中車唐山機(jī)車車輛有限公司從 2012 年開始大批量生產(chǎn)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(diào)修到設(shè)計(jì)要求的尺寸精度。改用龍門銑床加工，機(jī)床加工能滿足圖紙尺寸要求，但生產(chǎn)效率低，不能滿足生產(chǎn)進(jìn)度需求。門框柱加工成為制約生產(chǎn)能力的瓶頸工序。2009 年，車間為加工 350 公里動(dòng)車組 BC 類配件購置了一臺(tái)水刀，用于切割鋁板和不銹鋼板，在使用過程中體會(huì)到水刀切割金屬板料的諸多優(yōu)點(diǎn)。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(tái)上的定位和非封閉圖形的切割方法，才能實(shí)現(xiàn)該類零件在水刀上的切割，高效率的加工產(chǎn)品。將普通自來水經(jīng)過加壓裝置后將其壓力增加到1000 ～ 4000kg/cm2 后，再經(jīng)過一直徑約 0.1 ～ 0.4mm 的噴嘴噴出,形成高速“水箭”，速度達(dá) 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(tài)切割，直接利用加磨料水射流的動(dòng)能對(duì)金屬進(jìn)行切削而達(dá)到切割目的，切割過程中無化學(xué)變化，具有對(duì)切割材質(zhì)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(yōu)點(diǎn)，可加工傳統(tǒng)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(guān)，水刀切割只須一次加工即可完成工件的切割。當(dāng)需要切割高精度的工件時(shí)，水刀切割是可用來生產(chǎn)接近成品的設(shè)備，一次加工即可，且不會(huì)產(chǎn)生熱效應(yīng)。加砂水刀無機(jī)械應(yīng)力，易于編程，水流細(xì)，可切割非常復(fù)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(diǎn)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(guī)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(gè)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(shí)的定位一致，工件的定位基準(zhǔn)和水刀程序基準(zhǔn)一致。在選擇定位基準(zhǔn)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(gè)方面的自由極限更具選擇性，因此，必須保證定位基準(zhǔn)選擇的合理性。門框柱切割以工件長邊為定位基準(zhǔn)，采用多點(diǎn)定位方式，工裝結(jié)構(gòu)見圖，工裝由基礎(chǔ)槽鋼、2 個(gè) J型固定螺栓和 4 個(gè)定位螺栓組成?；A(chǔ)槽鋼由兩個(gè) J 型固定螺栓固定在水刀工作臺(tái)下面的橫梁上，基礎(chǔ)槽鋼側(cè)面安裝 4個(gè) M16 的定位螺栓（定位螺栓可以更換）。工裝固定在水刀工作臺(tái)上后，用水刀將四個(gè)定位螺栓縱向切一刀，使 4 個(gè)定位螺栓端面平行于 Y 軸，將槽鋼放在水刀工作臺(tái)上，側(cè)面和定位螺栓貼平，下端面與工裝縱向基準(zhǔn)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(tái)上后，不需要仔細(xì)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(diǎn)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(diào)整確認(rèn)水刀切割位置尺寸為標(biāo)注的

公差中間值。然后偏置切割輪廓，長圓孔的輪廓線向內(nèi)側(cè)偏置，外形輪廓線向外側(cè)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(shè)置時(shí)

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(diǎn)，此點(diǎn)即為工件零點(diǎn)。

2.2 工件的排版

     在排版模式下，選擇手動(dòng)排版，排版間隙是 0。手動(dòng)調(diào)整圖形使工件零點(diǎn)和設(shè)定的材料輪廓的左下角點(diǎn)重合，使工件定位基準(zhǔn)點(diǎn)與程序零點(diǎn)一致。

APW3020BA

2.3 生成數(shù)控程序

      選擇切割路徑模式，在設(shè)定功能需要調(diào)整的參數(shù)中，注意刀具指令選擇刀具的直徑為零，手動(dòng)調(diào)整起割點(diǎn)，先切兩個(gè)長圓孔后切外輪廓，兩個(gè)長圓孔的切割起點(diǎn)在孔的內(nèi)側(cè)，外輪廓的切割起點(diǎn)在槽鋼的外側(cè)。程序的處理，將規(guī)劃好的切割路徑轉(zhuǎn)換數(shù)控碼后對(duì)程序進(jìn)行編輯，增加刀具起刀點(diǎn)坐標(biāo)，防止裝卸工件時(shí)與砂管發(fā)生碰撞。首件加工前調(diào)整砂管中心與工件零點(diǎn)重合，然后回退 X 和 Y 軸坐標(biāo)各 200mm 作為起刀點(diǎn)，在程序的兩端各增加兩段程序。

N0002 G91

N0003 G00 X200.Y200.；增加起刀點(diǎn)到工件零點(diǎn)的距離數(shù)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(diǎn)退回到起刀點(diǎn)的距離數(shù)值。

N0068 M30

3 結(jié)語

      針對(duì)傳統(tǒng)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(shè)計(jì)制作工裝實(shí)現(xiàn)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(chǔ)上總結(jié)出槽鋼型材的水刀切割方法，最終實(shí)現(xiàn)門框柱加工的質(zhì)量保證和效率提升。本方法已經(jīng)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(nèi)部輪廓的工件加工，對(duì)于公司降低制造成本、保證生產(chǎn)周期具有很好的參考價(jià)值和推廣意義。

參考文獻(xiàn)：

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[2] 沈亞風(fēng) . 機(jī)械加工中工裝夾具定位方法設(shè)計(jì)研究 [J]. 中國設(shè)備工程 ,2019 (15).