ZMA120型构架夹具.doc

摘 要随着各大城市地铁线路的建设，地铁车辆的制造无疑将是影响地铁发展的一项重要因素。以往地铁转向架构架的加工过程中夹具的设计在工厂中大多采用二维的CAD软件对其进行设计，这样所设计出的夹具要经过现场实际生产的检验。采用这种方法所做的设计浪费了大量的人力物力。本文以ZMA120型转向架构架为例，介绍三维CAD软件在夹具设计中的应用。运用三维CAD软件SolidWorks对构架进行建模，进而分析其结构形式，设计出机械加工工艺规程以及对应的加工夹具。设计好夹具后，利用SolidCAM软件对构架进行模拟数控加工，进而验证所设计工装的可行性，从而提出改进方案，使设计达到优化。关键词：ZMA120型转向架；构架；夹具设计；模拟数控加工AbstractWith construction of the subway in the most big cities, the technology of the subway vehicles manufacturing becomes more important for the subway. The two-dimension CAD software is used to design the fixtures during the process of the manufacturing of the metro bogie frame in the factory ,and the fixture should be gone through the actual production of the test site ,which does waste a lot of manpower and resources. The application of the 3D CAD software in the design of the software for the ZMA120 bogie frame is introduced in this paper. The model of the frame id built by SolidWorks. I analyze the structure and then design the technological process and the corresponding fixture of process. After a good design of software architecture, I conduct the Simulation of NC Machining of frame using SolidCAM, and then verify the feasibility, finally recommend improvement program is designed to optimize.Keywords: ZMA120 bogies, frame, fixture design, NC machining simulation1. 绪论1.1 课题研究背景1.1.1 地铁在城市交通中的地位和作用 地铁作为能够大量、快速、安全地运送乘客的一种新型公共交通方式是城市公共交通发展的大势所趋。目前，现代大城市中的地铁在城市的社会、经济活动中正发展着不可替代的作用。如东京虽拥有600万辆小汽车，但居民上下班、上下学绝大部分乘坐地铁，很少有人乘私人汽车；巴黎地铁在运输中也发挥了重要作用，在上班高峰运输时间，在从市区到郊区的客流中，利用私人交通工具的仅占19%，利用公共交通工具的占81%，而在公共交通中地下铁道占40%；莫斯科由于乘坐地铁非常舒适、方便、票价低廉，所以大量乘坐小汽车上下班的居民纷纷改乘地铁。我国社会主义建设事业的不断发展，促进了城市经济的不断发展，促进了城市化的进程，经济越发展，城市人口增长越快。1952年我国城市化程度为7.4%，1979年发展到13.2%，1991年，城市化发展到19.2%，到2000年城市化程度为30%。目前我国超过100万人口的大城市已发展到34个，50-100万人口的大城市也有43个，城市基础设施的建设与城市化的发展程度不符，特别是城市交通日益紧张，“行路难，乘车难”的矛盾已严重干扰市民工作、学习和生活，给居民出行带来极大的不便，长此下去，将阻碍城市经济的发展。因此地铁无疑是我们最好的选择。继1965年7月北京地铁一期工程的开建，到现在天津、上海、广州、深圳、南京等城市地铁的建成我国的地铁建设进入了快速发展时期。1.1.2构架加工对地铁车辆的作用 作为车辆最早重要的组成部件之一的转向架其结构的是否合理将直接影响车辆的运行品质、动力性能和行车安全。可以毫不夸张的说，转向架技术是“靠轮轨接触驱动运行的现代机车车辆“得要生存发展的核心技术之一。转向架构架是转向架的骨架，用以联系（安装）转向架各组成部分和传递个方向的力，并用来保持车轴在转向架内的位置。因此构架的加工对地铁车辆的安全运行起着无可替代的作用。 但任何先进的装备都必须依靠制造业来生产加工，而夹具设计又在制造系统中占据着极其重要的地位，它直接影响零件的加工质量、生产效率和制造成本，因而夹具被认为是工艺过程中最活跃的因素之一，制造业中非常重视对夹具的研究。我们知道：装夹是联系机床、刀具与工件的关键环节，装夹技术之所以对加工精度起着尤为突出的作用，其根本原因在于它的普遍性，没有装夹环节，就不可能完成加工过程。我们知道：机床夹具在保证产品优质、高产、低成本、充分发挥现有设备的潜力，便于工人掌握复杂或精密零件加工技术，减轻繁重的体力劳动等诸方面起着巨大的作用。机床夹具的设计和使用时促进生产迅速发展的重要工艺措施之一。因此，一切机械制造行业的广大工人和工程技术人员，历来都把机床夹具的改进，研制和开发，作为技术革新中的主要课题之一。以下简要说明机床夹具的作用：1、夹具是保证和稳定产品质量，实行全面质量管理的重要手段；2、可提高劳动生产率，降低产品成本；3、夹具可扩大机床的工艺范围，做到一机多能；4、机床夹具在新产品的试制过程中，对缩短试制周期起着重要作用；5、夹具在特种零件的加工中起着特殊作用；6、平衡各工序时间，以便组织流水生产；7、使操作方便，安全，减轻工人的劳动强度。 据统计，根据我国机械工业的现有水平，产品的生产准备周期一般占产品整个研制周期的50%70%，工艺装备的设计制造周期占产品生产准备周期的50%70%，而夹具设计制造又占工艺装备的设计制造周期的70%80%。由此可见，夹具不仅是作为工艺装备的主要组成部分，而且其在制造系统中也占据着极其重要的地位。 针对上述情况，研究和设计夹具的重要性不言而喻。1.2 本课题的主要任务 在转向架构架的加工过程中为了保证加工的精度，提高生产加工的效率，减轻工人的劳动强度以及有效的利用机床就要求设计加工过程中的机床夹具。本课题以B型地铁ZMA120型转向架构架为例，结合其结构特点设计其加工工装并进行模拟数控加工。具体工作可分为如下几步： 应用三维CAD软件对ZMA120型转向架构架进行建模； 设计构架的数控加工工艺方案； 设计构架加工夹具并建立夹具的模型； 通过CAM软件对构架进行模拟数控加工，进而验证所设计工装的可行性，从而提出改进方案； 输出该构架进行数控加工的G代码。2. ZMA120型转向架构架结构及性能2.1 ZMA120型转向架概述 ZMA120 型地铁车辆转向架是南车株洲电力机车有限公司在引进120 km/h 速度级广州地铁3 号线车辆SF2500 型转向架的基础上, 通过消化、吸收西门子公司的设计技术、制造工艺技术、质量检验技术、先进标准等,进行自主化设计与制造的转向架。该型转向架的设计图纸（转化版）、制造工艺及工装、遵循的标准均与SF2500型转向架相同, 适用于国内最大轴重为14 t, 最高运营速度为120 km/h, 最高运行速度为130 km/h 的B 型地铁车辆。2.1.1 ZMA120型转向架结构特点 该型转向架分为动车转向架和拖车转向架。装在同一节动车上的两个动力转向架因电机测速传感器、轮缘润滑装置、电缆线号不一样而略有区别; 装在同一节拖车上的两个拖车转向架除电气装置的线号有所区别外, 其余结构完全相同。该型转向架主要由构架、驱动单元( 动力转向架) 、轮对、轴箱、中心牵引装置、一系悬挂、二系悬挂、垂向减振器安装、转向架空气管路、基础制动装置、抗侧滚扭力杆装置、转向架电器装置、ATC 天线等部件构成。动车转向架和拖车转向架的构架、车轮、轴箱( 不含端盖) 、一系悬挂、二系悬挂、中心牵引装置、抗侧滚扭杆装置等部件均能互换。ZMA120型转向架如图2-1、图2-2所示，其主要性能特点如下:1) 能保障车辆有优异的舒适性能( W2.5) ;2) 转向架质量轻, 动车转向架质量不大于7 900 kg,拖车转向架质量不大于5 900 kg;3) 无摇动台、无摇枕、无心盘, 车体自重及载重全部由空气弹簧承载, 并设有能根据负载情况对地板高度自动调整的装置;4) 动车转向架牵引电机为架承式弹性悬挂, 每个转向架斜对称地布置两台牵引电机;5) 轮对符合EN13260 的规定;6) 采用直辐板整体车轮, 辐板两侧装有制动盘, 车轮符合EN13262 的规定;7) 车轴符合EN13261 的规定;8) 轮对采用转臂定位, 一系弹簧采用螺旋弹簧与橡胶垫组合, 布置在轴承的侧面以便有更多的空间增大弹簧的静挠度, 保证了转向架在高速下有较高的抗蛇行稳定性和乘客的舒适性, 减小轮轨之间的磨耗和噪声污染;9) 抗侧滚扭力杆布置在车体底架的下方, 提高了车辆的抗侧滚性能, 简化了转向架的结构, 减轻了转向架的簧间质量;10) 转向架构架采用低合金高强度结构钢板组焊成H形, 采用不需进行整体退火的焊接工艺;11) 牵引装置采用结构非常简单的无磨耗单拉杆牵引方式。图2-2 ZMA120型转向架爆炸图图2-1 ZMA120型转向架结构图2.1.2 ZMA120型转向架构架主要部件（1）构架构架是由低合金高强度钢板通过焊接而成的H 形中空梁结构, 钢板经表面处理后具有极强的耐腐蚀性, 设计寿命为35年。（2）轮对 轮对是由车轴与车轮压装而成, 分为动车轮对和拖车轮对。车轴按EN13104 等欧洲标准进行设计, 原材料为EA1N。动车和拖车车轴结构基本相似, 不同之处是动车的车轴有驱动齿轮和齿轮箱的吊挂座。车轮为整体辗钢轮, 采用DIN5573 磨耗型踏面, 原材料为ER8。（3）轴箱 轴箱包括轴箱体、轴承、密封端盖、轴圈。轴箱轴承为整体式圆锥滚子轴承, 检查周期不小于125 万km 或6 年(以早到的为准), 按ISO 标准L10 寿命不小于250 万km。（4）一系悬挂装置 轮对采用转臂定位, 适合该型转向架高速运行的特点。一系悬挂主要由一系弹簧、垂向止挡、一系垂向减振器等组成, 用于缓冲轮对的垂向运动。（5）二系悬挂装置二系悬挂主要由空气弹簧、二系垂向减振器等组成。(6) 横向悬挂装置 主要由横向止挡、二系横向减振器等组成。(7) 中心牵引装置中心牵引装置采用无磨损且免维护的单拉杆牵引型式, 将转向架连接到车体上， 以传递制动力和牵引力。(8) 驱动单元每个动车车轴上装有一个驱动单元, 包括电机、联轴节、齿轮箱和齿轮箱吊杆。(9) 基础制动单元基础制动采用轮盘制动, 单元制动装置内设有闸瓦间隙自动调整器。（10）其它转向架空气管路的钢管、管接头均采用不锈钢材料和卡套式接头, 抗振能力强, 在环境恶劣的情况下能够保正良好的密封性能。2.1.3 ZMA120型转向架的技术性能参数轴式 B0- B0 或2- 2轨距/mm 1 435轴距/mm 2 300转向架中心距/mm 12 600轴重/t 14车轮滚动圆直径/mm 840( 新轮) ; 770(全磨耗)轮对内侧距/mm 1 354+20通过最小曲线半径/m 150( 5 km/h 时)牵引点高度/mm 663齿轮中心距/mm 370齿轮传动比 4.964车轮踏面DIN5573 磨耗型踏面轮盘制动的制动倍率 8.58初速为120 km/h时在平直道上的紧急制动距离/m 42721(包括响应时间)自重下空气弹簧上平面距轨面高/mm 894轴颈中心横向跨距/mm 2 100轴颈直径/mm 130空气弹簧中心横向跨距/mm 1 900转向架主要运动间隙( 车体落车后) /mm一系垂向止挡间隙 373二系弹簧充气、放气状态的高度差 25二系横向止挡间隙 40( 其中弹性间隙25 mm)轴承型号 进口圆锥滚子轴承TBU130限界符合GB 146.1- 83 标准轨距铁路机车车辆限界车限- 1B、CJJ96- 2003地下铁道限界标准、“广州地铁三号线工程车辆限界”的要求。强度符合UIC515- 4 客运车辆拖车转向架走行部转向架构架强度试验和UIC615- 4动力车转向架和走行部转向架构架强度试验的要求。动力学性能指标符合GB5599- 85 铁道车辆动力学性能评定和试验鉴定规范, 主要动力学性能指标为:横向及垂向平稳性指标 Wz2.5脱轨系数1.0 轮重减载率 0.6 倾覆系数D 0.8 轴重为14 t 时轮轴横向力H/kN66.03 2.2 ZMA120型转向架构架结构2.2.1 ZMA120转向架构架结构图构架两根侧梁和中间横梁组成。两根侧梁由中间横梁连接,构成无摇枕的“H”形结构。如图2-3所示。图2-3 ZMA120型转向架构架结构图2.2.2 ZMA120型转向架构架结构特点构架的侧梁为中间低两端高的鱼腹形,以便安装空气弹簧。中间横梁上有制动单元的安装座、电机悬挂座和齿轮箱的托架。动车转向架和拖车转向架采用相同的构架,以保证可以完全互换。3. ZMA120型转向架构架模型建立3.1 SolidWorks建模实体建模概述3.1.1 SolidWorks软件简介 SolidWorks是当今最为流行的三维CAD软件之一，它具有基于特征、参数化、实体造型等特点。整个设计基于装配关系进行，装配的基础要素是相关的零件，零件是由若干参数化的可以基于装配关系的特征堆砌而成，特征是一些与机械设计的表达意图相关的一些简单几何形体，这些几何形体的基础是参数化的，可以基于装配关系的二维或者三维草图，草图是一些简单类型的图线，可以用几何关系、装配关系和驱动尺寸加以约束。 所谓特征，是指可以利用参数驱动的实体模型。通常，特征应满足如下条件：（1）必须是一个实体或零件中的具体构成之一；（2）能对应于某一形状；（3）应该具有工程上的意义。 改变与特征相关的形状与位置的定义，可以改变与模型相关的那些形位关系。对于某个特征既可以将其与某个已有零件相连接，也可以把它从末各已有的零件中删除掉，还可以与其他错割特征共同组合创建新的实体。 “基于特征”这个术语的意思是：零件模型的构造是由各种特征来生成的，零件的设计过程就是特征累积过程。SolidWorks零件模型中，第一个实体特征称之为基体特征代表零件最基本的形式，零件其他特征的创建往往依赖于基体特征。 “参数化”是指对零件上各种特征施加约束形式。各个特征的几何形状与尺寸大小用变量参数的方式来表达，这个变量参数不仅可以使常数，而且可以是某种代数式。如果定义某个特征的变量参数发生来改变，则零件的这个特征的几何形状或尺寸大小将随着参数的改变而改变，软件会随之重新生成该特征及其相关的各特征，而不需要重新绘制。一个特征的参数也可以分为几何形状参数和定位尺寸参数。通过控制各种参数，即可以达到控制零件几何形体的目的。 “实体建模”就是在计算机中用一些基本元素来构造机械零件的完整几何模型。 “全相关”是指：SolidWorks模型与它的工程图及参考它的装配体是全相关的。对模型的修改会自动反应到与之相关的工程图和装配体中。3.1.2 SolidWorks界面简介与操作风格 SolidWorks2007的界面（以侧梁端上盖板实体为例）如图3-1所示。建模树菜单栏标准工具栏命令管理器图 3-1 SolidWorks2007界面 SolidWorks完全没有命令行交互的操作。所有的操作都是通过功能按钮、菜单、对话框和光标的操作进行。这种操作风格不像AutoCAD那样可以“下命令”进行，而是“商量着”进行的。因此，学会与SolidWorks“商量”，就是最开始必须掌握的技术，这就是软件的操作规范。可以这样比喻，要做一件事情，SolidWorks说：我能这样、那样做，而用户只需要选定其中的一种。这样“商量“的过程还挺啰嗦，虽然从原理上讲应当直接告诉SolidWorks做某件事情。在“商量”的过程中，SolidWorks会“感应、推测”用户的想法，并用动态的一些标记反馈它的判断，所以，必须十分注意光标移动过程中的提示标记。按照SolidWorks的规则，选定任何条目、在任何功能的执行过程中，单击右键，都可以弹出与当前操作相关联的菜单。在这个菜单中，列出了可以继续执行的所有功能选项。在发生了操作错误的时候（重复的约束、不可能的装配关系、更新零件之后发生的问题等），SolidWorks会出发相关提示，并引导用户一步一步地定位和解决这个问题。这显然是一个有用的功能。SolidWorks有一个称为“自适应”的功能，实际上就是“基于装配关系的设计数据关联”。当采用“自顶向下”的方法进行设计时，当即与装配关系的某个零件尺寸发生关系时，基于这个尺寸的其他零件也会自动按照尺寸的改变完成新的计算，得到新的零件。3.1.3 SolidWorks建模实例 现在已侧梁中间下盖板为例介绍SlkidWorks2007模型建立。 中间下盖板草图建立从中间下盖板结构中分析出所需绘制的草图。中间下盖板结构如图5所示。选择绘图基准面（前视基准面、上视基准面、右视基准面），根据中间下盖板结构绘制如图3-2所示的1/2中间下盖板结构草图。 生成1/2中间下盖板实体通过特征”“拉伸凸台”命令，通过选择草图轮廓，给定深度，点击“确定”按钮，生成1/2中间下盖板实体。如图3-3所示。 镜像生成中间下盖板实体 通过“特征”“镜像”命令，弹出对话框，选择1/2中间下盖板实体横断面为镜像面，选1/2中间下盖板实体为要镜像的实体，点击确定按钮生成中间下盖板实体。如图3-4所示。 图3-2 中间下盖板结构图图3-3 1/2中间下盖板结构草图图3-6 中间下盖板实体图3-4 1/2中间下盖板实体3.2 ZMA120型转向架构架建模3.2.1 构架侧梁建模ZMA120型转向架构架侧梁由1块中间上盖板、2块端上盖板、2块外立板、1块中间下盖板、2块端下盖板组焊而成。又在侧梁上面对称焊接了2组轴箱座。该构架侧梁各板皆为钣金件，因此需先绘制好零件的平板模型。之后，依据图纸上的标注计算出要绘制的折弯线位置、折弯半径，参考“扁钢制品的冷弯计算补偿值”计算出各段的补偿值。模型具体绘制方法前面以做过介绍，在此便不再做过多说明。构架侧梁的装配图见图3-7图3-7 构架侧梁3.2.2构架横梁建模ZMA120型转向架构架横梁由2根横梁管、2个点悬挂座（由上、下两部分组成）、2个电机悬挂座、4个制动器座以及中间连接装置对称布置组成。因横梁绘制方式与侧梁相同故不作过多介绍。横梁转配图见图3-8图3-8 构架横梁装配图3.2.3构架总体装配该构架结构前面也做过具体介绍：主要由横梁和侧梁组焊而成。 构架装配图见图3-9图3-9 构架装配图 4. 构架加工工艺规程设计一个同样要求的零件，可以采用几种不同的工艺过程来加工，但其中总有一种工艺过程在给定的条件下是最合理的，人们把工艺过程的有关内容用文件的形式固定下来，用以指导生产，这个文件称为“工艺规程”。工艺规程是组成技术文件的主要部分，是工艺装备、材料定额、工时定额设计与计算的主要依据，是直接指导工人操作的生产法规，它对产品成本、劳动生产率、原材料消耗有直接关系。工艺规程编制的质量高低。对保证产品质量第一起着重要作用。4.1 工艺规程概述在车间生产过程包括直接改变工件形状、尺寸、位置和性质等主要过程，还包括运输、保管、磨刀、设备维修等辅助过程。生产过程中，按一定顺序逐渐改变生产对象的形状、尺寸、位置和性质使其成为预期产品的这部分主要过程称之为工艺过程。零件依次通过的全部加工过程称为工艺路线或工艺流程。把拟定出的工艺规程用文件的形式写出来，称之为工艺文件。用表格的形式将机械加工工艺过程的内容规定下来，成为生产的指导性技术文件，就是机械加工工艺规程设计，简称工艺规程。产品制造过程中所用的各种工具，包括刀具、夹具模具、量具、检具、辅具、钳工工具和工位器具等称为工艺装备。（一）工艺规程的主要内容1、产品特征，质量标准；2、原材料、辅助原料特征及用于生产应符合的质量标准；3、生产工艺流程；4、主要工艺技术条件、半成品质量标准；5、生产工艺主要工作要点；6、主要技术经济指标和成品质量指标的检查项目及次数；7、工艺技术指标的检查项目及次数；8、专用器材特征及质量标准。（二）工艺规程的作用机械加工工艺规程在机械加工中起着重要的作用，主要包括以下的几个方面：1、工艺规程是指导生产的主要技术文件2、工艺规程是生产准备工作的主要依据3、工艺规程是新建机械制造厂（车间）的基本技术文件 （三）工艺规程制定的原则工艺规程制定的原则是优质、高产、低成本，即在保证产品质量的前提下，争取最好的经济效益。在制订工艺规程时应注意下列问题：1、技术上的先进性在制订工艺规程时，要了解国内外本行业的工艺技术的发展水平，通过必要的工艺试验，积极采用先进的工艺和工艺装备。 2、经济上的合理性在一定的生产条件下，可能会出现几种能保证零件技术要求的工艺方案，此时应通过核算或相互对比，选择经济上最合理的方案，使产品的能源、材料消耗和生产成本最低。 3、有良好的劳动条件在制订工艺规程时，要注意保证工人操作时有良好而安全的劳动条件。因此，在工艺方案上要注意采用机械化或自动化措施，以减轻工共繁杂的体力劳动。（四）制订工艺规程时的原始资料制订工艺规程时的原始资料主要有： 1、产品图样及技术条件。如产品的装配图及零件图； 2、产品的工艺方案。如产品验收质量标准、毛坯资料等； 3、产品零部件工艺路线表或车间分工明细表。以了解产品及企业的管理情况；4、产品的生产纲领（年产量）。以便确定生产类型；5、本企业的生产条件。为了制订的工艺规程切实可行，一定要了解和熟悉本企业的生产条件。如毛坯的生产能力、工人的技术水平以及专用设备与工艺装备的制造能力、企业现有设备状况等； 6、有关工艺标准。如各种工艺手册和图表，还应熟悉本企业的各种企业标准和行业标准； 7、有关设备及工艺装备和资料。对于本工艺规程选用的设备和工艺装备应有深入地了解，如规格、性能、新旧程度和现有精度等； 8、国内外同类产品的有关工艺资料。4.2 构架加工工艺规程设计4.2.1机械加工工艺规程设计一、机械加工工艺规程设计的内容和步骤：1、分析零件图和产品装配图2、对零件图和装配图进行工艺审查3、由产品的年生产纲领研究确定零件的生产类型4、确定毛坯5、拟定工艺路线（工艺过程）6、确定各工序所用的机床设备和工艺装备（含刀具、量具、夹具等），对需要改装或重新设计的专用工艺装备要提出设计任务书7、确定各工序的的加工余量，计算工序尺寸及公差8、确定各工序的技术要求及检验方法9、确定各工序的切削用量和工时定额10、编制工艺文件二、工艺路线的拟定拟定工艺路线是设计工艺规程最为关键的一步，需顺序完成以下几个方面的工作。（一）选择定位基准定位基准有粗基准和精基准之分。用毛坯上未尽经加工的表面作定位基准，这种定位称为粗基准；用加工过的表面作定位基准，这种定位称为精基准。（二）表面加工方法的选择 选择加工方法时，一般总是首先根据零件主要表面的技术要求和工厂具体条件，先选定该表面终加工工序加工方法，然后再逐一选定该表面各有关前导工序的加工方法。选择加工方法一般应遵循以下几项原则：1、加工面的技术要求、经济精度、正常工作条件下所达到的加工精度；2、工件材料的性质及热处理；3、工件的形状和尺寸；4、结合生产类型考虑生产率和经济性；5、现有生产条件。（三）加工阶段的划分1、粗加工阶段：尽快切除余量，要求有高生产率；2、半精加工阶段：继续减少加工余量，为精加工作准备，次要面加工；3、精加工阶段：达到要求的加工精度和表面粗糙度；4、光整加工和超精密阶段：降低表面粗糙度和进一步提高尺寸精度和形状精度。4.2.2构架加工工艺规程制定（一）分析零件由前面所绘制的ZMA120型转向架构架图可知该构架结构为对称的。其中构架侧梁上盖板为一平面盖板，因此可作为基准。依据加工图纸可知要加工的各面大多在构架的下表面，因此可将构架反面置于加工工装上进行装夹。依据构架的加工图纸可知主要的加工面为平面和孔。根据上面分析可知构架加工的工艺特征是： 生产效率不高，但需要熟练的技术工人； 加工设备采用通用机床； 工艺装备采用通用夹具、专、通用刀具、标准量具； 工艺文件需要编制加工工艺过程卡、加工工序卡及工序检验卡。（二）拟定工艺路线及设计加工工序根据加工图纸的要求及相关资料的分析可以拟定工艺线路如下： 划线； 表面加工；加工方案见表4-1表4-1加工方案加工表面加工要求(保证尺寸)加工方式设备轴承座顶平面48.10.1mm粗铣、精铣铣刀盘齿轮悬挂座平上、下面；筋板上、下平面1700.3mm,105mm48mm,30mm三面刃铣刀轴承座上的孔16M20钻孔中心钻齿轮悬挂座上的孔422mm下盖板上的孔1611mm电机悬挂座上的孔814mm制动器座上的孔1622mm轴承座上的底孔16M201.5mm钻孔钻头轴承座内挡1240.1mm粗铣、精铣三面刃铣刀轴承座U型槽85.5,R42.5粗铣、精铣立铣刀电机悬挂座内挡33.50.2mm铣削玉米铣刀电机悬挂座底平面114mm,445mm电机悬挂座外侧面69.50.2mm铣刀盘电机悬挂座止口56.30.2mm三面刃铣刀深50mm螺纹孔19M201.5攻丝丝攻 3.检验。（三）选择加工装备由于采用大型龙门铣床可满足多品种构架的加工，便于产品的更新换代，加上必要的工艺装备，可加工全部平面和横向缓冲器圆柱孔的加工。根据ZMA120型地铁车辆转向架构架的尺寸及根据要加工的各孔可知其中侧梁中心孔的精度要求最高为Ra1.6，其余各孔皆为Ra12.5，选用龙门镗铣床，型号X2130，其最大加工尺寸为1000mm3000mm3000mm。龙门铣床点的型号与技术参数如下表：表4-2 X2130龙门铣床参数表产品名称龙门镗铣床型号X2130最大加工尺寸/mm（长宽高）1000030003000技术参数工作台最大承重/t80主轴箱数/个3主轴箱转速/(r/min)级数18范围8630工作台进给量/(mm/ mm2)级数无级范围101000快速4000推荐最大刀盘直径/mm400工作精度平面度/(mm/mm2)0.02/300表面粗糙度Ra/m2.5电动机功率/kW主电动机30总功率135重量/t230外形尺寸/mm（长宽高）2560088007420分析构架零件图和产品装配图，采用面铣刀，立铣刀，三面刃铣刀等对构架进行整体加工。见表4-24.2.3填写工艺卡片工艺规程制定后，要以表格或卡片的形式确定下来，以便指导工人操作和用于生产、工艺管理。具体的机械加工工艺规程卡片和机械加工工序卡片及检验卡片见附图5. ZMA120型转向架构架加工夹具设计5.1 夹具设计原理5.1.1夹具设计基本原理1.机床夹具的概念 在机床上加工工件时，为了保证加工精度，首先需要使工件在机床上占有正确的位置，然后将工件夹紧。这种使工件占有正确的加工位置并使工件夹紧的过程称为工件的安装。用于安装工件的工艺装备称为机床夹具。2.机床夹具的分类 按照机床夹具的通用化程度，可以将夹具进行如下分类： 通用夹具 专用夹具 成组专用夹具 组合夹具本文所设计之夹具就属此类。 随行夹具除上述分类方式外根据产生加紧力的动力源可将夹具分为手动夹具、气动夹具、液压夹具、电动夹具、电磁夹具和真空夹具等。3.机床夹具的组成及作用机床夹具的组成包括：定位元件及定位装置，夹紧装置，对刀元件，夹具体，其它元件及装置。机床夹具的主要作用如下： 缩短辅助时间，提高劳动生产率； 易于保证加工精度，并使加工精度稳定； 扩大机床的工艺范围； 降低对工人的技术要求和减轻工人的劳动强度。5.1.2铣床夹具设计基本原理铣削加工属断续切削，易产生振动，铣床夹具的受力部件要有足够的强度和刚度，夹紧机构所提供的夹紧力应足够大，且要求有较好的自锁性能。铣床夹具中一般必须有确定刀具位置及方向的元件，以保证迅速得到夹具、机床与刀具的相对位置。通常应用对刀装置来达到这个目的。铣床夹具必须用螺栓紧固在机床工作台的T形槽中，并用键来确定机床与夹具间的位置。铣床夹具一般可按下列特点进行分类： 按工件的进给方向，可分为直线进给、圆周进给和沿曲线进给。中圆周进给的铣床夹具多用在有回转工作台的铣床、鼓轮铣床上，一般是连续进给的，是一种高效率的铣削方法； 按夹具中同时安装的工件数目，可分为单件加工和多件加工； 按是否利用机动时间进行装卸工件，可分为不利用机动时间的和利用机动时间的； 按夹具动作情况，可分为连续动作的和不连续动作的。其中不利用机动时间装卸工件的直线进给夹具包括： 手动夹紧的铣床夹具； 气液压联合作用多件多位铣床夹具； 机器虎钳：特别是已经规格化的机器虎钳，在铣床上的应用很广泛。因为这种机器虎钳的万能性很大，可以装上不同的钳口用着各种不同的工作情况中；5.2 ZMA120转向架构架夹具设计5.2.1构架的定位 1.定位基准 基准是用以确定生产对象上几何要素间的几何关系所依据的点，线，面。在加工中用以定位的基准称为定位基准。有时，作为基准的点、线、面在工件上不一定具体存在（例如孔的中心线和对称中心平面等），其作用是由某些具体表面（如内孔圆柱面）体现的，体现基准作用的表面称为基面。 2.工件在夹具中的定位 (一)六点定位原理任何未定位的工件在空间直角坐标系中都具有六个自由度。工件定位的任务就是根据加工要求限制工件的全部或部分自由度。工件的六点定位原理是指用六个支撑点来分别限制工件的六个自由度，从而使工件在空间得到确定定位的方法。如图5-1所示。图5-1 六点定位原理（二）支撑点与定位元件图5-2为常见的定位元件所限制的自由的和相当的支撑点数。图5-2常见定位元件（三）完全定位与不完全定位工件的六个自由度完全被限制的定位称为完全定位。按加工要求，允许有一个或几个自由度不被限制的定位称为不完全定位。（四）欠定位与过定位按工序的加工要求，工件应该限制的自由度而未予限制的定位，称为欠定位。在确定工件定位方案时，欠定位时绝对不允许的。工件的同一自由度背二个或二个以上的支撑点重复限制的定位，称为过定位。在通常情况下，应尽量避免出现过定位。消除过定位及其干涉一般有两个途径：其一是改变定位元件的结构，以消除被重复限制的自由度；其二是提高工件定位基面之间及夹具定位元件工作表面之间的位置精度，以减少或消除过定位引起的干涉。3.定位误差的分析所谓定位误差，是指由于工件定位造成的加工面相对工序基准的位置误差。因为对一批工件来说，刀具经调整后位置是不动的，即被加工表面的位置相对于定位基准是不变的，所以定位误差就是工序基准在加工尺寸方向上的最大变动量。 定位误差的组成定位基准与工序基准不一致所引起的定位误差，称基准不重合误差，即工序基准相对定位基准在加工尺寸方向上的最大变动量，以不表示。 定位基准面和定位元件本身的制造误差所引起的定位误差，称基准位置误差，即定位基准的相对位置在加工尺寸方向上的最大变动量，以基表示。故有： 定=不+基4.ZMA120转向架构架的定位根据构架的结构及所制定的加工工艺规程选择构架侧梁上盖板为定位基准。因为侧梁上盖板为平面结构则可以直接将其置于夹具基体上用于定位，平面定位可以限制工件的三个自由度。依据JB/T8029.1-1999在构架侧梁外立板处设置四个支撑板限制两个自由度，支撑板选择B16X10。而构架的横梁截面为圆形结构，依据GB2208-80标准选取V型块做为其定位元件，将工件设定为浮动形式可以限制工件的一个自由度。为保证构架定位的平衡在两根横梁管下个设置两个对称的V块。5.2.2构架的夹紧1.工件的夹紧（一）夹紧装置（1）夹紧转载组成动力装置、夹紧元件、中间传力机构（2）夹紧装置的基本要求夹紧既不应破坏工件的定位，或产生过大的夹紧变形，又要有足够的夹紧力，防止工件在加工中产生振动；足够的夹紧行程，夹紧动作迅速，操纵方便、安全省力；手动夹紧机构要有可靠的自锁性，机动夹紧装置要统筹考虑夹紧的自锁性和原动力的稳定性；结构应尽量简单紧凑，制造、维修方便。（二）夹紧力的确定 1.确定夹紧力作用方向的原则(1)夹紧力的方向应使定位基面与定位元件接触良好，保证工件定位准确可靠；(2)加紧力的方向应与工件刚度最大的方向一致，以减小工件变形；(3)加紧力的方向应尽量与工件受到的切削力、重力等的方向一致，以减小加紧力。 2. 确定夹具力作用点的原则(1)加紧力的作用点应正对支撑元件或位于支撑元件所形成的支撑面内；(2)夹具力的作用点应位于工件刚性较好的部位。(3)夹具力的作用点应尽量靠近加工表面，以减小切削力对夹紧点的力矩，防止或减小工件的加工振动或弯曲变形。3.夹紧力计算（1）夹紧力有切削力方向垂直夹紧力计算公式： (5-3) 式中 实际所需夹紧力（N）； 夹紧元件与工件间的摩擦系数； 工件与夹具支承面间的摩擦系数。（2）V形块定位压板夹紧夹紧力计算公式： 防止工件转动: (N) (5-2) 防止工件移动： (N) (5-3) 式中 工件与压板间的圆周方向摩擦系数； 工件与V形块间的圆周方向摩擦系数； 工件与压板间的轴向摩擦系数； 工件与V形块间的轴向摩擦系数。4.构架的夹紧构架在夹具体上定位后，选择夹紧元件。因为构架加工过程中夹具只作为粗调整，故夹紧元件应多采用螺栓结构，以便更好的调节构架。依据JB/T8012-21999在构架的侧梁处选择四个钩形压板（组合）分别置于侧梁下盖板处。选择GB/T70.1-2000选择M16的螺钉将钩形压板与夹具体连接到一起。依据JB/T8009.1-1999选择A24型号的光面压块四个置于侧梁外立板出用于对侧梁的夹紧。依据JB/T8010.1-1999在构架横梁上部选择A48X800型U形压板两个对称置于横梁管处，以保证构架的平衡。依据GB/T900-1988选择AM48X300的双头螺柱将U形压板与夹具体连接到一起.依据GB/T56-1988选择M48的厚六角螺母将双头螺柱与U形压板做连接。为保证构架夹紧的平衡这套装置应选择两套。5.2.3构架加工夹具的装配选定好构架的定位、夹紧元件后还应设计夹具体以及夹具与机床主轴的联结。（一）夹具体设计根据构架的结构形状，查机床夹具设计手册，依据GB/T706-1988选择30X3500热轧工字钢两段和30X196热轧工字钢四段组焊成夹具基体。并且在工字钢上焊接平板用于与定位、夹紧元件的联结。为了夹具的吊装作业方便还要在夹具体上焊接起重螺栓。（二）夹具与机床的联结为了使夹具体与机床联结到一起，应该在夹具体上焊接夹具体座耳。根据本文所选机床的工作台T形槽尺寸（7X28X160）可得到用于夹具体和机床联结的键尺寸，进而得出夹具体座耳尺寸。夹具体座耳见附图。（三）构架加工夹具的装配各部分元件设计好之后将夹具与构架进行装配，具体装配见附图夹具装配图。6. ZMA120型转向架构架模拟数控加工 6.1 数控加工概述一、数控加工的特点数控加工是指在数控机床上进行零件加工的一种工艺方法。数控加工过程是用数控装置或计算机代替人工操纵机床进行自动化加工的过程。数控加工具有如下特点：(1)加工精度高；(2)生产效率高；(3)自动化程度高；(4)生产准备时间短；(5)便于计算机控制和管理，容易连接CAD系统，形成CAD/CAM集成系统。二、数控加工的优点和缺点数控加工有下列优点：（1）大量减少工装数量，加工形状复杂的零件不需要复杂的工装。如要改变零件的形状和尺寸，只需要修改零件加工程序，适用于新产品研制和改型。（2）加工质量