中车唐山机车车辆有限公司从 2012 年开始大批量生产25T 型客车，客车门框柱是由槽钢加工，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热变形很大，无法调修到设计要求的尺寸精度。改用龙门铣床加工，机床加工能满足图纸尺寸要求，但生产效率低，不能满足生产进度需求。门框柱加工成为制约生产能力的瓶颈工序。2009 年，车间为加工 350 公里动车组 BC 类配件购置了一台水刀，用于切割铝板和不锈钢板，在使用过程中体会到水刀切割金属板料的诸多优点。门框柱的切割方法和通常用水刀切割板料的方法不同，只有解决工件在水刀工作台上的定位和非封闭图形的切割方法，才能实现该类零件在水刀上的切割，高效率的加工产品。将普通自来水经过加压装置后将其压力增加到1000 ～ 4000kg/cm2 后，再经过一直径约 0.1 ～ 0.4mm 的喷嘴喷出,形成高速“水箭”，速度达 800～1000m/s(约3倍音速)，通常把这一高速水箭俗称“水刀”。水刀切割属于冷态切割，直接利用加磨料水射流的动能对金属进行切削而达到切割目的，切割过程中无化学变化，具有对切割材质理化性能无影响，无热变形，切口窄，精度高，切面光滑，清洁无污染等优点，可加工传统加工及其它加工方法无法或难于加工的材料。水刀切割与铣削加工比较，切割工件的外形及打孔与零件的厚度无关，水刀切割只须一次加工即可完成工件的切割。当需要切割高精度的工件时，水刀切割是可用来生产接近成品的设备，一次加工即可，且不会产生热效应。加砂水刀无机械应力，易于编程，水流细，可切割非常复杂的几何形状，薄材料切割，材料切割损失非常少，切割力小，夹具简单。水刀是世界上成长最快的切割工艺之一，而原因之一即只需少之又少的二次处理，大部分加砂水刀可切割制造出最终成形的零件，因此二次处理过程可完全免除。

1 25T 型客车门框柱加工工艺特点及水刀工装

1.1 25T 型客车门框柱加工工艺

      25T 型客车门框柱采用规格为 160mm×63mm×6.5mm槽钢加工成长度 2872mm 的成品。工件加工部位尺寸公差±0.3mm，用水刀切割代替龙门铣床加工 160mm 宽大面上两个长圆孔和外轮廓形状。在用水刀切割前先用铣床加工两端头长度到适合尺寸，然后在水刀上用工装定位后切割外轮廓形状和长圆孔到尺寸。

1.2 水刀切割工装

      采用工装的目的是为保证每次更换工件时的定位一致，工件的定位基准和水刀程序基准一致。在选择定位基准的过程中，要充分考虑工件的加工要求，确定工件需要的自由度。其中，一个方面的自由极限更具选择性，因此，必须保证定位基准选择的合理性。门框柱切割以工件长边为定位基准，采用多点定位方式，工装结构见图，工装由基础槽钢、2 个 J型固定螺栓和 4 个定位螺栓组成。基础槽钢由两个 J 型固定螺栓固定在水刀工作台下面的横梁上，基础槽钢侧面安装 4个 M16 的定位螺栓（定位螺栓可以更换）。工装固定在水刀工作台上后，用水刀将四个定位螺栓纵向切一刀，使 4 个定位螺栓端面平行于 Y 轴，将槽钢放在水刀工作台上，侧面和定位螺栓贴平，下端面与工装纵向基准面平齐即可。工件重量49.547kg，不需要夹紧，依靠工件重量就可以满足切割需要。工装安装在水刀工作台上后，不需要仔细找正，只需用水刀将定位螺栓切齐就可以使用，定位螺栓多次使用后可以更换新的螺栓，用定位螺栓多点定位，可以减少由于槽钢弯曲造成的定位误差。

2 25T 型客车门框柱水刀切割编程

2.1 绘制加工图

水刀加工程序使用水切割专用 NEWCAM 软件生成。群组编辑模式下，使用档案输入指令将门框柱的 AutoCAD 图形输入至群组编辑中 ，先调整确认水刀切割位置尺寸为标注的

公差中间值。然后偏置切割轮廓，长圆孔的轮廓线向内侧偏置，外形轮廓线向外侧偏置，偏移距离 0.4mm（所用砂管直径 1.0mm，切口宽度 0.8 mm 左右，这样在切割设置时

刀具直径选择为 0，切割后尺寸恰好是图纸理论尺寸），将与工件外轮廓相交的切割线向外延长 2mm图形的左下角画出槽钢长边和端面的交点，此点即为工件零点。

2.2 工件的排版

     在排版模式下，选择手动排版，排版间隙是 0。手动调整图形使工件零点和设定的材料轮廓的左下角点重合，使工件定位基准点与程序零点一致。

APW3020BA

2.3 生成数控程序

      选择切割路径模式，在设定功能需要调整的参数中，注意刀具指令选择刀具的直径为零，手动调整起割点，先切两个长圆孔后切外轮廓，两个长圆孔的切割起点在孔的内侧，外轮廓的切割起点在槽钢的外侧。程序的处理，将规划好的切割路径转换数控码后对程序进行编辑，增加刀具起刀点坐标，防止装卸工件时与砂管发生碰撞。首件加工前调整砂管中心与工件零点重合，然后回退 X 和 Y 轴坐标各 200mm 作为起刀点，在程序的两端各增加两段程序。

N0002 G91

N0003 G00 X200.Y200.；增加起刀点到工件零点的距离数值。

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.；增加工件零点退回到起刀点的距离数值。

N0068 M30

3 结语

      针对传统的铣削加工方式成本高、效率低的问题，研究25T 型客车门框柱在水刀上切割加工的方法，通过设计制作工装实现工件切割过程的有效定位，在熟练掌握水刀的绘图编程软件基础上总结出槽钢型材的水刀切割方法，最终实现门框柱加工的质量保证和效率提升。本方法已经用于其他槽钢型材配件的加工或外轮廓不需要切割只切割内部轮廓的工件加工，对于公司降低制造成本、保证生产周期具有很好的参考价值和推广意义。

参考文献：

[1]陈波,程轶伦“水刀”在金属加工领域的应用 . [J].焊接,2006(09).

[2] 沈亚风 . 机械加工中工装夹具定位方法设计研究 [J]. 中国设备工程 ,2019 (15).