近年來，我公司先后研發了CRH380BL 型、時速160~250 km 型動車組以及地鐵、100%低地板等多種動車組及城軌車項目。車體為6005A 鋁合金大型薄壁中空結構型材，單件加工后再組焊成大部件。型材加工件種類眾多，批量小，為此，公司先后購買了6 臺中大型五軸龍門加工中心，工作臺長度6~10 m。針對這些小批量加工件的生產特點，為了提高加工效率，本文運用基于事例的推理方法［1］，通過對型材件工藝裝夾相似性的分析， 設計了一種能適用于多種型材斷面的通用工裝，滿足了多車型、小批量加工工藝要求。
1 加工件工藝分析及問題的提出
軌道車輛的底架、車頂、側墻、端墻等大部件均由長度不等的型材單件加工后組焊而成， 其中多種型材件加工過程采用一次裝夾，一次加工完成，此種類似的型材加工件具有相似的裝夾特性， 有一面或多面為平面結構，便于工裝結構的通用化設計。型材加工件是一次裝夾完成， 加工過程需用鋸片鋸切兩端（直徑為500 mm 鋸片），工裝結構設計時需保證工件距工作臺有一定距離， 以滿足機床主軸旋轉后鋸片的安全旋轉及鋸切空間。
通常鋁合金型材加工工裝采用機械組合的方式［2］，但對于種類眾多的型材加工件，其還存在一定不足，主要表現在工裝基礎結構均是根據型材加工工藝特點進行布局設計的，因此難以進行適應性調整，有待進一步優化改進。為減少工裝成本以及工裝占用設備胎位，擬設計一套通用性更強的工裝， 以滿足多種鋁合金型材加工件的加工工藝要求。
2 工裝的基本結構設計及夾具選型
通過對夾具結構特征和功能分析以及大量相似的結構件特征，對工裝結構進行了模塊化、標準化、柔性化設計［4］。充分利用機床工作臺的標準T 型槽結構，鑒于鋁合金特殊的工藝裝夾要求（工件不能直接與鐵質材料接觸），因此工裝支撐部位通常采用鋁合金材質或聚四氟乙烯材質。
2.1 工裝的基本結構設計
基礎工裝（定義為鋁方箱）選用足夠剛度和表面硬度的鋁合金材質， 采用箱體式結構設計， 整體鑄造而成，最后精加工達到相關技術要求。如圖1 所示，利用工作臺上的標準T 型槽， 用T 型螺栓將鋁方箱安裝在工作臺上，工件安裝在鋁方箱上方， 再利用標準夾具、定位銷等對工件進行定位夾緊，從而完成待加工型材件的裝夾。
2.1.1 主要結構及配置
基礎工裝采用箱體式結構,6 面均加工高精度安裝螺紋孔及通孔,螺紋孔選擇M12 或M16，孔間距（螺紋孔或通孔）分別為50 mm×50 mm 和100 mm×100 mm，間隔分布， 外形尺寸為450 mm×150 mm×300 mm 或600 mm×200 mm×500 mm 等，外形尺寸可根據待加工工件尺寸及加工工藝特點等自行設計， 壁厚視鋁方箱大小尺寸及裝夾件而定， 厚度一般為20 mm 或40mm，結構如圖2 所示。
鋁方箱大面均開一個四方口，用于安裝鋁方箱所用，尺寸大小以方便工具安裝T 型螺栓或T 型螺桿即可，同時也可方便鋁方箱的吊運。鋁方箱各邊作倒坡口、去毛刺處理。
2.1.2 技術要求
鋁方箱需有足夠的剛度，承受1t/m2 的壓力變形量要小于0.02/m2。各相鄰孔系位置公差±0.02 mm, 螺紋精度等級7 級,位置公差等級6 級，平面度0.10/m2，表面粗糙度Ra為3.2。
2.2 工裝夾具選型
工裝夾具需滿足裝夾和拆卸方便，以提高效率，在對夾具選型時參考了國內外使用較好的多種夾緊方式的夾具，最終選用了國外某品牌的專用組合夾具，其通用性及實用性較好，組合夾具結構如圖3 所示。
鋁合金型材件大都為薄壁中空結構， 采用高速銑削加工方式，機床主軸轉速在10 000 r/min 左右，其薄壁結構要求裝夾時不宜采用過大夾緊力，以防變形，因此，選用的夾具夾緊力在15~80 kN 之間，圖3 所示夾具既可在標準T 型槽中使用，也可在標準螺紋孔上安裝使用，標準件的高度及形狀提供多種選擇，并且可以疊加使用，這就大大提高了夾具的通用性，滿足了鋁合金型材加工件的裝夾要求。
該夾具包含圖4 所示的各部件，均為標準件，可選用，并且可以組合使用。夾具的標準化結構方便了夾具的管理、維護及更換，可大大節省夾具的使用成本。
3 應用實例及使用方法
以某型動車組型材件為例來說明本工裝的使用方法。如圖5、圖6 所示,利用五軸加工中心工作臺上的標準T 型槽，將鋁方箱安裝在工作臺上，工件放置在鋁方箱上方,粗調整至與機床工作臺平行,選擇合適的夾具（如:夾具高度、夾具類型等）進行壓緊。
3.1 型材加工件的應用
裝夾時夾具下方墊一薄鋁板， 防止夾緊過程中對工件造成壓痕或壓力集中造成的變形。用機床自帶的探頭（在線測量工具）測量工件，查看工件裝夾不平行度，經過精調整，再測量工件，符合工藝文件要求后，用配套扳手旋轉夾具上的螺釘進行夾緊。工件夾緊找正后，建立工件零點，選擇程序加工工件，也可在鋁方箱上方安裝定位銷，直接對工件進行側定位，以減少工件調整次數。
3.2 組焊加工件的應用
該工裝夾具不僅可以應用在單件型材加工件的裝夾上，也可以應用于一些組焊件的裝夾加工，直接對組焊件進行裝夾加工；也可借助其它輔助工裝，通過簡單的改造進一步增強工裝的通用性，如圖6 所示。
3.2.1 增加基礎鋁板
如圖6 組焊加工件1 所示， 通過在鋁方箱上方增加基礎鋁板的方式， 將待加工的組焊加工件1 安裝在預先加工好輪廓及定位裝置的基礎鋁板上， 再用圖3所示組合式夾具對工件進行夾緊。
該加工件需加工輪廓及轉軸加工孔， 合理利用了鋁方箱基礎工裝的裝夾優點， 在基礎鋁板上加工出安裝孔及定位孔， 分別用于使基礎鋁板安裝在鋁方箱上及使組合夾具安裝在基礎鋁板上， 基礎鋁板保證了工件加工時的整體裝夾剛性， 鋁方箱給基礎鋁板工裝提供了安裝平臺，并使基礎鋁板架高，提供了機床主軸轉軸加工孔的空間。
3.2.2 增加工藝平臺
如圖6 組焊加工件2 中所示， 通過增加工藝平臺的方式，使該基礎工裝應用在一些大型加工中心上，如60M 大型五軸龍門加工中心， 組焊件2 為某城軌車輛枕梁組成加工，將平臺安裝在機床工作臺的導軌上，鋁方箱安裝在平臺上，由于該加工件型材較厚，加工時吃刀量較大，因此，在采用組合夾具時拆裝了兩個地板通用加工工裝上的壓臂壓緊裝置進行輔助組合裝夾，滿足了大型組焊件的裝夾加工要求。
4 結束語
通用加工工裝結構達到模塊化、標準化、柔性化設計水平， 鋁方箱可根據工件結構及加工件特點橫豎任意放置進行裝夾，標準化組合夾具可靈活組合使用。所述通用加工工裝結構特點便于工裝的管理與維護，工裝使用壽命長，維護成本低。可采用以下幾種修復方式。
（1） 鋁方箱表面出現磕碰劃傷可在加工中心上進行去除表面加工進行修復；
（2） 螺紋孔精度等級降低后也可重新對孔進行加工修復，通過安裝高精度等級的螺紋接頭進行修復，延長工裝的使用壽命；
（3） 如夾具損壞，按照標準件型號進行更換。本工裝結構簡單，裝夾方便，適用性廣，可大大節省工位，提高設備利用率，降低生產成本，提高加工效率，目前已完成多列動車組、地鐵車輛等軌道車輛中長大型材、組焊件等加工件的加工，加工效果很好。
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