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典型車鉤體數(shù)控加工工藝研究

2022-4-2 來源：常州中車鐵馬科技實(shí)業(yè)有限公司作者：袁禮彬

摘要：針對動車組車鉤體加工過程中的工藝難點(diǎn)，從數(shù)控加工程序編制、專用成形刀具設(shè)計、深孔鉆技術(shù)應(yīng)用等方面，提出了三個關(guān)鍵的工藝舉措，為提升實(shí)物質(zhì)量和制造效率提供了完善的技術(shù)保證。

關(guān)鍵詞：數(shù)控程序形成刀具深孔鉆

引言

鉤緩裝置是動車組車輛中最基本的部件之一，其安裝于動車組車輛車體的兩端處，起到連接車輛、緩沖車輛的縱向力、提高列車舒適性的作用[1]。從制造工藝實(shí)踐角度來看，鉤體（如圖 1）加工的核心問題是如何確保鉤體凸錐、凹腔、連掛面、連掛組成鉤舌及主軸安裝部位、主風(fēng)管組成安裝部位、電器連接器安裝部位、氣動解鉤組成安裝部位及鉤尾連接卡環(huán)處的尺寸精度、位置精度，以便使動車組可以長期穩(wěn)定地完成連掛、通風(fēng)制動、信號傳遞及解鉤等功能。

圖 1 典型車鉤體簡圖

本文作者在總結(jié)實(shí)踐的基礎(chǔ)上，對鉤體數(shù)控加工三個關(guān)鍵瓶頸工藝進(jìn)行了探索，來實(shí)現(xiàn)鉤體加工過程的優(yōu)化。

1、鉤舌盤圓柱銷安裝孔加工專用反刮刀及數(shù)控程序

為滿足臥加適應(yīng)鉤體鉤舌盤圓柱銷孔兩內(nèi)側(cè)面（如圖 2）的加工要求，設(shè)計并制作了專用反刮刀具[2]。反刮刀具體結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖 3 所示，該反刮刀主要由刀本體、刮刀片、鎖緊螺釘組成。其主要特性是刀本體的尾側(cè)是側(cè)壓直柄，刀本體中段為聯(lián)接軸，在聯(lián)接桿的頭部設(shè)置與其垂直的刀片座，刀柄、聯(lián)接軸、刀片座構(gòu)成一體化聯(lián)接，反刮刀片由鎖緊螺釘裝配于刀片座。反刮刀片選擇住友公司制造的特制菱形刀片，此刀片具備優(yōu)良的抗震效果，能連續(xù)承受切削過程中的抗崩性。聯(lián)接軸由不同軸圓形體組建，其外形與橢圓相似。該專用刀具前部直徑尺寸為 48 mm，聯(lián)接軸直徑為 45 mm，兩部分徑向尺寸都不大于所需通過的鉤舌盤圓柱銷孔直徑 Φ50 mm，從結(jié)構(gòu)設(shè)計上保證了當(dāng)該反刮刀具對鉤舌盤圓柱孔兩內(nèi)側(cè)面切削時，刀具徑向尺寸大于所要切削部位的長度，而該反刮刀在進(jìn)刀或退刀時避免與內(nèi)孔表面干涉，同時最大限度地提升刀軸的剛性。

圖 2 鉤舌盤圓柱銷安裝孔簡圖

1—刀本體；2—聯(lián)接軸；3—反刮刀片；4—刀片座；5—鎖緊螺釘

圖 3 反刮刀具結(jié)構(gòu)簡圖（單位：mm）

加工時，首先按制造規(guī)程要求鉆出通孔 Φ50mm，臥加按數(shù)控程序自動更換反刮刀具，機(jī)床主軸定向，反刮刀中心按照對應(yīng)于 Φ50 mm 軸線坐標(biāo)（-119，0）定位（如下頁圖 4-1），依事前準(zhǔn)備的加工程序，在確保反刮刀各部位與通孔不發(fā)生干涉的條件下，以G00 設(shè)定速度通過 Φ50mm孔（見下頁圖 4-2），同時使反刮刀刀頭在同一水平方向偏移 25 mm，使反刮刀軸線與圓柱銷孔中心重合（如圖 4-3），反刮刀在按程序設(shè)定的加工條件以反方向工進(jìn)的方式對內(nèi)側(cè)面反刮切削（如圖 4-4）。反刮動作完成后，按與前面相反的方向路徑退出，到此，單側(cè)孔的內(nèi)側(cè)面的切削循環(huán)動作完成。另一側(cè)圓柱銷通孔內(nèi)側(cè)面的切削過程與此完全相同。

圖 4 專用反刮刀加工圓柱銷安裝孔

制定切削程序時，以鉤體圖上聯(lián)接面與鉤體中心軸線的交匯處為零點(diǎn)設(shè)定工作坐標(biāo)系，使用絕對值方式設(shè)定程序，則圓柱孔兩內(nèi)側(cè)面反刮程序如下：G91G30Y0Z0（回機(jī)床參考點(diǎn)，同時做好換刀準(zhǔn)備）；

反刮刀的成功設(shè)計，較好地攻克了數(shù)控機(jī)床通用刀具難以解決的反刮難題，實(shí)現(xiàn)了在臥加上車鉤體通孔內(nèi)側(cè)面反刮切削數(shù)控加工。實(shí)際表明，這種反刮刀較好地適應(yīng)內(nèi)端面加工，相比于數(shù)控機(jī)床常規(guī)的反刮工藝，明顯地提升了制造質(zhì)量和切削效率，有著較強(qiáng)的可靠性和使用性。

2、鉤體鉤尾內(nèi)凹槽成形面銑削加工

鉤體鉤尾的作用是用于連接牽引桿或壓潰管，是車鉤模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要特征。鑒于鉤尾外表面內(nèi)凹槽的結(jié)構(gòu)特征（如圖 5），傳統(tǒng)的加工方法是采用立式數(shù)控車床車削加工，但考慮到公司缺少相應(yīng)的加工設(shè)備，采用發(fā)外加工手段，一則加長工藝流程，二則影響影響生產(chǎn)效率。經(jīng)過對比分析，考慮在臥式加工中心上采用成形刀具進(jìn)行加工。

圖 5 鉤體鉤尾內(nèi)凹槽外形（單位：mm）

針對鉤尾內(nèi)凹槽的結(jié)構(gòu)特征，技術(shù)人員設(shè)計了相應(yīng)的專用焊接式成形銑刀，一方面考慮凹槽尺寸較大，粗加工采用一種成形銑刀，會增加切削阻力，引起刀具振動，減少銑刀使用壽命，因此把凹槽的粗加工分成兩個部位，并設(shè)計二種形狀的成形銑刀（如圖 6 和圖 7）。凹槽的精銑則采用一把整體形成銑刀（如圖 8）粗銑后留有合適的加工余量，一次成形銑削，加工效率，表面質(zhì)量高。

圖 6 加工凹槽右段粗銑刀

圖 7 加工凹槽左端粗銑刀

圖 8 加工凹槽精銑刀

采用成形銑刀進(jìn)行凹槽機(jī)加工，有兩個優(yōu)點(diǎn)，即實(shí)用性強(qiáng)，和鉤體連接面在一次安裝中加工，無需再設(shè)計專用立車夾具，在臥式加工中心上采用銑削加工，簡化夾具，加工成本低；能確保鉤體的切削精度和表面粗糙度，使用該切削方法，在銑削加工過程中切削量在刀具中部處最大，刀具兩端處最小，這種切削量分布特性使得切削力主要匯集在刀具切削刃中間部位，刀具所承受切削扭矩會相對減弱，因此銑削過程會相對平穩(wěn)。整個銑切過程最后采用整硬刀具，也有效地減少因零件二次粗切削部位之間對接誤差，提升零件切削精度和表面粗糙度。

3、鉤體加熱帶深孔加工

鉤體加熱帶孔孔徑 Φ6.5 mm，孔深 173 mm，長徑比為 26，屬于典型的深孔特征（如圖 9），必須研究如何解決并滿足圖樣設(shè)計的質(zhì)量要求和提升制造效率。按照傳統(tǒng)的工藝方法一般選擇深孔鉆機(jī)床進(jìn)行加工，考慮到公司內(nèi)部缺少深孔機(jī)床，因此考慮探索在臥式加工中心進(jìn)行深孔加工[3]。這就要求技術(shù)人員研究如何從刀具著手解決該深孔加工技術(shù)難題。經(jīng)過調(diào)研對比，多次驗(yàn)證，選擇德國鈷領(lǐng)公司生產(chǎn)的槍鉆（如圖 10）。

圖 9 鉤體前端面深孔尺寸分布

圖 10 槍鉆實(shí)物

本公司臥加的是日本森精機(jī)公司制造，型號為FH8000，因深孔加工的考慮，特地增大中心出水水泵，以保證加工壓力，借助于臥式加工中心的回轉(zhuǎn)工作臺的分度功能，一次裝夾，能加工 4 個方向的深孔。具體加工過程如下：

1）深孔引導(dǎo)孔的加工：鉆頭選擇頂角 140°的精密鉆頭，以保證引導(dǎo)孔頂角比槍鉆頂角大。引導(dǎo)孔加工深度設(shè)定為 20 mm，其鉆頭直徑比槍鉆大0.02～0.05 mm。

2）槍鉆切削參數(shù)的選擇：槍鉆首先以轉(zhuǎn)速為120 r/min，進(jìn)給速度為 220 mm/min，以低轉(zhuǎn)速快進(jìn)給地進(jìn)入引導(dǎo)孔，進(jìn)入引導(dǎo)孔 2/3 處后，打開切削液并提高切削速度到正常值，經(jīng)過工藝人員現(xiàn)場多次試加工驗(yàn)證，比較適宜的切削參數(shù)是轉(zhuǎn)速為 3 000r/min，進(jìn)給速度為 230 mm/min，一次性加工至預(yù)定深度可不退刀。

3）加工達(dá)到圖樣要求的深度后，關(guān)閉冷卻液，降低轉(zhuǎn)速并快速退出槍鉆至孔口。

在數(shù)控加工中心上使用槍鉆進(jìn)行深孔加工，能有效保證鉤體深孔的尺寸精度及表面粗糙度；選用合適槍鉆可大大提高機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速及刀具進(jìn)刀速率；同時槍鉆加工過程中刀具排屑更加順暢，槍鉆頭部冷卻更充分，充分延長了刀具使用壽命，因而使深孔加工取得較高的加工效率。

4、結(jié)論

車鉤體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了其加工難度，在整個加工過程中，我們重點(diǎn)解決了以下幾個難點(diǎn)：

1）臥加專用反刮刀具的設(shè)計，順利地解決了數(shù)控機(jī)床普通刀具無法無法完成的反刮加工難題，實(shí)現(xiàn)了在臥加上車鉤體通孔內(nèi)側(cè)面反刮切削數(shù)控加工；

2）采用成形銑刀進(jìn)行凹槽機(jī)加工，解決了和鉤體連接面在一次安裝中加工，無需立車加工，簡化了加工流程，提高了生產(chǎn)效率；

3）探索了在臥式加工中心進(jìn)行深孔加工的工藝，為同類產(chǎn)品提供了有益的借鑒。

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