轨道车辆铝合金车体整体侧墙门框加工方法

摘要

本发明公开了一种轨道车辆铝合金车体整体侧墙门框的机加工方法，包括以下步骤S01，制作绕度预设分布图；S02，设计整体侧墙机加工工作图；S03，设计整体侧墙带绕度加工工装；S04，带绕度加工数据采集，利用带绕度变量赋值的加工方法实现门框带绕度、带旋转角度加工；S05，门框加工刀具的选用；S06，侧墙整体组焊完成后，用S05中选用的刀具，依据S04中采集的绕度补偿值对焊后整体侧墙进行机加工。本发明能够完美的解决整体侧墙带绕度加工门框上口易切伤母材的难题，补偿侧墙绕度值与门框角度旋转值，解决侧墙部件焊接变形与加工结构特征的位置精度关系，保证了产品质量，提高了生产效率。

说明书

技术领域

本发明公开一种轨道车辆铝合金车体整体侧墙门框的机加工方法，属于地铁车辆车体制造技术领域。

背景技术

根据目前的铝合金地铁车体制造工艺要求，车体制造完成后整车车体枕内需要自带绕度要求，且端墙总成后垂直度，不允许内倾要求。为满足上述要求，铝合金地铁结构为整体式侧墙机加工时，一般优先采用焊后整体侧墙带绕度加工，侧墙上、下口长度放量值不同的加工方法进行。此方法对于保证后道组焊工序尺寸、减少工人调修、组装劳动强度起到了很好作用。但是无形中增加了侧墙整体加工的工艺复杂性、程序编制的技术难度。通过近几年来地铁项目的执行，总结优化了一套成熟、精简、低成本的整体侧墙门框加工方法。

目前铝合金车体整体侧墙采用如下制造工艺流程：侧墙下部单元组焊→侧墙大部件自动焊→侧墙整体机加工→侧墙正、反面焊接→小件焊接机成品交检。上述流程中侧墙大部件自动焊、侧墙整体机加工、侧墙正、反面焊接都需要带绕度制造，才能在总成起绕组焊后得到较好的公差要求，因此，现有技术一般为单件加工；例如，CN101637862A公开了一种轨道铝合金车体侧墙加工工艺，包括单件侧墙板加工、侧墙板组焊、侧墙整体装夹、侧墙窗口测量、侧墙窗口整体加工打磨等步骤，采用了先将组成侧墙的各块铝合金型材组焊在一起，再进行窗口的切削加工的工艺流程，可以有效控制焊接变形对窗口加工精度的影响，提高产品外观质量，提高生产效率，但是，该专利仍旧属于传统的先组焊、再装夹、之后测量打磨的过程，容易产生铝合金物料的浪费、测量过程容易产生误差，精度不高，测量效率低，生产效率提高小。

发明内容

发明目的：本发明公开了一种轨道车辆铝合金车体整体侧墙门框的机加工方法，目的是通过预设绕度分布、整体侧墙机加工工作图，优化刀具选型和加工路径，简化程序的冗余度，固化加工工艺，确保机加工产品重量的稳定性和精确度。

 为了实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：  

S01，制作预设绕度分布图：根据具体项目车体制造技术规范，获取车体制造的绕度范畴要求，绘制侧墙整体机加工起绕曲线，确定枕内和枕外绕度，基于侧墙结构门、窗的分布位置，绘制整体侧墙加工工装的起绕定位块的绕度分布图；较优地，起绕定位块为7个，其中2个分别设置在一位、二位端侧墙上口（一位、二位端侧墙指被加工的车体整体侧墙的端侧），4个设置在侧墙窗口中心线上口、1个设置在侧墙中心上口；通过所述起绕定位块，预排布成绕度折线，侧墙落胎后通过整体侧墙加工工装下口的绕度起绕机构顶靠侧墙，保证侧墙上口与所述绕度定位块贴严，整个侧墙加工前预设绕度曲线；

S02，制作整体侧墙机加工工作图：根据具体项目车体制造技术规范，获取端墙总成后的倾斜度要求，根据端墙总成后的倾斜度要求和侧墙长焊缝的焊接收缩经验值，设计出整体侧墙机加工工作图；所述整体侧墙机加工工作图包括侧墙上、下口长度工艺放量值，侧墙门中、窗中位置工艺放量值，各门框起绕后的倾斜角度，侧墙门框的坐标系旋转角度；

S03，设计整体侧墙带绕度加工功能的工装：设计整体侧墙机加工夹紧，整体侧墙带绕度加工工装自带侧顶起绕机构、带绕度分布的定位块以及侧墙上、下口压紧装置，整体侧墙带绕度加工工装不与后续机加工刀具走刀路径干涉；

S04，带绕度加工数据采集：依据S03中带绕度加工工装对整体侧墙进行起绕，通过机加工设备探点测量功能，测得侧墙起绕后门上口位置的实际绕度值，寄存至设备寄存器中，获取侧墙各门位置处绕度探点，通过数组的方式规划每个门位置的探点数量、探点间隔、探点方向向量、探点后数据寄存的位置，利用带绕度变量赋值的加工方法实现门框带绕度、带旋转角度加工；；所述带绕度变量赋值的加工方法具体包括，将门框上口Y向、门框上表面Z向探点进行分段探点寄存，通过各门框位置理论绕度值计算，得出各门在带绕度加工时的旋转偏移值，利用带绕度变量赋值的加工方法实现门框带绕度、基于所述旋转偏移值进行带旋转角度加工；

S05，门框粗加工采用锯盘锯切、精加工采用波纹铣刀立铣的方式进行加工；门垫板安装槽采用专门设计的T型铣刀进行铣削加工。首先使用锯盘对门框轮廓进行粗铣，预留一定的精加工余量，用高韧性波纹铣刀对侧墙门轮廓进行铣削，采用专门针对垫板槽铣削开发设计的T型铣刀进行铣削垫板槽。该工艺方法取代了原门轮廓用焊刃铣刀满径切削的方式以及垫板槽铣削采用小直径铣刀铣削的方式，降低了刀具的折断率和使用成本；

S06，侧墙整体组焊完成后，用选用的刀具，依据采集的绕度补偿值对焊后整体侧墙进行机加工。

步骤S03整体侧墙带绕度加工工装包括基座，侧墙上、下口压紧机构、起绕定位块、窗口工艺压紧机构、侧墙支撑机构和侧墙下口的绕度起绕机构；所述侧墙上、下口压紧机构、起绕定位块、窗口工艺压紧机构、侧墙支撑机构和侧墙下口的绕度起绕机构均设置在基座上。

被加工的车体整体侧墙设置在所述基座上，所述所述起绕定位块为7个，其中2个分别设置在一位、二位端侧墙上口，4个设置在侧墙窗口中心线上口、1个设置在侧墙中心上口，所述侧墙上、下口压紧机构设置在车体整体侧墙的的上口和下口；所述窗口工艺压紧机构设置在车体整体侧墙的窗口处；所述侧墙下口的绕度起绕机构设置在车体整体侧墙下口的中间位置。

步骤S04带绕度加工数据采集通过机加工设备获取，机加工设备一般为Fooke机加工设备，所述Fooke机加工设备包括无线测量探头，无线测量探头对工件进行测，在测量中通过0.5N的接触力和0~30mm的行程，获得精度大于1.0μm的工件位置精度，借助于测量头的电流反馈，测量获取的各个轴的位置值存入寄存器。后续机加工程序调用上述寄存器中的测量值带补偿加工。

步骤S06具体包括，使用Φ600的锯盘对门框轮廓进行粗铣，预留5-10mm的精加工余量，用Φ32高韧性波纹铣刀对侧墙门轮廓进行铣削，采用专门针对垫板槽铣削开发设计的T型铣刀进行铣削垫板槽。取代了原门轮廓用焊刃铣刀满径切削的方式以及垫板槽铣削采用Φ10mm铣刀铣削的方式，降低了刀具的折断率和使用成本。

与现有技术相比，本发明的有益效果有：本发明通过制作绕度预设分布图，保证侧墙上口与绕度定位块贴严，整个侧墙加工前预设绕度曲线；从整体上绘制车体整体侧墙加工分布图，侧墙上口与绕度定位块贴合严，定位准确，车体整体侧墙加工精度高；通过设计整体侧墙机加工工作图充分考虑焊接收缩经验值和各门框起绕后的倾斜角度，精准度高；整体侧墙带绕度加工工装的设计、带绕度加工数据采集、门框加工刀具的选用均充分考虑车体整体侧墙加工过程中出现的扰度和角度偏移量，解决侧墙部件焊接变形与加工结构特征的位置精度关系，保证了产品质量，提高了生产效率，降低了产品的制造成本。

进一步地，合理的刀具设计及选用，能够完美的解决整体侧墙带绕度加工门框上口易切伤母材的难题，同时通过自动探点，补偿侧墙绕度值与门框角度旋转值，进一步解决侧墙部件焊接变形与加工结构特征的位置精度关系。

进一步地，整体侧墙带绕度加工工装设计，将车体整体侧墙定位准确，固定精准，安装方便。保证了产品质量，提高了生产效率，降低了产品的制造成本。

附图说明

图1为本发明流程图；

图2侧墙绕度预设分布示意图；

图3为侧墙加工工装起绕定位块绕度分布图；

图4为整体侧墙机加工工作图；

图5为整体侧墙带绕度加工工装结构示意图；

图6为整体侧墙带绕度加工工装细节结构示意图；

图7侧墙整体起绕后的加工机理图，a）侧墙的理想状态示意图，b）侧墙起绕后状态，c）实际侧墙加工所需结果。

具体实施方式

下面，将参照附图、结合某A型全焊铝合金地铁项目描述本发明的具体实施方式：

如图1所示，一种轨道车辆铝合金车体整体侧墙门框的机加工方法，包括以下步骤：

S01，制作绕度预设分布图：绘制侧墙整体机加工起绕曲线，确定枕内和枕外绕度，基于侧墙结构门、窗的分布位置，绘制整体侧墙加工工装的起绕定位块的绕度分布图；

S02，设计整体侧墙机加工工作图：根据端墙总成后的倾斜度要求和侧墙长焊缝的焊接收缩经验值，设计出整体侧墙机加工工作图；所述整体侧墙机加工工作图包括侧墙上、下口长度工艺放量值，侧墙门中、窗中位置工艺放量值，各门框起绕后的倾斜角度；

S03，设计整体侧墙带绕度加工工装；

S04，带绕度加工数据采集：依据S03中带绕度加工工装对整体侧墙进行起绕，通过机加工设备探点测量，测得侧墙起绕后门上口位置的实际绕度值，寄存至设备寄存器中，获取侧墙各门位置处绕度探点，规划每个门位置的探点数量、探点间隔、探点方向向量、探点后数据寄存的位置，利用带绕度变量赋值的加工方法实现门框带绕度、带旋转角度加工；

S05，门框加工刀具的选用：门框粗加工采用锯盘锯切、精加工采用波纹铣刀立铣的方式进行加工，门垫板安装槽采用T型铣刀进行铣削加工；

S06，侧墙整体组焊完成后，用S05中选用的刀具，依据S04中采集的绕度补偿值对焊后整体侧墙进行机加工。

以下为本实施例的详细描述：

如图2所示，根据某具体铝合金地铁项目车体制造技术规范，车体制造完成后需要枕内需要自带（10-14）mm绕度。按照上述技术参数，绘制侧墙整体机加工起绕曲线，枕内13.5mm，枕外3.5mm（以上数值是表示绕度值），侧墙中线为起绕最高点。

接合侧墙结构具体门、窗的分布位置，绘制整体侧墙加工工装起绕定位块的绕度分布图。各定位块（总共7块）绕度分布数值如图3所示，定位块绕度设置点与绕度设定值，待侧墙机加工工装现场安装时利用大型龙门铣床对上述定位块进行铣削，保证各定位点的绕度数值。

 如图4所示，绘制整体侧墙机加工工作图：根据某具体铝合金地铁项目车体制造技术规范，获取端墙总成后的倾斜度要求为垂直度（0-4）mm，不允许内倾。同时根据侧墙长焊缝的焊接收缩经验值（1-2）mm，设计出整体侧墙机加工工作图，图纸中包含侧墙上、下口长度工艺放量值、侧墙门中、窗中位置工艺放量值，工艺放量值见图3，侧墙门框的坐标系旋转角度相对于机床（机加工设备）坐标系分别为：1号门、2号门逆时针旋转ATAN2(2,1776)，3号门坐标系不旋转，4号门、5号门顺时针旋转ATAN2(2,1776)。其中门序号从一位端开始编号，依次分别为1、2、3、4、5。工艺放量值表示a、b、c、d、e后续加的值，比如a+6,6就是代表此处尺寸相对于设计尺寸a需要增加6mm。如图4所示，侧墙采用为整体侧墙带绕度加工功能的工装：总共15组（图4中有5个门）工装单元，侧墙每个窗框位置均布3组，一、二位端头各1组，侧墙中线位置1组。靠近门位置处工装组分布侧墙上、下口位置处的侧墙压紧机构，侧墙上口的绕度定位块；窗中心位置处工装组主要分布窗口的工艺压紧机构和侧墙下口的绕度起绕机构；端位置处的工装组主要分布侧墙上、下口位置处的侧墙压紧机构和侧墙上口的绕度定位块、侧墙下口的绕度起绕机构。

如图5和图6所示，侧墙侧视图所示，整体侧墙带绕度加工工装包括基座1，侧墙上、下口压紧机构2、起绕定位块3、窗口工艺压紧机构4、侧墙支撑机构5和侧墙下口的绕度起绕机构6；所述侧墙上、下口压紧机构2、起绕定位块3、窗口工艺压紧机构4、侧墙支撑机构5和侧墙下口的绕度起绕机构6均设置在基座1上。

被加工的车体整体侧墙设置在所述基座1上，所述所述起绕定位块3为7个，其中2个分别设置在一位、二位端侧墙上口，4个设置在侧墙窗口中心线上口、1个设置在侧墙中心上口，所述侧墙上、下口压紧机构2设置在车体整体侧墙的的上口和下口；所述窗口工艺压紧机构4设置在车体整体侧墙的窗口处；所述侧墙下口的绕度起绕机构6设置在车体整体侧墙下口的中间位置。

因型材挤压允许存在型材旁弯、型材型腔壁厚值不一致现象，对于长大型材更是如此。同时侧墙因为需要对其进行工艺起绕，所以侧墙在实际加工中的状态不可能是如图7中a视图所示的理想状态，需要对加工路径按照实际侧墙轮廓状态（如b视图所示）进行刀具路径的位置补偿，才能得到合格的侧墙产品（如c视图所示），避免型材过切，c视图为实际侧墙加工所需结果。

步骤S04带绕度加工数据采集通过Fooke机加工设备获取，所述机加工设备包括无线测量探头，无线测量探头对工件进行测量，在测量中只须0.5N的接触力和0~30mm的行程，便能获得精度超过1.0μm的工件位置精度，借助于测量头的电流反馈，测量获取的工件位置的位置值存入寄存器。为后续机加工调用上述寄存器中的测量值带补偿加工。这样，利用机加工设备的探点测量功能，测得侧墙起绕后门上口位置的实际绕度值，通过寄存在加工设备中的绕度探点值赋值至门框机加工中去，实现门框带绕度、带旋转角度加工功能。

步骤S04获取侧墙各门位置处绕度探点和带绕度变量赋值的加工方法具体包括以下步骤：

（1）侧墙各门位置处绕度探点方法：利用设备自带探点宏程序CYCLE730对绕度值采集程序进行编制，通过数组的方式规划每个门位置的探点数量、探点间隔、探点方向向量、探点后数据寄存的位置等；

（2）带绕度变量赋值的加工方法：按照理论侧墙结构编制机加工主程序和子程序，然后引用探点后寄存数组指令如MP[r20,1]。利用“ROT RPL=xxx”指令对侧墙不同位置处门框加工时坐标系旋转，最终实现整体侧墙门框带绕度、带工艺放量机加工。

步骤S06中门框加工刀具的选用：门框粗加工采用锯盘锯切、精加工采用波纹铣刀立铣的方式进行加工。门垫板安装槽采用专门设计的T型铣刀进行铣削加工。首先使用Φ600的锯盘对门框轮廓进行粗铣，预留5-10mm的精加工余量，用Φ32高韧性波纹铣刀对侧墙门轮廓进行铣削，采用专门针对垫板槽铣削开发设计的T型铣刀进行铣削垫板槽。该工艺方法取代了原门轮廓用焊刃铣刀满径切削的方式以及垫板槽铣削采用小直径铣刀铣削的方式，降低了刀具的折断率和使用成本。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。