关键词: CRH380项目 侧墙 挠度 加工
1 前言
新一代高速动车组项目（CRH380）是我国目前最先进的分散动力型高速动车组列车，其持续运营时速350公里，试验时速超过400公里，是世界上商业运营速度最快、科技含量最高、系统匹配最优的动车组。高速动车组基本全部采用铝合金车体，主要由底架、车顶、侧墙、端墙等大部件组成。侧墙做为衔接底架和车顶的关键部件，其预制挠度主要是为了保证在车体合成时，和底架与车顶的连接焊缝保持零间隙，保证自动焊顺利进行。
2 工装方案
侧墙加工采用专用的带预置挠度的工装，为避免干涉，上表面不设夹紧位置，夹紧方式采用靠近地板一侧设定位块，靠近车顶一侧设双销定位螺杆的方式实现，利用夹紧表面的向下分力锁定零件。
整个工装方案如下：
（1）按照避开加工孔及避免工装与机床主轴相干涉的原则，调整15根移动横梁1间距，在移动横梁上安装支撑梁2；
（2）定位模块厚度可按照以下方法得到：
①在AUTOCAD软件中画一条长为车体长度的水平线段；
②在已画线段的中点处的垂直方向画高度为已知挠度的线段；
③再根据三点圆的方式画一段圆弧；
④根据支撑横梁分布的位置等分①中的线段；
⑤画出等分点到③中圆弧的竖直线段；
⑥量出⑤中所画线段的长度，即为定位模块间的相对厚度差，如果给定最厚的定位模块的厚度为100mm，即可得到所有不同定位模块的厚度，如下表：
3 带预置挠度的侧墙窗口加工方法工艺分析
3.1挠度模型建立
（1）将侧墙还原成一个半径较大的圆弧，侧墙窗口依次分布在圆弧上，则侧墙的长度即为圆弧所对应的弦，弦到圆弧的顶点为侧墙的挠度,根据已知每个窗口中心在车体长度方向上的尺寸（x已知）及圆弧半径之间的三角函数关系，即可导出任意窗口中心在坐标系中的理论偏移数值，也可计算出窗口左右边缘两侧的偏移数值；
参照图2，侧墙的挠度无法从设计图纸中体现，因此需要在加工程序中利用数学模型计算侧墙上任意一点的挠度补偿值，鉴于车体制造过程中挠度允许存在偏差，因此机加程序开发的关键是理论补偿与实际探测相结合，以实现窗口位置的精确加工。
装夹带挠度侧墙，测量挠度值。由于侧墙窗口中心在挠度方向上不同点的理论偏移与该点在车体长度方向的坐标值存在函数关系，因此建立坐标系9，按照此函数关系，在已知侧墙上任何一点在x向的坐标就可得出该点y向理论偏移数值，将该数值记作h1，则参数h1与参数x之间可以建立函数关系，如下：
r—侧墙预置弧线的曲率半径（未知）
d—车体中心到门口（端头）的距离（已知）
h—最大挠度值（已知）
h1—窗口中心理论偏移距离（未知）
x—任意一点窗口中心在X方向的位置尺寸，零点为车体中心（已知）
据此公式，只要知道侧墙上任意点距侧墙中心的距离x，即可得到该点的理论挠度值h1。
3.2测量补偿工艺
采用测量补偿工艺检测误差：分别将窗口的长度、宽度、中心定位尺寸参数化，根据已建立的空间坐标系，利用机床本身的三坐标测量功能，测量z向6点，y向3点。z向测量值在加工时作为深度补偿值，利用y向测量值结合挠度模型建立中算得的挠度理论值，获得窗口的实际挠度实际旋转角度，将所有的边梁存入机床自定义的变量中，以供加工程序使用。
3.3开发窗口加工模块化数控程序编写方法
将窗口的位置形状参数与机床的动作指令分离，通过依次输入每个窗口的编号、长度、宽度、侧墙长度方向的位置数据，便可自动计算每个测量点与加工的轮廓的拐点，并通过主程序控制参数，子程序控制测量点位置，计算理论挠度并执行测量动作，根据测量结果计算该编号下窗口的实际挠度与实际旋转角度，通过改变主程序中每个窗口的位置编号和车体纵向的位置尺寸，再循环调用子程序，即可完成对整个侧墙所有窗口的测量程序编制。
4加工流程
侧墙窗口的形状都是由直线和四分之一圆弧构成，且窗口的大小变化较少，只是不同车型窗口的位置尺寸不一致，这便给窗口加工程序的参数化编写提供了有利条件，相同的尺寸只用一个参数代替，在很大程度上避免了手工编写程序多次输入数字而造成错误，而且程序的编写得到简化。只需要在主程序中输入该窗口的位置序号n，窗口的x向位置，窗口的长、宽、圆角半径，子程序即可自动找到自变量地址中该窗口的测量高度补偿值、窗口y向的实际挠度值以及窗口的旋转角度。数控机床可根据该窗口的形状信息以及上述参数以三坐标联动的方式完成窗口加工。即通过主程序控制形状和位置，子程序控制机床运行的动作，从而使程序编写得到简化。
窗口加工主程序流程如下：
（1）调用加工窗口铣刀，定义初始数据（如安全高度等）；
（2）建立零件坐标系9（以零件的x方向中心为x0，最左边或最右边的窗口横向中心为y0，零件上表面为z0,）；
（3）定义窗口其他形状尺寸参数：长度a，宽度w，圆角r；
（4）将窗口编号，n=1,2,3......输入第一个待加工窗口的编号n=1和该窗口中心在x方向的位置寸；
（5）进入窗口加工的子程序流程：
（5.1）平移零件坐标系9至第n个窗口中心，（参照图2，坐标系10是坐标系9偏移后的位置，坐标系10在坐标系9中的位置为（x，h1+MP[n，8],0））
（5.2）旋转平移后的坐标系，旋转角度为α；
（5.3）采用直线插补和圆弧插补的方式加工该窗口，采用顺铣的方式加工，刀具路径为②-③-④-⑤-⑥-①-②，机床运动采用三坐标联动的方式，每个点的坐标值都用a、w、MP[n，m]（m=1、2、3......6，代表①~⑥点）来表示，如③点的坐标值为（-a/2,，-w/2，MP[n，3]）；
（6）输入下一个待加工窗口的编号n=2 ......和该窗口中心在x方向的位置尺寸，调用子程序流程，依次编写每一个窗口的编号和窗口中心在x方向的位置尺寸，即可完成加工程序的编写，若中间有个别窗口的形状有变化，可单独对有变化的窗口重新定义长度a，宽度w，圆角r等。
主程序同样适用于测量程序，测量程序的子程序只需将所要测量的点分别用a、w表示，将测量和计算的结果分别用存储在自变量地址MP[n,1]~MP[n,11]中。
5结语
通过以上的加工工艺，实际效果达到了使用要求，并大大的提高了加工效率，利用西门子840D系统自带的语言编写参数化的工艺循环和测量循环，已在多台大型数控龙门铣床上应用，此程序可避免重复编程，提高了编程人员的编程效率。
参考文献
[1] SINUMERIK 840D/840Di/810D基础部分
[2] SINUMERIK 840D/810D/FM-NC
论文作者:张艳伟 鞠伟华 张欣亮
论文发表刊物:《科学与技术》2019年14期
论文发表时间:2019/12/5
标签：挠度论文; 窗口论文; 加工论文; 测量论文; 坐标系论文; 位置论文; 车体论文; 《科学与技术》2019年14期论文;