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典（diǎn）型車鉤體數控加工工藝研究

2022-4-2 來源：常州中車鐵馬科技實（shí）業有限公司作者：袁禮彬

摘要：針對動車組車鉤體加工過程中的工藝難點，從數控加工程序（xù）編製、專用（yòng）成形刀具設計、深孔鑽技術應用等方（fāng）麵，提出（chū）了三（sān）個關鍵的工藝舉措，為提升實物質量和製造效率提供了（le）完善（shàn）的技術保證。

關鍵詞：數控程序形成刀具深孔鑽

引言

鉤緩裝置是動車組（zǔ）車輛（liàng）中最基本（běn）的部件之一，其安裝於動車組車（chē）輛車體的兩端處，起（qǐ）到連接車輛、緩衝車輛的（de）縱向力、提高列車舒適性的作用[1]。從製造工藝實踐角度來看，鉤體（如圖 1）加工的核心問題是如何確保鉤體凸錐、凹腔、連掛麵、連掛（guà）組（zǔ）成鉤舌及主軸安裝部位、主風管組成安裝部位、電器連接（jiē）器安裝部位、氣動解（jiě）鉤組成安裝部位及鉤尾連（lián）接卡環處的尺寸精度、位置（zhì）精度，以便使動車組可以長期穩定地完成連掛、通（tōng）風製動（dòng）、信號傳遞及解鉤等功能。

圖 1 典型車鉤體簡圖

本文作者在總結實踐的基礎上，對鉤體數控加工（gōng）三（sān）個關鍵瓶（píng）頸工藝進行了探索，來實現鉤體（tǐ）加工過程的優化。

1、鉤（gōu）舌（shé）盤圓柱銷安（ān）裝孔加工專用反刮刀及數控程序

為（wéi）滿足臥加適應鉤體鉤舌盤圓柱銷孔兩內側麵（如圖 2）的加工要求，設計並製作了專用反刮刀具[2]。反刮刀具體結構設計如圖 3 所示，該反刮刀主（zhǔ）要由刀（dāo）本（běn）體、刮刀片、鎖緊（jǐn）螺釘組成。其主要特（tè）性是刀本（běn）體的尾側是側壓直柄，刀本（běn）體中段為聯接軸，在聯接杆（gǎn）的頭（tóu）部（bù）設置與其垂直的刀片座，刀柄、聯（lián）接軸、刀片（piàn）座構成一體化聯（lián）接（jiē），反刮刀片（piàn）由鎖緊螺釘裝配於刀（dāo）片座。反（fǎn）刮刀片選擇住友（yǒu）公司製造的特（tè）製菱形刀片，此（cǐ）刀片（piàn）具備優良的抗震效果，能連續承受（shòu）切削過程中的（de）抗崩性。聯接軸由不同軸（zhóu）圓形（xíng）體（tǐ）組建，其（qí）外形與橢圓相似（sì）。該專用刀具前部直徑尺寸為 48 mm，聯接軸直徑為 45 mm，兩（liǎng）部分徑向尺寸都不大於所需通（tōng）過的鉤舌盤圓柱銷孔直徑 Φ50 mm，從結（jié）構設計上保證了當該反刮刀具對鉤舌盤圓柱孔兩（liǎng）內側（cè）麵切削時，刀具徑向尺寸大（dà）於所要切削（xuē）部位的長度（dù），而該反刮刀在進（jìn）刀或退刀（dāo）時避免與內孔表麵幹涉，同（tóng）時最大限度地提升刀軸的剛性。

圖 2 鉤舌盤圓柱銷安（ān）裝孔簡圖

1—刀本體；2—聯接軸；3—反刮刀片；4—刀片座；5—鎖緊螺（luó）釘

圖 3 反刮刀具（jù）結構簡圖（單位：mm）

加工時，首先按製造規程要求鑽出通孔 Φ50mm，臥加按（àn）數控程序自動更換反刮刀具，機床主軸定向，反刮刀中心按（àn）照對應於 Φ50 mm 軸（zhóu）線坐標（-119，0）定位（如下頁圖 4-1），依事前（qián）準備的加工程序（xù），在確保反刮刀各部（bù）位與通孔（kǒng）不發生幹涉的條件下，以G00 設定速度通過 Φ50mm孔（見下頁圖 4-2），同時使反刮刀刀頭在（zài）同一水平方向偏移 25 mm，使（shǐ）反刮刀（dāo）軸線（xiàn）與圓（yuán）柱（zhù）銷孔中心重合（如圖 4-3），反刮刀在按程序設定的（de）加工（gōng）條件以反方向工進的方（fāng）式對內側麵反刮切（qiē）削（如圖 4-4）。反刮動作完成後，按與前麵相反的方向路徑退出，到此（cǐ），單側孔的內（nèi）側麵的切削循環動作（zuò）完成。另一側圓柱銷通孔內側麵的切削過程與此完全相同。

圖 4 專用反刮刀加工（gōng）圓柱（zhù）銷安裝孔

製（zhì）定切削程序（xù）時，以鉤體圖上聯接麵與鉤體中心軸線的（de）交匯處為零點設定工作（zuò）坐標係，使用絕對值方式設定程（chéng）序，則圓柱孔兩內側麵反刮程（chéng）序如下：G91G30Y0Z0（回機床參考點，同時做好換刀準備）；

反刮刀的成功設計，較好地攻克（kè）了數控機床通用刀具（jù）難以解決的反刮難題，實現了在臥加上車（chē）鉤體通孔內側麵（miàn）反刮切削數控加工。實際表明，這種反刮刀較好地適應內端（duān）麵加工，相比於數控機床常規的反刮工藝（yì），明顯地提（tí）升了製造（zào）質量（liàng）和切削效率，有著較強的可靠性和使用性（xìng）。

2、鉤（gōu）體鉤尾內凹槽成形麵（miàn）銑削加工

鉤體鉤尾的作（zuò）用是用（yòng）於連接牽引杆或壓（yā）潰管（guǎn），是車鉤模塊化結構設（shè）計的重要特征。鑒於鉤尾外（wài）表麵內凹槽（cáo）的結構特（tè）征（如（rú）圖 5），傳統的加工方法是采（cǎi）用立式數控車（chē）床車削加工，但（dàn）考慮到公司缺少相應的加工設備，采用發外加工手段（duàn），一則加長工藝流程，二則影響影響生產（chǎn）效（xiào）率。經過對比分析（xī），考慮（lǜ）在臥式加工中心（xīn）上（shàng）采用成（chéng）形（xíng）刀具進行加工。

圖 5 鉤體（tǐ）鉤尾內凹槽外形（單位：mm）

針對鉤尾內（nèi）凹槽的結構特征，技術人員設計了相（xiàng）應的專用焊接式成形銑刀，一方麵考慮凹槽尺寸較大，粗加工（gōng）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（cū）加（jiā）工分成兩個部位，並設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（xǐ）刀（如（rú）圖 8）粗銑後留有合適（shì）的加工（gōng）餘量，一次成形銑削，加工效率，表麵質量高。

圖 6 加工凹（āo）槽右段粗銑刀

圖 7 加工凹槽左端粗銑刀

圖 8 加工凹槽（cáo）精（jīng）銑刀

采用成形銑刀進行（háng）凹槽機加工，有兩個（gè）優點，即實（shí）用性強（qiáng），和鉤體連接麵在一次安裝中加工（gōng），無需再設計專用立（lì）車夾具，在臥式加工中（zhōng）心上采用銑削加工，簡化夾具，加工成本低；能確（què）保鉤體的切削精度（dù）和表（biǎo）麵粗糙度，使用該切（qiē）削方法，在銑削（xuē）加工（gōng）過程中切削量（liàng）在刀具中部處最大，刀具兩端處最（zuì）小，這種切削量分布特性使得切削力主要匯集在刀具切（qiē）削刃（rèn）中間部位，刀具所承（chéng）受切削扭矩會相對減弱，因此（cǐ）銑削過程會相對平穩。整個銑切過程最後采用整硬刀具（jù），也（yě）有效地減少因零（líng）件二次粗切削部位之間對（duì）接（jiē）誤差，提升零件切削（xuē）精度和表麵粗糙度。

3、鉤體加熱帶深孔加工

鉤體加熱帶孔（kǒng）孔徑 Φ6.5 mm，孔深（shēn） 173 mm，長（zhǎng）徑（jìng）比為 26，屬於典型的深孔（kǒng）特征（如圖 9），必須研究如何解決並滿足圖樣設計的質量（liàng）要求和提升製造效率。按照傳統的工藝方法一般選擇深（shēn）孔鑽（zuàn）機床進行加工，考慮到公司內（nèi）部缺少深孔機床，因此考慮探索在臥（wò）式加（jiā）工中心進（jìn）行深孔加工[3]。這就要（yào）求技術人員研究如何從刀具（jù）著手解（jiě）決該深孔加工（gōng）技術難題。經過調研對比，多次驗證，選擇（zé）德國鈷領公司生產的槍鑽（如圖 10）。

圖 9 鉤（gōu）體前（qián）端麵深孔尺寸分布（bù）

圖 10 槍鑽實物

本公司臥加的是日本森精機公司製造，型號為FH8000，因深孔（kǒng）加工（gōng）的考慮（lǜ），特地增大中心出水水泵，以保證加工壓力（lì），借助於臥式加工中心的回轉工作台（tái）的分度功能，一次裝夾，能（néng）加工 4 個方向的深孔。具體加（jiā）工過程如下：

1）深孔引導孔的加工：鑽頭選擇頂角 140°的精密鑽頭，以保證引導孔頂角比槍（qiāng）鑽頂角大。引導孔加工深（shēn）度設定為 20 mm，其鑽頭（tóu）直徑比槍鑽大0.02～0.05 mm。

2）槍鑽切削參數的選擇：槍鑽（zuàn）首先以轉速為120 r/min，進給速度為 220 mm/min，以低轉速快進給地進入引導孔，進入引導孔 2/3 處後，打開切削液並（bìng）提高（gāo）切（qiē）削速度到正常（cháng）值，經過工（gōng）藝人員現場多次試加工驗證，比較適宜的切削參數是轉速為 3 000r/min，進給速度（dù）為 230 mm/min，一次性加工至預定深（shēn）度可不退刀。

3）加（jiā）工達到圖樣要求的深度後，關閉冷卻液，降低轉速並快速退出槍鑽至（zhì）孔口。

在數控加工中心上使用槍鑽進行深孔加工（gōng），能有效保證鉤體深孔的尺寸精度及表麵粗糙度；選用合適槍鑽（zuàn）可（kě）大大提（tí）高機床主軸轉速及刀具進刀速率；同時槍鑽加工過程中刀具排屑（xiè）更加順（shùn）暢，槍鑽（zuàn）頭部冷卻更充分，充分延長了刀具使用壽（shòu）命，因而使深（shēn）孔（kǒng）加工取得較高的（de）加工效率。

4、結論

車鉤體（tǐ）結構特點決（jué）定了其加工（gōng）難度，在整（zhěng）個加工過程中，我（wǒ）們重點解決了以下幾個難點：

1）臥加專用反刮刀具的（de）設計，順（shùn）利地解決了數（shù）控（kòng）機（jī）床普通（tōng）刀具無法無法完成的反刮加（jiā）工難題（tí），實現了在臥加上車鉤體通孔內側麵反刮切（qiē）削數控加工；

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

3）探索了在臥（wò）式（shì）加工中心進（jìn）行深孔加工的工藝，為同類產品提（tí）供了有益的借鑒。

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