中車唐山機車車輛有限公司從 2012 年開始大批量生產25T 型客車，客車門框柱是由槽鋼加工，最初的加工方法是用火焰切割后再打磨到需要尺寸，但火焰切割造成的工件熱變形很大，無法調修到設計要求的尺寸精度。改用龍門銑床加工，機床加工能滿足圖紙尺寸要求，但生產效率低，不能滿足生產進度需求。門框柱加工成為制約生產能力的瓶頸工序。2009 年，車間為加工 350 公里動車組 BC 類配件購置了一臺水刀，用于切割鋁板和不銹鋼板，在使用過程中體會到水刀切割金屬板料的諸多優點。門框柱的切割方法和通常用水刀切割板料的方法不同，只有解決工件在水刀工作臺上的定位和非封閉圖形的切割方法，才能實現該類零件在水刀上的切割，高效率的加工產品。將普通自來水經過加壓裝置后將其壓力增加到1000 ～ 4000kg/cm2 后，再經過一直徑約 0.1 ～ 0.4mm 的噴嘴噴出,形成高速“水箭”，速度達 800～1000m/s(約3倍音速)，通常把這一高速水箭俗稱“水刀”。水刀切割屬于冷態切割，直接利用加磨料水射流的動能對金屬進行切削而達到切割目的，切割過程中無化學變化，具有對切割材質理化性能無影響，無熱變形，切口窄，精度高，切面光滑，清潔無污染等優點，可加工傳統加工及其它加工方法無法或難于加工的材料。水刀切割與銑削加工比較，切割工件的外形及打孔與零件的厚度無關，水刀切割只須一次加工即可完成工件的切割。當需要切割高精度的工件時，水刀切割是可用來生產接近成品的設備，一次加工即可，且不會產生熱效應。加砂水刀無機械應力，易于編程，水流細，可切割非常復雜的幾何形狀，薄材料切割，材料切割損失非常少，切割力小，夾具簡單。水刀是世界上成長最快的切割工藝之一，而原因之一即只需少之又少的二次處理，大部分加砂水刀可切割制造出最終成形的零件，因此二次處理過程可完全免除。

1 25T 型客車門框柱加工工藝特點及水刀工裝

1.1 25T 型客車門框柱加工工藝

      25T 型客車門框柱采用規格為 160mm×63mm×6.5mm槽鋼加工成長度 2872mm 的成品。工件加工部位尺寸公差±0.3mm，用水刀切割代替龍門銑床加工 160mm 寬大面上兩個長圓孔和外輪廓形狀。在用水刀切割前先用銑床加工兩端頭長度到適合尺寸，然后在水刀上用工裝定位后切割外輪廓形狀和長圓孔到尺寸。

1.2 水刀切割工裝

      采用工裝的目的是為保證每次更換工件時的定位一致，工件的定位基準和水刀程序基準一致。在選擇定位基準的過程中，要充分考慮工件的加工要求，確定工件需要的自由度。其中，一個方面的自由極限更具選擇性，因此，必須保證定位基準選擇的合理性。門框柱切割以工件長邊為定位基準，采用多點定位方式，工裝結構見圖，工裝由基礎槽鋼、2 個 J型固定螺栓和 4 個定位螺栓組成。基礎槽鋼由兩個 J 型固定螺栓固定在水刀工作臺下面的橫梁上，基礎槽鋼側面安裝 4個 M16 的定位螺栓（定位螺栓可以更換）。工裝固定在水刀工作臺上后，用水刀將四個定位螺栓縱向切一刀，使 4 個定位螺栓端面平行于 Y 軸，將槽鋼放在水刀工作臺上，側面和定位螺栓貼平，下端面與工裝縱向基準面平齊即可。工件重量49.547kg，不需要夾緊，依靠工件重量就可以滿足切割需要。工裝安裝在水刀工作臺上后，不需要仔細找正，只需用水刀將定位螺栓切齊就可以使用，定位螺栓多次使用后可以更換新的螺栓，用定位螺栓多點定位，可以減少由于槽鋼彎曲造成的定位誤差。

2 25T 型客車門框柱水刀切割編程

2.1 繪制加工圖

水刀加工程序使用水切割專用 NEWCAM 軟件生成。群組編輯模式下，使用檔案輸入指令將門框柱的 AutoCAD 圖形輸入至群組編輯中 ，先調整確認水刀切割位置尺寸為標注的

公差中間值。然后偏置切割輪廓，長圓孔的輪廓線向內側偏置，外形輪廓線向外側偏置，偏移距離 0.4mm（所用砂管直徑 1.0mm，切口寬度 0.8 mm 左右，這樣在切割設置時

刀具直徑選擇為 0，切割后尺寸恰好是圖紙理論尺寸），將與工件外輪廓相交的切割線向外延長 2mm圖形的左下角畫出槽鋼長邊和端面的交點，此點即為工件零點。

2.2 工件的排版

     在排版模式下，選擇手動排版，排版間隙是 0。手動調整圖形使工件零點和設定的材料輪廓的左下角點重合，使工件定位基準點與程序零點一致。

APW3020BA

2.3 生成數控程序

      選擇切割路徑模式，在設定功能需要調整的參數中，注意刀具指令選擇刀具的直徑為零，手動調整起割點，先切兩個長圓孔后切外輪廓，兩個長圓孔的切割起點在孔的內側，外輪廓的切割起點在槽鋼的外側。程序的處理，將規劃好的切割路徑轉換數控碼后對程序進行編輯，增加刀具起刀點坐標，防止裝卸工件時與砂管發生碰撞。首件加工前調整砂管中心與工件零點重合，然后回退 X 和 Y 軸坐標各 200mm 作為起刀點，在程序的兩端各增加兩段程序。

N0002 G91

N0003 G00 X200.Y200.；增加起刀點到工件零點的距離數值。

N0010 G90

N0011 G92 X0. Y0.

N0012 G00 X94.5 Y1642.3

N0013 M73

N0014 M75

N0015 G04 K800

N0016 G01 X94.5 Y1640.3 F200

…

N0063 M76

N0064 M74

N0065 G04 K300

N0066 G00X-200.

N0067 Y-200.；增加工件零點退回到起刀點的距離數值。

N0068 M30

3 結語

      針對傳統的銑削加工方式成本高、效率低的問題，研究25T 型客車門框柱在水刀上切割加工的方法，通過設計制作工裝實現工件切割過程的有效定位，在熟練掌握水刀的繪圖編程軟件基礎上總結出槽鋼型材的水刀切割方法，最終實現門框柱加工的質量保證和效率提升。本方法已經用于其他槽鋼型材配件的加工或外輪廓不需要切割只切割內部輪廓的工件加工，對于公司降低制造成本、保證生產周期具有很好的參考價值和推廣意義。

參考文獻：

[1]陳波,程軼倫“水刀”在金屬加工領域的應用 . [J].焊接,2006(09).

[2] 沈亞風 . 機械加工中工裝夾具定位方法設計研究 [J]. 中國設備工程 ,2019 (15).