一種應用于軌道客車底架加工的數控龍門鉆銑床及其加工方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及軌道客車加工設備技術領域，特別涉及一種應用于軌道客車底架加工的數控龍門鉆銑床及其加工方法。
【背景技術】
[0002]車體是城市軌道交通車輛中最重要的組成部件之一，它支撐在轉向架上，車體底架下部及車頂安裝大量的機電設備，構成車輛的主體。車體由底架、兩側墻(包括車門、車窗)、前后端墻、車頂6大部分組成。大型軌道客車底架是由地板、邊梁、焊接結構件等組合成的鋁合金、碳鋼或不銹鋼大型構件，是車體的結構基礎，它不僅要承受車體本身和車內所有設備的重量，同時還傳遞車輛的牽引力和制動力，并承受運行過程中的彎曲、扭轉等各種復雜載荷。開始曾采用單獨加工各零部件后組焊形成整個車體的加工方式，由于誤差累積、焊接變形等因素的影響，此方式加工的車體的總成精度比較低，不能滿足高速列車對整車車體高速、穩定、可靠運行的要求；后來逐漸開始采用零部件組焊后整體機械加工的工藝方法，可以有效解決焊接應力變形、裝配誤差對整車精度的影響問題。但同時也對加工設備、加工工藝、工裝提出了更高的要求，不僅需要大型的加工設備，還需配備專用加工工裝裝卡固定。
[0003]圖1、圖2為一種軌道客車底架(倒置)的結構示意圖，軌道客車車體底架結構采用各種型材插接組焊而成，是車體總成的裝配基準，通常把底架分成地板、邊梁、牽引梁、緩沖梁、枕梁和橫梁等單元，進行模塊化設計，然后組焊，布焊加強筋，構成整體框架式結構，邊梁主要承擔縱向載荷，傳遞前后方向力，橫梁、地板承擔垂向載荷，支持客室設備和乘客等并吊裝地板下的機器；而牽引梁、枕梁、緩沖梁同時承擔縱向和垂向載荷，枕梁用于連接轉向架，用于支持車體的重量，是車體與轉向架直接相接的地方，承受巨大的載荷力，同時要滿足制動和電氣管路的安裝需求，使得枕梁必須具有很高的結構剛度、強度和平面度。枕梁由焊接在底架邊梁上的枕梁座組成，枕梁座為厚壁型材加工而成的箱形結構，具有抗扭和抗彎曲的高剛性，A面上的中心孔和8個連接孔用于連接中心銷，進而連接牽引梁，B面用于連接旁承，二者在高度方向相差171_，B面預留5_的加工余量，用于在整個底架組焊完成后銑除，達到需要的平面度要求，以便安裝轉向架和減振裝置。
[0004]由圖1、圖2可見，軌道客車車體底架具有特有的大斷面薄板箱型結構特點，其長度達24.2米，寬度2.82米，形狀復雜且不規則，其加工特點是，1、不僅需要大型的加工設備，2、還需配備專用加工工裝裝卡固定；下面就上述兩點的現有技術情況分析如下:
1、目前針對軌道客車底架的加工設備采用的是大跨距、長行程的大型數控龍門式加工設備，以橫梁移動與否可分為定梁式和動梁式兩種，龍門移動式數控鉆銑床的結構特點是龍門架移動、工作臺固定，所以其對工件的重量沒有限制，可以加工超長型零件，隨著其自動化性能以及復合化程度的不斷提高，獲得越來越廣泛的應用。龍門移動式數控鉆銑床，其結構包括床身、龍門、十字滑臺、工作臺、液壓動力裝置和電氣控制裝置，龍門通過安裝于龍門立柱和床身之間的驅動裝置和傳動裝置沿安裝于床身上的直線導軌作X向移動，十字滑臺由滑臺、滑板組成，滑臺和龍門橫梁之間設置有驅動裝置和傳動裝置，帶動滑臺沿龍門橫梁上的直線導軌作Y向移動，動力頭與滑板固連，滑板與滑臺之間設置有驅動裝置和傳動裝置，帶動滑板和動力頭沿安裝于滑臺上的直線導軌作Z向移動。如國家知識產權局于2013年7月17日公開的由陸松茂、薛靜清設計的、申請號為201310130111.X、名稱為龍門移動式多功能數控鉆銑床的發明專利申請，包括床身、操作箱及電控柜，立柱可滑動地支撐在床身上，立柱上固裝有橫梁機構，上鉆銑削機構可滑動地支撐在橫梁機構上，電控柜固裝于橫梁機構上，床身為分體結構，包括左部床身及右部床身，左部床身及右部床身由中間連接架連接，工作臺固裝在連接架上；左立柱、右立柱分別通過滑動機構可滑動地支撐在左部床身與右部床身上；橫梁機構橫跨并固定裝在左立柱及右立柱上，上鉆銑削機構裝在移動撐板上，移動撐板帶動上鉆銑削機構的主軸沿橫梁機構移動，主軸的升降運動由升降機構控制，升降機構中的移動板可滑動地支撐在上鉆銑削機構上，移動板帶動主軸進行升、降運動。
[0005]《山東工業技術》雜志2014年第8期發表的、作者為長春軌道客車股份有限公司李保國、標題為“鐵路客車鋁合金底架整體加工工藝”的文章，介紹了長春軌道客車股份有限公司引進德國FOOKE公司生產的30米龍門移動式五軸聯動數控加工中心，其走行軸尺寸可滿足底架整體加工的要求，42kW電主軸的主軸頭，滿足鋁合金切削高轉速大功率低扭矩的特性。即使這種進口的大型加工中心，由于機床加工面積龐大，整體工作臺造價高，安裝困難，所以放棄了整體工作臺方案，采用了分段工作臺方案；而工裝與工件加工位置發生干涉要求裝夾位置必須具備靈活可調的功能，因此采用了雙縱向導軌上安裝可移動橫梁作為基座、上面均布提升工件高度的折疊工裝的裝夾方案。
[0006]此種結構的加工設備是將工件直接固定于工作臺上完成加工，因此工作臺的長度需比工件更長，龍門需在超過工件全長的范圍內進行移動，在如此長的行程上進行精確地加工、定位，可見結構的復雜程度，其結構的復雜程度顯而易見，價格亦非常昂貴。
[0007]2、如上所述，由于底架的形狀并非一平板，無法直接在加工設備的工作平臺上加工，因此，需借助工裝來固定底架。國家知識產權局于2014年2月26日公開的由鮑洪陽、王軍田設計的、申請號為201310568276.5、名稱為軌道車輛大部件加工自動化工裝的發明專利申請、2014年I月29日公開的由袁峰、劉凱等設計的、申請號為201310517132.7、名稱為一種地鐵鋁合金車體大部件機加工多功能通用工裝的發明專利申請，均提出了應用于大型加工設備上對車體底架等大型部件進行裝卡固定的專用加工工裝的技術方案，此種工裝結構體積大，有時候會出現與加工設備主刀頭發生干涉的現象，使加工效率因此受到很大影響；此外，由于底架和地板結構迥異，此種工裝也難以適應多種底架、地板的裝卡使用，存有適用范圍小的局限性。
[0008]為此，需要研制提供可消除上述缺陷的軌道客車車體底架加工用的鉆銑加工設備。
【發明內容】
[0009]本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種結構簡單、成本低廉、適用于軌道客車底架加工的數控龍門鉆銑床。
[0010]本發明還提供了一種利用該設備進行軌道客車底架鉆銑加工的加工方法。
[0011]為實現上述目的本發明所采用的技術方案是:
一種應用于軌道客車底架加工的數控龍門鉆銑床，包括床身、龍門、工件夾緊裝置、工件定位裝置、液壓動力裝置和電氣控制裝置，所述龍門可沿床身上的導軌作X向移動，龍門橫梁上滑動安裝有沿Y向移動的十字滑臺，十字滑臺上滑動安裝有沿Z向移動的動力頭，其特征在于:所述床身包括左床身、右床身、前連接梁和后連接梁，左床身、右床身的前端通過前連接梁固連，左床身、右床身的后端通過后連接梁固連，構成整體結構的框式床身；所述左床身、右床身兩端的下部、與前連接梁和后連接梁相應分別設有軌道小車，軌道小車分別可在固定于地基基礎上的兩條地軌上沿X軸方向往復運動；所述的工件夾緊裝置和工件定位裝置固定于兩條地軌之間的地基基礎上；沿工件的長度方向設有至少兩個加工工位，在每個加工工位的前側和后側分別設置有兩個固連于地基基礎上的底架，前側的兩個底架位于前連接梁的外側、且分別與左床身、右床身的前端相對應，后側的兩個底架位于后連接梁的外側、且分別與左床身、右床身的后端相對應；所述左床身、右床身的前端與相對應的底架之間設置有夾緊裝置，左床身、右床身的后端與相對應的底架之間分別設置有夾緊裝置。
[0012]為了提高加工精度，本發明中，所述的床身與軌道小車之間安裝有升降裝置和同步裝置。在加工如圖1、圖2所示帶有不同高度的加工面的工件時，升降裝置可以將床身連同其上的主機一同升起，跨越工件的最高點，至需要加工的位置后再降低高度，以避免加工較低位置的平面時，主軸伸出過長、剛度降低帶來的加工精度降低。
[0013]上述技術方案中，所述升降裝置包括連接架、升降油缸、導套A和導柱A，連接架分別固連于前連接梁、后連接梁的外側，升降油缸和導套A安裝于連接架上，升降油缸的活塞桿桿端與軌道小車固連，導柱A與導套A相對應，安裝于軌道小車上，可在導套A中滑動；
上述技術方案中，所述同步裝置包括齒輪、齒條、齒條安裝座、軸承座、同步軸，兩個軸承座分別安裝于左床身外側的前后兩端，兩個軸承座之間轉動連接有同步軸，同步軸的兩端分別安裝有齒輪，與齒輪相嚙合的齒條安裝于齒條安裝座上，齒條安裝座安裝于軌道小車上。
[0014]上述技術方案中，進一步地，所述同步裝置還包括分別與升降油缸對應設置的液壓比例閥，液壓比例閥連接于升降油缸與液壓動力裝置之間。
[0015]上述技術方案中，所述升降裝置還可以采用如下結構，包括連接架、驅動電機、減速機、換向器、絲杠、絲母、導套A和導柱A，連接架分別固連于前連接梁、后連接梁的外側，換向器和導套A安裝于連接架上，導柱A與導套A相對應，安裝于軌道小車上，可在導套A中滑動；驅動電機和減速機安裝于床身上，減速機輸入軸與驅動電機相連、輸出軸連接有連接桿，換向器輸入端與連接桿相連，輸出端連接有絲杠，絲母與絲杠相配合，安裝于軌道小車上。
[0016]本發明中，所述軌道小車包括車架體、驅動裝置以及按從左到右依次轉動連接于車架體上的車輪A、車輪B和車輪C，車輪C上同軸安裝有鏈輪，鏈輪通過鏈條與驅動裝置上的主動鏈輪相連；所述的驅動裝置為安裝于車架體上的電機和減速機，所述的主動鏈輪設置于減速機的輸出軸上，減速機的輸入軸與電機相連。
[0017]本發明中，所述底架通過第一地腳板與地基基礎相連接，頂部安裝有支撐板，支撐板的一端突出于底架，支撐板突出于底架一端的外側安裝有調整板，調整板上安裝有調整螺栓；動力頭工作時，通過調整螺栓可以限制床身在平面