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空调导流罩是动车组的关键部件之一， 它可有效降低车辆联动后运行时的风阻系数， 减小空调产生的乱流，为动车组高速运行的稳定性提供可靠的保障，同时也可降低动车组的牵引功率，减少电量消耗[1-5]. 因此，空调导流罩在车体上的安装精度，直接关系到了整车的装配质量[6-8]. 目前，高速动车组空调导流罩的安装分布在车体圆顶上 16 个基座上，为保证导流罩安装精度，对安装的基座提出了很高的加工要求[9-11]. 这 16个基座以两组对称的方式分布在车顶空调框两侧，由于车顶的截面为不规则圆弧曲面， 所以这些基座在空间上呈不规则分布， 若把空调框的中心确定为坐标系的原点， 那么每一侧的 8 个空调块基座都有自己不同于其它基座的空间坐标，加工难度较大，以往都采取人工去除安装座上表面余量， 以及进行螺纹接头安装底孔的加工， 安装的效率较低， 且很难保证安装精度要求。 因此，针对这一问题，发明了一种空调导流罩基座整体加工设备，它既可以快速加工空调导流罩安装座，也可以保证加工精度， 为今后车体类似结构的加工提供了参考。

　　1 动车组空调导流罩基座现有的加工工艺。

　　1.1 现有加工工艺。

　　把水平仪放置在空调框中心附近的总成走台上，调整水平仪至恰当高度，并调节水平仪至水平状态，确保 16 个基座在水平仪有效测量范围之内。然后在被加工区域内选取 4 个测量参考点：位置 1、位置 2、位置3、位置 4,如图 1 所示，在这 4 个位置分别放置游标高度尺进行测量，对比测量结果。 若测量结果在 1 mm 以内，视为车体水平；若测量结果大于 1 mm,需要借助专用吊具吊起车体，加垫块调整车体高度，重复上面的测量方法，确保测量结果差值在 1 mm 以内。 之后，根据记录的数值， 利用量规与游标卡尺将值校准后刻到基座的周面上，装配钳工再利用打磨工具，按照刻线所示去除余量，这样保证了空调导流罩基座的加工要求，从而也保证了后续空调导流罩的安装需求[11].

　　1.2 现有加工工艺缺点。

　　采取现有加工工艺进行加工， 主要靠人工对车体进行调平、划线、测量、打磨，不但加工效率低，而且劳动强度大，产品质量稳定性差，加工质量难控制，因此，需要研究一种新的加工方法来替代现有加工工艺。

　　2 动车组空调导流罩基座新型加工设备的设计与应用。

　　2.1 新型加工设备的设计思路。

　　（1） 根据目前动车组车顶空调导流罩基座与现有加工中心的结构特点， 新型加工设备的总体结构模式采取框架式移动结构，设备四角配有吊耳，方便吊装，框架材质为铝合金型材与板材。

　　（2） 设备的各轴导轨和传动系统须能承受加工冲击，机体须具备足够刚性，以保证设备精度。 X 轴驱动采用主动及从动双轴驱动， 电气控制部分及机械结构必须保证 X 轴同步位置精度，保证横梁刚性及设备稳定性，并具有良好的精度保持性能。

　　12.2.1 结构设计。

　　车顶空调导流罩基座加工设备，主要包括主框架、传动件、电机等部件，如图 2 所示。 主框架用于设置在空调导流罩基座的待加工区域， 传动件设置于主框架上，在传动件上设置有滚珠丝杆，滚珠丝杆上的螺母用于固定连接加工单元，另外，电机的输出轴与滚珠丝杆的丝杆同轴相连，以驱动丝杆转动。

　　该加工设备的主框架用于固定在车体车顶上空调导流罩基座的待加工区域， 可通过多种方式将主框架固定在车体车顶上，例如，可在主框架上设置角板，将角板与拉杆固定连接，再将拉杆固定于车体上；或在主框架上设置螺孔， 通过穿过螺孔的螺杆将主框架连接于车体车顶上。

　　传动件设置有滚珠丝杆， 通过螺栓将两个轴承固定在主框架上，并将丝杆的两端分别设置在轴承内，如图 2 所示。 滚珠丝杆由丝杆、螺母等组成，螺母内设置有滚珠和导向装置，滚珠可沿丝杆上的螺纹滚道滚动，由此将滚珠的滚动转换成螺母在丝杆上的移动， 也可通过导向装置限制螺母的转动。 滚珠丝杆的功能就是将旋转运动转化成直线运动， 滚珠丝杆运动时的摩擦阻力小，运动准确。

　　2.2.2 工作原理。

　　加工时，电机的转轴与滚珠丝杆的丝杆同轴相连，当电 机 的 输 出 轴 转 动（包括正转和反转） 时，带动丝杠转动， 螺母将随丝杆的转动沿丝杆所在方向移动， 而螺母上固定连接有加工单元，从而通过电机输出轴的转动带动加工单元在主框架上移动， 实现加工设备空间位置的改变。

　　电机的输出轴转动方向不同，加工设备的移动方向也不同，进而可通过加工设备对位于机车车顶不同位置的空调导流罩基座进行加工。

　　另外， 还可以根据需求设置滚珠丝杆的方向来满足 X、Y、Z 3 个方向的调整。 例如，以车体车头至车尾的方向为 Y 轴方向，以重力方向为 Z 轴方向，根据右手螺旋法则确定 X 轴方向。 可将滚珠丝杆设置为平行于 X 轴、Y 轴或 Z 轴的任一方向，使滚珠丝杆沿 X 轴、Y 轴或 Z 轴的任一方向移动，从而实现加工单元在 X、Y 或 Z 轴的任一方向的位置改变。

　　2.3 设备应用方法。

　　首先， 将加工设备以整体形式吊运至空调导流罩安装的基座区域， 调整主框架保证单元的纵向轴线与车体的纵向轴线平行，如图 3 所示，然后，对框架水平进行调整， 使加工单元的横向轴线与车体的横向轴线平行， 最终使加工设备与车体达到平行状态， 然后将框架上的角板与拉杆固定在车顶上。

　　其次， 建立工件坐标系零点， 并编制相应加工程序。 根据被加工材料的材质，选取合适的刀具，确定加工过程中的加工速度（切削线速度）、进给速度、切削深度三要素。合理利用机床的功率及刚度，使加工效率达到最优（每种产品只编写一次加工程序）。 通过在仿真软件上对程序的走刀路径进行仿真、优化，确保程序准确无误，加工方式合理，走刀路径最优。

　　最后，将程序复制到加工设备中进行加工，首件产品加工应格外小心，在进行空运行后方可正式加工，完成平面铣削及钻孔加工，程序中设置暂停，以便采用人工换刀的方式更换刀具。 加工完成后将专用加工设备吊运到指定位置，妥善保管。

　　2.4 新型加工设备应用后的效果与优点。

　　（1） 通过利用新型加工设备， 结合数控系统的特点， 只需要一次性建立工件坐标系， 就能替代人工测量、记录结果、手工划线等一系列的工作，降低了工人劳动强度。

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