摘要：目前，我国经济水平不断提升，人们的对于交通工具的要求也在不断提高。针对于安全系数也在不断的完善，进而城铁车辆铝合金车体底架的钻孔工作需采用大型龙门五轴加工中心及90°角度头进行加工，设备占用时间长，直角铣头易磨损，生产成本投入高。根据底架的结构特点及安装使用要求，设计了一款具有较强通用性的钻孔装置。该装置采用滚动直线导轨副，可实现钻孔装置精准地往复直线运动;通过计算合理的配重比，可实现多方位的钻孔工作;通过改变磁力钻传统的使用方式并结合靠模的使用，确保磁力钻精准定位。该装置的研发能够提高铝合金车体底架钻孔的工作效率、降低钻孔成本，在城铁车辆底架的制造过程中具有广泛的应用潜力。
关键词：城铁车辆；铝合金车体；底架钻孔装置；结构；设计
引言
城铁车辆中，铝合金车体有几种典型的结构:板梁结构、型材结构、钢—铝混搭结构对于钢—铝混搭结构而言，底架结构牵枕缓部分采用钢结构，其余全部采用铝结构。铝结构主要由左/右边梁、铝地板组成、前/后端梁等部件组成;牵枕缓部分则由前/后牵引梁、缓冲梁、枕梁等部件组成，这种钢—铝混搭结构之间通常采用BOM铆钉铆接。这种连接方式的优点是:有利于增加车体强度，减小底架焊接作业量，减少焊接变形;缺点是:根据底架结构形式及装配要求，这种连接方式需使用大型龙门五轴加工中心及90°角度头共同完成，对设备和工艺要求较高。底架结构是整个车体的承载基础，它不仅要承受车体本身底架上部单元和车内所有设备的重量，同时还传递车辆的牵引力和制动力，并承受运行过程中的弯曲、扭转等各种复杂载荷，其整体质量的好坏直接影响全车的质量。
1车体底架的加工
动车组车体底架分5种，有头车（EC01、EC08）底架、变压器车（TC02、TC07）底架、中间车（IC03、IC06）底架、餐车（BC04）底架、一等车（FC05）底架。5种底架结构相似，都是由地板、左右边梁、前后底架前端、设备仓隔墙及牵引电机冷却风扇等一些附件组焊而成，材质为铝合金。底架的加工部位都是在底架反面，各种方孔、圆孔多至200个左右，布置在约25 m长的左右边梁上，其中有用于安装座吊装的精度要求高的Φ50 m m H 8孔。底架加工设备为德国FO O K E公司生产的30 m龙门加工中心，主要用于加工铁路客车铝合金材质的长大零部件。机床结构采用重载焊接结构，有限元设计计算以保证最佳的强度和刚性，根据FOOKE公司的经验，采取优化设计的龙门及横梁并与工作台相互配合连接，形成了良好的刚性和可靠性的框架结构，所有导轨都配有防护罩。X轴方向的两侧导轨采用安全的往复式防护罩，这种高性能导轨已应用在20多家铁路用户工厂。横梁截面高度尺寸为1 000 m m；所有直线轴采用加预应力的直线滚动导轨，用于克服所有方向上的扭矩，所有的轴均由西门子1FT 6伺服电机驱动；5轴联动控制。加工中心主轴型号为FO O K E 3.2型（带A轴和C轴），大扭矩高频电主轴，主轴功率为42 kW，最高转速16 000 r/m in，主轴接口形式为H SK 100 A，带自动换刀机构。配有可安装14把刀具的刀库。控制系统为西门子840D系统，带5轴插补控制。综合分析车体大部件底架、地板、侧墙、车顶、车体大部件型材等总的加工量，平衡现有设备的加工能力，确定底架、地板均在30 m FOOKE龙门加工中心上加工。因此，设计的工装既要满足CR H 3型动车组铝合金车体5种底架的加工，又要满足5种地板的加工。
2新型钻孔装置结构组成
钻孔装置由主、副桁架、滑动部分、转轴部分、辅助部分、动力部分等组成。
主、副桁架是钻孔装置的骨架，是整个钻孔装置及底架组成的基础承载部件。滑动部分在承担扭矩的同时保证转轴装置平稳地往复直线运动。转轴部分与辅助部分配合使用，可实现多方位精准的钻孔工作。磁力钻本身自带的电机提供了动力系统。（1）主、副桁架考虑到主、副桁架强度和刚性的需求，桁架主体结构采用规格150 mm×100 mm×8 mm的铁方管和厚度t=30 mm的钢板组焊而成。考虑到焊接变形和公差的影响，提前预设(3～5)mm的放量，通过焊后整体加工的方式来保证上下两个安装面0．05 mm的平面度、0．02 mm的垂直度以及相对位置尺寸。副桁架承载整个底架组成的重量，副桁架的接触面采用橡胶板来进行柔性防护。（2）滑动部分采用滑轨座和线性滑轨配合使用，线性滑轨组由钢珠在滑块与滑轨之间作无限滚动循环，负载平台能沿着滑轨轻易地以高精度做线性运动。与直线轴承相比，线性滑轨组具有更高的额定负载，并且可以承担一定的扭矩，可在高负载的情况下实现高精度的直线往复运动。另外，双滚动直线导轨副的设计增加了装置运行的稳定性。（3）转轴部分将配重板、上加强板、连接板、下加强板进行整体组焊，圆锥滚子轴承内圈与支撑轴、外圈与轴套采用过盈配合，轴承与轴采用基孔制配合，轴承与轴套采用基孔制配合。在设计轴套凸台时要考虑轴承的装卸方便，在安装过程中要先下轴承外套后安装内套，台钻套采用尼龙加工，内外径均采用过渡配合，以减少摩擦力。（4）辅助部分辅助部分采用靠模和钻套配合使用，考虑到空间尺寸和磁力钻滑道的行程，采用固定钻套形式，材质采用T10A碳素工具钢，T10工具钢的含碳量较高，为0．95%～1．04%，具有较高的硬度和耐磨性。根据每组组孔的不同，可制作不同规格的靠模，钻套与靠模之间采用过盈配合。（5）动力部分取下磁力钻磁座，通过螺钉将磁力钻安装在台钻座上，磁力钻电机高速运转带动钻头，通过黑色三星架人工旋转来达到前后移动，实现钻孔过程;磁力钻钻出来的孔精度高，属于物理切削，不会产生化学反应，不会让材质变形。转轴部分与动力部分通过支架板与滑动部分进行连接。
3工作原理
利用杠杆平衡原理，即在操作过程中施加的外力。通过调整配重块的数量，来调整G 2的重量，以达到在限位销区域范围内进行钻孔。以动车组车体地板为典型加工零件，介绍新型动车组车体底架加工工装的工作原理。装卡时使用多个本工装，使地板位于各横梁上的左、右压夹装置之间，左、右压夹结构中大部分为压紧螺杆竖直设置，少数为压紧螺栓水平设置。左、右压夹中的竖直压紧螺杆一一对应地板左右两侧上板面，水平压紧螺杆则对应地板的左侧面和右侧面，先通过水平压紧螺杆对地板进行对中调节，调节到位后通过竖直压紧螺杆将地板牢固地装卡在本新型工装的组合工装中。工装的排布、组合根据需加工构件的结构及加工要求确定，横梁上还可垫放不同厚度的垫块，以使构件处于适宜的高度位置上。
结语
综上所述，该钻孔装置能有效克服现有钻孔工艺设备占用率过长的缺点，同时该装置结构简单、通用性强、操作方便，可满足实际生产需求及不同用户的个性化使用要求。
参考文献
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