高铁列车制动缸安装座数控加工工艺设计

付立艳 王国辉

【摘 要】数控车典型配合件是数控机床重要的组成部分。如果设计的零件和配合件过大或过小，都会导致数控车无法启动，致使机床内部零件不转动，难以发挥作用，表明设计的典型配合件不符合加工工艺的要求，需重新设计。不仅耽误时间，还会影响工序进度。为了避免出现这种情况，笔者提出了典型配合件加工工艺设计时应注意的事项和设计要点，保证设计的零件、配合件符合要求，确保高铁动车制动缸安装座数控加工工作，提高运转的效率。

【关键词】制动缸底座；夹具设计；加工工艺；刀具路径

引言

以高铁列车制动缸底座为例，从工件的结构、材料和精度要求3个方面进行工件的加工工艺分析。根据工件形状结构特点进行夹具设计，主要有平口钳装夹和工装板装夹两种方式。根据工件待加工面特征划分加工工序依次为加工外侧面、加工上部成型面、加工内侧面、加工底部成型面和加工R61mm圆弧面及4个小竖直平面，利用UGNX的CAM模块进行刀具路径设计，在刀具路径设计完成后进行实体切削仿真，查看切削效果。利用UGNX的后处理模块自动生成数控加工程序。该设计方案经过一年多来3000多个工件的实际生产检验证明，不仅能够保证工件的质量要求，而且生产效率高。

1工件结构及尺寸分析

工件需加工的面多，加工面的类型复杂，有水平面、竖直面、斜面、凸圆弧面、凹圆弧面、陡峭曲面、非陡峭曲面等，针对不同类型加工面需选择合适的刀具路径。毛坯采用模锻件，单侧余量3mm左右，最大切削深度118.5mm，也就是内侧面的高度，最小凹圆弧半径10mm。表面粗糙度要求一律为Ra3.2μm，所以各待加工面只进行粗加工和精加工即可。

2数控加工工艺性分析

2.1数控加工的合理性分析

对于零件的加工，不能不结合零件的具体加工要求，盲目的追求数控加工。在零件加工之前应对零件加工过程进行分析，选择出适合的零件加工方法。一些普遍适用的零件，即使在普通机床上进行生产也完全能够进行，因为许多需求量大生产工艺相对简单的零件加工，普通机械加工技术在大量的生产工作实际过程当中，不断的进行工艺的改进，改进后本身的生产技术水平完全能够满足这些零件加工的需求；还要一些零件不需要全部进行数控技术生产，只需要将核心技术用于数控加工进行生产即可，如果一味的追求数控加工生产，会给数控加工技术带来更多的繁琐的步骤，耗费较多的设计工序，就不如将数控加工技术和机械加工技术结合起来，让产品生产成本降低，优化产品生产结构，达到经济效益的最大化。由此可以总结出数控加工合理性的两个因素分别是：第一个因素，加工零件的复杂程度，对于加工起来复杂程度高的，要求精确度高的，品种种类较多的，但是生产规模市场需求量相对较小的，采用数控加工技术进行加工，会花费较少的人工成本，也会减少产品的不合格率，能够带来较大的经济效益。第二个因素，根据加工零件的性质和工艺要求进行分类加工。将不同类别的加工零件采用不同的数控加工技术，以获得生产配置的最优化，减少数控机床的损坏率和利用率。尽量不要将原材料直接在数控加工机床上进行直接加工，尽量将原理通过普通机床进行粗大加工，将其加工成零件的毛坯，再将毛坯料加入到数控加工机床上进行生产，提高经济效益。

2.2数控加工的工艺性分析

对于数据加工工艺性分析，主要应从数控加工的可行性和方便性这两大方面进行考虑。所以考虑可行性和方便性这两大方面，就要从数控加工设计的图纸进行分析。首先，分析零件设计图纸中所标注的尺寸是否具有可行性，是否符合数控加工编程设计的方便性。要考虑设计图纸上标注的尺寸是否能正确构成数控加工技术，还要考虑设计图纸上所建立的几何形状能否在数控编程中体现出来，数控编程分为手动编程和自动编程两种类型，在设计数控加工时一般会采用手动编程进行模拟，以验证其操作的可行性。但在这样的验证方法也存在着一定的弊端，手动编程中零件轮廓的基本坐标是由手动计算构成的，但是在自动编程中零件的几何形状是由系统根据数据自动生产的，如果设计图纸上某一坐标标注错误或模糊，则在自动编程中无法继续进行自动编程。其次，要分析的是各个零件加工的工艺性与数控加工技术符合的程度。在前面我们应该介绍过了数控加工技术的特点，内容过程严密设计内容復杂和高度的复合属性。对于加工的零件要求的工艺性是否需要进行数控加工，对于只需要进行简单加工的零件，不必动用设计复杂难度大的数控加工设计；还要分析对于加工的零件是否需要较多的生产工艺和步骤，对于只需要一两步进行简单加工的零件，不必采用数控加工技术。对于加工技术要求精密性不高的加工步骤，也不必用数控加工技术。

3工序划分及刀具路径设计

3.1加工外侧面

铣削外侧面刀具路径，加工方式采用平面铣，走刀方式为轮廓，注意要采用圆弧进退刀。

3.2加工上部成型面

工序导航器中的第1步粗铣5个平面，第2步精铣5个平面，第3、4步粗铣两个竖直面，第5、6步精铣两个竖直面，第7步粗铣5个曲面，第8步精铣5个曲面。平面加工采用面铣，竖直面加工采用平面铣，曲面加工采用固定轴曲面铣的区域铣削方式。

3.3加工内侧面

加工内侧面时，为了保证尺寸100+0.50mm，在精加工时应将加工余量设置为-0.25mm，所以2D实体切削仿真时颜色显示为红色是正常的，并没有过切。第1步采用T1铣刀粗加工，第2步采用T2铣刀精加工，加工方式采用型腔铣中的等高加工。

3.4加工底部成型面

底部成型面的平面采用面铣，竖直面采用平面铣，曲面采用固定轴轮廓铣中的区域铣削方式。

结语

本设计方案是在对多套设计方案进行综合比较的基础上，经过理论分析和实践检验后最终确定的，总结制动缸底座在数控加工工艺设计过程中主要注意以下几点：（1）由于毛坯为模锻件，没有加工精基准，正确选择精基准可以给后续加工带来很大方便。（2）工件形状决定了加工过程中要经过多次装夹，而且是批量生产，所以夹具设计是十分关键的，在装夹中不仅要保证装夹可靠、稳定、快速，还要防止工件由于夹紧时引起的受力变形和振动，如设计方案中垫块和活动顶镐的使用就能起到很好的作用。（3）由于工件待加工面多，所以工序及工步的安排是否合理不仅关系到工件质量，也影响到加工效率，应尽可能将待加工面放置为水平面或竖直面进行加工。这样才能得到更好的表面质量，同时加工效率高。（4）工件每次重新装夹后，加工坐标系G54的位置都是变化的，要根据上道工序结束后的工件实际形状和装夹位置来设置G54，这样才能保证工件质量，提高加工效率。（5）针对工件上的不同类型的加工面，要充分利用UGNX软件的CAM模块提供的多种加工方法和走刀方式合理设计刀具切削路径，水平面和竖直面可采用平面铣或面铣，斜面可采用等高铣，各类粗加工尽可能采用型腔铣，单一形状的曲面采用“曲面”走刀方式，复合曲面采用“区域铣削”方式，这样才能既保证加工质量又节省加工时间。

参考文献：

[1]许清海.基于数控加工工艺的工艺设计原则及方法研究[J].设备管理与维修，2017（13）：105-107.

[2]聂小春，韩利红，孙晓辉，等.异形支架数控加工工艺设计[J].广州技术师范学院学报，2013，34（12）：26-28

[3]谭威，郑耀辉，梁方军，等.数控铣削加工中刀具的选择[J].沈阳航空航天大学学报，2004，21（4）：29-31

（作者单位：中车唐山机车车辆有限公司）