算每個(gè)測(cè)量點(diǎn)與加工的輪廓的拐點(diǎn)，并通過(guò)主程序控制參數(shù)，子程序控制測(cè)量點(diǎn)位置，計(jì)算理論撓度并執(zhí)行測(cè)量動(dòng)作，根據(jù)測(cè)量結(jié)果計(jì)算該編號(hào)下窗口的實(shí)際撓度與實(shí)際旋轉(zhuǎn)角度，通過(guò)改變主程序中每個(gè)窗口的位置編號(hào)和車體縱向的位置尺寸，再循環(huán)調(diào)用子程序，即可完成對(duì)整個(gè)側(cè)墻所有窗口的測(cè)量程序編制。

3 加工流程

側(cè)墻窗口的形狀都是由直線和四分之一圓弧構(gòu)成，只需要在主程序中輸入該窗口的位置序號(hào)n，窗口的x向位置，窗口的長(zhǎng)、寬、圓角半徑，子程序即可自動(dòng)找到自變量地址中該窗口的測(cè)量高度補(bǔ)償值、窗口y向的實(shí)際撓度值以及窗口的旋轉(zhuǎn)角度。數(shù)控機(jī)床可根據(jù)該窗口的形狀信息以及上述參數(shù)以三坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)的方式完成窗口加工。即通過(guò)主程序控制形狀和位置，子程序控制機(jī)床運(yùn)行的動(dòng)作，從而使程序編寫(xiě)得到簡(jiǎn)化。

窗口加工主程序流程如下：

（1）調(diào)用加工窗口銑刀，定義初始數(shù)據(jù)（如安全高度等）；

（2）建立零件坐標(biāo)系9（以零件的x方向中心為x0，最左邊或最右邊的窗口橫向中心為y0，零件上表面為z0，）；

（3）定義窗口其他形狀尺寸參數(shù)：長(zhǎng)度a，寬度w，圓角r；

（4）將窗口編號(hào)，n=1，2，3......輸入第一個(gè)待加工窗口的編號(hào)n=1和該窗口中心在x方向的位置寸；

（5）進(jìn)入窗口加工的子程序流程：

1）平移零件坐標(biāo)系9至第n個(gè)窗口中心，（參照?qǐng)D1，坐標(biāo)系10是坐標(biāo)系9偏移后的位置，坐標(biāo)系10在坐標(biāo)系9中的位置為（x，h1+MP[n，8]，0））；

2）旋轉(zhuǎn)平移后的坐標(biāo)系，旋轉(zhuǎn)角度為α；

3）采用直線插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)的方式加工該窗口，采用順銑的方式加工，刀具路徑為②-③-④-⑤-⑥-①-②，機(jī)床運(yùn)動(dòng)采用三坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)的方式，每個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)值都用a、w、MP[n，m]（m=1、2、3......6，代表①～⑥點(diǎn)）來(lái)表示，如③點(diǎn)的坐標(biāo)值為（-a/2，，-w/2，MP[n，3]）；

（6）輸入下一個(gè)待加工窗口的編號(hào)n=2......和該窗口中心在x方向的位置尺寸，調(diào)用子程序流程，依次編寫(xiě)每一個(gè)窗口的編號(hào)和窗口中心在x方向的位置尺寸，即可完成加工程序的編寫(xiě)，若中間有個(gè)別窗口的形狀有變化，可單獨(dú)對(duì)有變化的窗口重新定義長(zhǎng)度a，寬度w，圓角r等。

主程序同樣適用于測(cè)量程序，測(cè)量程序的子程序只需將所要測(cè)量的點(diǎn)分別用a、w表示，將測(cè)量和計(jì)算的結(jié)果分別用存儲(chǔ)在自變量地址MP[n，1]～MP[n，11]中。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上的加工工藝，實(shí)際效果達(dá)到了使用要求，并大大的提高了加工效率，利用西門子840D系統(tǒng)自帶的語(yǔ)言編寫(xiě)參數(shù)化的工藝循環(huán)和測(cè)量循環(huán)，已在多臺(tái)大型數(shù)控龍門銑床上應(yīng)用，此程序可避免重復(fù)編程，提高了編程人員的編程效率。

[1]SINUMERIK 840D/840Di/810D基礎(chǔ)部分.

[2]SINUMERIK 840D/810D/FM-NC.