姚鑫

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2017.14.038

摘 要：隨著我國(guó)高速鐵路快速發(fā)展，不同速度層級(jí)、不同用途的動(dòng)車組相繼推出，動(dòng)車組制造工藝面臨著多型號(hào)動(dòng)車組共用一條生產(chǎn)線局面，采用通用化、自動(dòng)化加工工藝方法改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)鋁合金側(cè)梁整體加工質(zhì)量保障，通過(guò)改進(jìn)工藝流程和優(yōu)化工裝設(shè)計(jì)，滿足了不同車型側(cè)墻之間加工工位轉(zhuǎn)換要求，再結(jié)合數(shù)控編程，實(shí)現(xiàn)鋁合金車體側(cè)墻加工制造。

關(guān)鍵詞：CRH2系 鋁合金側(cè)墻 加工工藝

中圖分類號(hào)：U270 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）05（b）-0038-02

隨著我國(guó)高速鐵路快速發(fā)展，不同速度層級(jí)、不同用途的動(dòng)車組相繼推出，動(dòng)車組制造工藝面臨著多型號(hào)動(dòng)車組共用一條生產(chǎn)線局面，為滿足多型號(hào)動(dòng)車組生產(chǎn)需求，生產(chǎn)節(jié)拍變化、生產(chǎn)線的柔性化設(shè)計(jì)是重要解決措施之一。為此，在基于多型號(hào)動(dòng)車組鋁合金側(cè)墻加工工藝設(shè)計(jì)中，重點(diǎn)在于如何將生產(chǎn)柔性化需求與工藝過(guò)程設(shè)計(jì)、工藝裝備設(shè)計(jì)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，利用工藝裝備自身結(jié)構(gòu)變化與組合，滿足多型號(hào)動(dòng)車組鋁合金側(cè)墻加工。

1 動(dòng)車組鋁合金側(cè)墻結(jié)構(gòu)及加工工藝

動(dòng)車組鋁合金側(cè)墻是車體關(guān)鍵大部件之一，主要由窗上板、窗下板、窗間板、下墻板和上墻板等長(zhǎng)大型鋁合金型材裝配焊接而成，是車體的主要承載部件。由于受型材結(jié)構(gòu)及焊接變形、焊縫布置等限制，其側(cè)墻窗口、組焊結(jié)合部的加工精度、加工變形控制等加工質(zhì)量，對(duì)后續(xù)總裝組裝、外觀、后續(xù)焊接等都會(huì)造成影響，為此在鋁合金側(cè)墻整體加工中，制造精度要求較高。

鋁合金側(cè)墻整體加工是在FOOK加工中心上進(jìn)行的，從上向下俯視，可以將鋁合金側(cè)墻擬化為長(zhǎng)方形薄板加工，為此工序定位可采用“3-2-1”定位方案，即在FOOK加工中心工作平臺(tái)布置24個(gè)可平移的單體支撐組合為一個(gè)平面，在側(cè)墻一個(gè)側(cè)面兩端各選一個(gè)定位點(diǎn)（A、B），在一端部選一個(gè)定位點(diǎn)（C）（如圖1）。

某型車體整個(gè)側(cè)墻的鋁合金毛坯長(zhǎng)度大概有23 800 mm，寬度有2 300 mm，高度約有350 mm，在焊接時(shí)會(huì)導(dǎo)致鋁合金產(chǎn)生一個(gè)較大的變形。為了解決這一情況需要對(duì)其輪廓進(jìn)行調(diào)整和修改，同時(shí)側(cè)墻在車體組成整體焊接時(shí)通常會(huì)預(yù)留出一定的預(yù)置撓度；調(diào)整和修改后，再將其放置在60M FOOKE五軸加工中心上加工。FOOKE五軸加工定位原則及方式如下：一個(gè)定位基準(zhǔn)平面（三點(diǎn)定位），一個(gè)定位基準(zhǔn)線（二點(diǎn)定位）和一個(gè)定位基準(zhǔn)點(diǎn)（一點(diǎn)定位），就此整個(gè)側(cè)墻工藝定位完成，實(shí)現(xiàn)“六點(diǎn)”定位。

在定位后，裝夾時(shí)，先通過(guò)側(cè)墻預(yù)開工藝孔的方式，利用螺栓和壓板，將側(cè)墻中部固定在支撐平面上；然后使用氣動(dòng)壓緊器，將側(cè)墻兩邊固定在弧形支撐面上；在加工不同車型時(shí)，可根據(jù)車體斷面弧形要求，選用相對(duì)應(yīng)的弧形支撐面，并平移調(diào)整位置，確保氣動(dòng)壓緊器壓頭到位。就此側(cè)墻整體加工定位，裝夾結(jié)束。

2 單體支撐工裝設(shè)計(jì)策劃

通過(guò)上述分析，作為車體側(cè)墻整體加工工裝重要組成，單體支撐工裝設(shè)計(jì)是工藝設(shè)計(jì)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，正是通過(guò)調(diào)節(jié)、換裝等方式，變換單體支撐工裝結(jié)構(gòu)，滿足不同車型車體斷面弧形要求，實(shí)現(xiàn)柔性化生產(chǎn)目的。不同車型車體斷面弧形要求見圖2（A、B、C三個(gè)車型）。

如圖2所示，A、B這兩個(gè)車體側(cè)墻斷面結(jié)構(gòu)較為接近，C型相對(duì)A、B曲率半徑小，弧形變化大。為此，若滿足在同一個(gè)工位上加工這三個(gè)車型車體側(cè)墻要求，就要解決以下主要問(wèn)題：（1）保持弧形支撐的曲率接近一致。（2）保持側(cè)墻弧形面與夾具弧形支撐正確接觸，有良好的接觸面積。（3）在加工過(guò)程中保持弧形面與夾具弧形支撐緊密結(jié)合，防止被加工件移動(dòng)或松動(dòng)。

為解決以上問(wèn)題，策劃了以下解決方式方法：（1）設(shè)計(jì)相應(yīng)的、可更換的弧形支撐板，通過(guò)采取更換弧形支撐板的方法，以應(yīng)對(duì)不同車型車體側(cè)墻。（2）在車體側(cè)墻整體定位情況下，先通過(guò)車體側(cè)墻窗口預(yù)開工藝孔的方式，利用螺栓和壓板，將車體側(cè)墻中部固定在支撐平面上；然后從兩端向車體側(cè)墻窗口中心，分別平移弧形支撐板，將其弧形支撐與車體側(cè)墻外弧形面處于正確接觸位置，然后鎖緊。（3）車體側(cè)墻兩側(cè)弧形面夾緊力，采用氣動(dòng)方式，利用氣缸帶動(dòng)擺臂及壓輪實(shí)現(xiàn)。依據(jù)弧形面夾緊點(diǎn)布置區(qū)域與氣缸位置關(guān)系設(shè)定，通過(guò)模擬氣缸活塞移動(dòng)距離、夾緊擺臂長(zhǎng)度和擺動(dòng)角度范圍、壓輪直徑大小等因素，確定最終設(shè)計(jì)尺寸和結(jié)構(gòu)。（4）在弧形支撐板換裝及移動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)策劃上，擬訂以下4種方案：（1）開扁長(zhǎng)口，手工位移，螺栓固定。該方案結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但位移距離小，適應(yīng)范圍小，位移時(shí)費(fèi)力，需要找正。（2）采用齒輪、齒條結(jié)構(gòu)，手工位移，棘輪固定。該方案位移距離大，位移時(shí)省力，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，齒輪與齒條間隙大，加工鋁屑容易堵塞；棘輪節(jié)距設(shè)計(jì)不當(dāng)，不能保持良好的接觸和鎖固效果。（3）采用齒輪、齒條結(jié)構(gòu)，氣動(dòng)位移，棘輪固定。該方案位移距離大，位移時(shí)省力，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，齒輪與齒條間隙大，加工鋁屑容易堵塞；棘輪節(jié)距設(shè)計(jì)不當(dāng)，不能保持良好的接觸和鎖固效果，且氣動(dòng)力矩不好設(shè)定，容易引起位移夾緊變形。（4）采用直線導(dǎo)軌、滑塊結(jié)構(gòu)，手工位移，緊頂螺釘固定。該方案結(jié)構(gòu)精度高，位移距離大，位移時(shí)省力，但手工操作時(shí)，可進(jìn)行位移，鎖緊可靠。結(jié)構(gòu)復(fù)雜，要考慮加工鋁屑對(duì)直線導(dǎo)軌、滑塊結(jié)構(gòu)的影響。

從位移裝置結(jié)構(gòu)、位移方式、加工鋁屑影響、縮緊定位、制造精度和成本，尤其是裝夾定位效果與不同車型適應(yīng)范圍等方面綜合評(píng)估，并進(jìn)行不同方案草圖之間對(duì)比，最終選用4號(hào)方案。

4號(hào)方案采用直線導(dǎo)軌、滑塊結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)商品化程度高，選擇范圍廣，容易實(shí)現(xiàn)應(yīng)用目的；該結(jié)構(gòu)零部件間配合精度高，間隙小，定向性好，適合用于定位結(jié)構(gòu)；該結(jié)構(gòu)直線導(dǎo)軌長(zhǎng)度，可按照需要選擇，適合不同車型側(cè)墻尺寸位移要求；該結(jié)構(gòu)移動(dòng)摩擦系數(shù)小，位移力矩小，適合用于手工操作。該結(jié)構(gòu)定位鎖緊時(shí)，可采用定位螺釘直接頂緊直線導(dǎo)軌的方式，進(jìn)行定位鎖緊，方便可靠。

3 結(jié)語(yǔ)

在車體側(cè)墻加工過(guò)程中，通過(guò)多種車型側(cè)墻加工驗(yàn)證，該工藝方案、工藝流程和工裝，滿足了不同車型側(cè)墻之間加工工位轉(zhuǎn)換要求，再結(jié)合數(shù)控編程，整合各車型側(cè)墻加工程序，優(yōu)化、統(tǒng)一定位方式，推進(jìn)了車體側(cè)墻加工工藝柔性化設(shè)計(jì)水平。