廣州地鐵車輛空心車軸加工工藝

■ 劉永杰 常呂國

1 問題存在背景

車軸加工是回轉(zhuǎn)類軸體加工，一般來說，車軸軸端中心孔定位基準(zhǔn)是車軸整體精度的關(guān)鍵，是加工的唯一基準(zhǔn)。鐵路及地鐵車輛的車軸中心孔定位倒角角度一般是60 °，而廣州地鐵車輛空心車軸中心孔定位倒角為90 °，需新制工裝。保證空心車軸的同軸度及外圓跳動沒有參照實例，加工工裝設(shè)備需要驗證；車軸精車部位結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精度高、公差小，并為中空設(shè)計結(jié)構(gòu)，其柔性好、剛性差與標(biāo)準(zhǔn)車軸有較大差別；精車加工程序編制采用仿形加工指令（G73），減少了程序編制量和調(diào)試時間，但因很少使用，指令不熟悉。

廣州地鐵5號線增購的地鐵車輛空心車軸周身外形與傳統(tǒng)地鐵車輛車軸類似，軸端三螺孔與傳統(tǒng)地鐵車輛車軸相同，區(qū)別是軸端中心孔變成端部倒角為45 °貫穿整個車軸的通孔（見圖1）。

空心車軸加工比傳統(tǒng)車軸加工多了一個中心深孔，傳統(tǒng)車軸軸端以B10型中心孔定位，作為唯一基準(zhǔn)，空心車軸毛坯粗車加工后的中心孔為60 °倒角。深孔加工后車軸中心孔被去除，車軸在后續(xù)加工中沒有基準(zhǔn)；車軸深孔加工后可能會出現(xiàn)偏斜，影響空心車軸的同軸度。此外，精車加工時，仿形加工指令（G73）出現(xiàn)較多空走路徑，并在精車加工軸身時出現(xiàn)“打突”現(xiàn)象，致使車軸表面粗糙。

2 問題分析

2.1 車軸加工前后基準(zhǔn)統(tǒng)一同軸度問題

參照傳統(tǒng)車軸加工工藝，通過分析空心車軸結(jié)構(gòu)，確定加工工藝流程：車軸毛坯（W）→粗車（X）→深孔加工（深孔鉆）→內(nèi)孔珩磨（內(nèi)孔珩磨機(jī)）→內(nèi)孔糾偏、修內(nèi)孔倒角（CW6180型車床）→車軸精車外圓（F45數(shù)控車床）→齊總長、精車內(nèi)孔倒角（CW6180型車床）→軸端三螺孔（三螺孔專機(jī)）→磨軸頸、防塵板座、輪座等（外圓磨床）→圓弧滾壓、倒角（CW6180型車床）→表面磁粉探傷（熒光探傷機(jī)）→交檢。

圖1 地鐵車輛空心車軸示意

在空心車軸工藝流程中，確定基準(zhǔn)加工的主要工序是粗車、內(nèi)孔糾偏與修內(nèi)孔倒角、精車后的齊總長與精車內(nèi)孔倒角。為保證三道工序基準(zhǔn)統(tǒng)一（修內(nèi)孔倒角工序中與外圓互為基準(zhǔn)），粗車加工時車軸一端中心孔為60 °倒角，作為后續(xù)加工基準(zhǔn)，其在精車加工內(nèi)孔倒角時去除，從而保證車軸加工前后基準(zhǔn)統(tǒng)一，提高加工精度。

2.2 精車加工時車軸“打突”問題

精車加工時仿形加工指令（G73）空走，可從切削參數(shù)設(shè)置上進(jìn)行優(yōu)化。觀察車軸加工發(fā)現(xiàn)，不是所有部位都“打突”，導(dǎo)致表面粗糙，而是集中在軸身中央部位，從而判定車軸剛性差是“打突”的主要原因，但無法改變。因此，要改變工藝參數(shù)和增加加工工藝。

3 加工工藝措施

車軸加工首先是粗車加工工序，因中心孔在深孔加工時將被去除，為保證基準(zhǔn)統(tǒng)一，設(shè)定車軸一端為A端，在A端中心孔端面加工60 °倒角盤，作為深孔加工后車軸內(nèi)孔糾偏基準(zhǔn)。另一端加工B10型中心孔，在車床上夾好車軸，頂尖頂起A端，三爪卡盤夾緊，另一端使用中心架支起，調(diào)整軸端跳動≤0.01，加工中心孔。加工A端中心孔的同時加工深2 mm的60 °倒角盤。深孔加工時從此端開始，內(nèi)孔與外圓同軸度較好。粗車加工程序見表1。

車軸A端作為深孔加工始端，此端車軸的內(nèi)孔與外圓同心，只能是非A端出現(xiàn)偏斜。因此，在確定內(nèi)孔糾偏、修內(nèi)孔倒角工序中，先以車軸A端為基準(zhǔn)，頂尖頂起A端，三爪卡盤夾緊，另一端頂尖頂起車軸頸，使軸頸外圓與內(nèi)孔同軸度得到矯正，而后以軸頸為基準(zhǔn)，中心架支起軸頸，調(diào)整軸端跳動≤0.01，加工軸端內(nèi)孔90 °倒角。

車軸精車加工后需齊車軸總長，同時對車軸軸端深孔倒角進(jìn)行精修，為下一步磨削加工做準(zhǔn)備。精車加工后車軸外圓精度較好，以車軸端面倒角為基準(zhǔn)，調(diào)整一段外圓跳動，精修一段深孔倒角。精車加工程序見表2。

表1 粗車加工程序

通過上述車軸加工工藝，內(nèi)孔倒角與外圓互為基準(zhǔn)加工，保證了車軸前后基準(zhǔn)統(tǒng)一和車軸加工精度，精車車軸加工軸端跳動幾乎為0，同軸度得到保證，圓弧檢測符合樣板，軸向尺寸合格。

精車加工程序中，仿形加工指令（G73）為仿形循環(huán)，對起始值、尋換次數(shù)重新作出規(guī)定，數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)余量自動計算每次切削深度，調(diào)整后加工工效提高。在完成兩端軸承座的精車加工后，將中心支架移至軸承座部位，減小支撐間距，并噴潤滑油潤滑，調(diào)整中心支架與車軸接觸，從而減小車軸跳動；改變工藝參數(shù)，將主軸380 r/min降至200 r /min，經(jīng)試切車軸表面粗糙度及光潔度達(dá)到要求，解決了車軸加工“打突”問題。粗車與精車加工程序見表3。

表2 精車加工程序

表3 粗車與精車加工程序

4 結(jié)束語

空心車軸加工是傳統(tǒng)實心車軸加工的延續(xù)和提升，工藝設(shè)計時應(yīng)結(jié)合設(shè)備、工裝合理優(yōu)化，從可以改變的因素入手，利用和參考以往車軸加工經(jīng)驗，不斷進(jìn)行總結(jié)，保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高加工工效。

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[2] 崔兆華. 數(shù)控加工工藝[M]. 濟(jì)南：山東科學(xué)技術(shù)出版 社，2005.

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