近年來(lái)，我公司先后研發(fā)了CRH380BL 型、時(shí)速160~250 km 型動(dòng)車組以及地鐵、100%低地板等多種動(dòng)車組及城軌車項(xiàng)目。車體為6005A 鋁合金大型薄壁中空結(jié)構(gòu)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(gòu)買了6 臺(tái)中大型五軸龍門加工中心，工作臺(tái)長(zhǎng)度6~10 m。針對(duì)這些小批量加工件的生產(chǎn)特點(diǎn)，為了提高加工效率，本文運(yùn)用基于事例的推理方法［1］，通過(guò)對(duì)型材件工藝裝夾相似性的分析， 設(shè)計(jì)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(wèn)題的提出
軌道車輛的底架、車頂、側(cè)墻、端墻等大部件均由長(zhǎng)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(guò)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(jié)構(gòu)，便于工裝結(jié)構(gòu)的通用化設(shè)計(jì)。型材加工件是一次裝夾完成， 加工過(guò)程需用鋸片鋸切兩端（直徑為500 mm 鋸片），工裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)需保證工件距工作臺(tái)有一定距離， 以滿足機(jī)床主軸旋轉(zhuǎn)后鋸片的安全旋轉(zhuǎn)及鋸切空間。
通常鋁合金型材加工工裝采用機(jī)械組合的方式［2］，但對(duì)于種類眾多的型材加工件，其還存在一定不足，主要表現(xiàn)在工裝基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)均是根據(jù)型材加工工藝特點(diǎn)進(jìn)行布局設(shè)計(jì)的，因此難以進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)整，有待進(jìn)一步優(yōu)化改進(jìn)。為減少工裝成本以及工裝占用設(shè)備胎位，擬設(shè)計(jì)一套通用性更強(qiáng)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及夾具選型
通過(guò)對(duì)夾具結(jié)構(gòu)特征和功能分析以及大量相似的結(jié)構(gòu)件特征，對(duì)工裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行了模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、柔性化設(shè)計(jì)［4］。充分利用機(jī)床工作臺(tái)的標(biāo)準(zhǔn)T 型槽結(jié)構(gòu)，鑒于鋁合金特殊的工藝裝夾要求（工件不能直接與鐵質(zhì)材料接觸），因此工裝支撐部位通常采用鋁合金材質(zhì)或聚四氟乙烯材質(zhì)。
2.1 工裝的基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
基礎(chǔ)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(zhì)， 采用箱體式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)， 整體鑄造而成，最后精加工達(dá)到相關(guān)技術(shù)要求。如圖1 所示，利用工作臺(tái)上的標(biāo)準(zhǔn)T 型槽， 用T 型螺栓將鋁方箱安裝在工作臺(tái)上，工件安裝在鋁方箱上方， 再利用標(biāo)準(zhǔn)夾具、定位銷等對(duì)工件進(jìn)行定位夾緊，從而完成待加工型材件的裝夾。
2.1.1 主要結(jié)構(gòu)及配置
基礎(chǔ)工裝采用箱體式結(jié)構(gòu),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(jù)待加工工件尺寸及加工工藝特點(diǎn)等自行設(shè)計(jì)， 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(jié)構(gòu)如圖2 所示。
鋁方箱大面均開一個(gè)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(shí)也可方便鋁方箱的吊運(yùn)。鋁方箱各邊作倒坡口、去毛刺處理。
2.1.2 技術(shù)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(jí)7 級(jí),位置公差等級(jí)6 級(jí)，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(duì)夾具選型時(shí)參考了國(guó)內(nèi)外使用較好的多種夾緊方式的夾具，最終選用了國(guó)外某品牌的專用組合夾具，其通用性及實(shí)用性較好，組合夾具結(jié)構(gòu)如圖3 所示。
鋁合金型材件大都為薄壁中空結(jié)構(gòu)， 采用高速銑削加工方式，機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速在10 000 r/min 左右，其薄壁結(jié)構(gòu)要求裝夾時(shí)不宜采用過(guò)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(biāo)準(zhǔn)T 型槽中使用，也可在標(biāo)準(zhǔn)螺紋孔上安裝使用，標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)件，可選用，并且可以組合使用。夾具的標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)構(gòu)方便了夾具的管理、維護(hù)及更換，可大大節(jié)省夾具的使用成本。
3 應(yīng)用實(shí)例及使用方法
以某型動(dòng)車組型材件為例來(lái)說(shuō)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(tái)上的標(biāo)準(zhǔn)T 型槽，將鋁方箱安裝在工作臺(tái)上，工件放置在鋁方箱上方,粗調(diào)整至與機(jī)床工作臺(tái)平行,選擇合適的夾具（如:夾具高度、夾具類型等）進(jìn)行壓緊。
3.1 型材加工件的應(yīng)用
裝夾時(shí)夾具下方墊一薄鋁板， 防止夾緊過(guò)程中對(duì)工件造成壓痕或壓力集中造成的變形。用機(jī)床自帶的探頭（在線測(cè)量工具）測(cè)量工件，查看工件裝夾不平行度，經(jīng)過(guò)精調(diào)整，再測(cè)量工件，符合工藝文件要求后，用配套扳手旋轉(zhuǎn)夾具上的螺釘進(jìn)行夾緊。工件夾緊找正后，建立工件零點(diǎn)，選擇程序加工工件，也可在鋁方箱上方安裝定位銷，直接對(duì)工件進(jìn)行側(cè)定位，以減少工件調(diào)整次數(shù)。
3.2 組焊加工件的應(yīng)用
該工裝夾具不僅可以應(yīng)用在單件型材加工件的裝夾上，也可以應(yīng)用于一些組焊件的裝夾加工，直接對(duì)組焊件進(jìn)行裝夾加工；也可借助其它輔助工裝，通過(guò)簡(jiǎn)單的改造進(jìn)一步增強(qiáng)工裝的通用性，如圖6 所示。
3.2.1 增加基礎(chǔ)鋁板
如圖6 組焊加工件1 所示， 通過(guò)在鋁方箱上方增加基礎(chǔ)鋁板的方式， 將待加工的組焊加工件1 安裝在預(yù)先加工好輪廓及定位裝置的基礎(chǔ)鋁板上， 再用圖3所示組合式夾具對(duì)工件進(jìn)行夾緊。
該加工件需加工輪廓及轉(zhuǎn)軸加工孔， 合理利用了鋁方箱基礎(chǔ)工裝的裝夾優(yōu)點(diǎn)， 在基礎(chǔ)鋁板上加工出安裝孔及定位孔， 分別用于使基礎(chǔ)鋁板安裝在鋁方箱上及使組合夾具安裝在基礎(chǔ)鋁板上， 基礎(chǔ)鋁板保證了工件加工時(shí)的整體裝夾剛性， 鋁方箱給基礎(chǔ)鋁板工裝提供了安裝平臺(tái)，并使基礎(chǔ)鋁板架高，提供了機(jī)床主軸轉(zhuǎn)軸加工孔的空間。
3.2.2 增加工藝平臺(tái)
如圖6 組焊加工件2 中所示， 通過(guò)增加工藝平臺(tái)的方式，使該基礎(chǔ)工裝應(yīng)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(tái)安裝在機(jī)床工作臺(tái)的導(dǎo)軌上，鋁方箱安裝在平臺(tái)上，由于該加工件型材較厚，加工時(shí)吃刀量較大，因此，在采用組合夾具時(shí)拆裝了兩個(gè)地板通用加工工裝上的壓臂壓緊裝置進(jìn)行輔助組合裝夾，滿足了大型組焊件的裝夾加工要求。
4 結(jié)束語(yǔ)
通用加工工裝結(jié)構(gòu)達(dá)到模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、柔性化設(shè)計(jì)水平， 鋁方箱可根據(jù)工件結(jié)構(gòu)及加工件特點(diǎn)橫豎任意放置進(jìn)行裝夾，標(biāo)準(zhǔn)化組合夾具可靈活組合使用。所述通用加工工裝結(jié)構(gòu)特點(diǎn)便于工裝的管理與維護(hù)，工裝使用壽命長(zhǎng)，維護(hù)成本低。可采用以下幾種修復(fù)方式。
（1） 鋁方箱表面出現(xiàn)磕碰劃傷可在加工中心上進(jìn)行去除表面加工進(jìn)行修復(fù)；
（2） 螺紋孔精度等級(jí)降低后也可重新對(duì)孔進(jìn)行加工修復(fù)，通過(guò)安裝高精度等級(jí)的螺紋接頭進(jìn)行修復(fù)，延長(zhǎng)工裝的使用壽命；
（3） 如夾具損壞，按照標(biāo)準(zhǔn)件型號(hào)進(jìn)行更換。本工裝結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝夾方便，適用性廣，可大大節(jié)省工位，提高設(shè)備利用率，降低生產(chǎn)成本，提高加工效率，目前已完成多列動(dòng)車組、地鐵車輛等軌道車輛中長(zhǎng)大型材、組焊件等加工件的加工，加工效果很好。
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