機車驅(qū)動加裝傳感器安裝孔加工新方法

段智深， 陳家鑫， 劉博（株洲中車特種裝備科技有限公司，湖南 株洲 412001）

0 引言

為提高機車整體質(zhì)量，提升產(chǎn)品的市場競爭力，公司持續(xù)地進行著機車技術(shù)的優(yōu)化。把鐵路機車運營的高速安全穩(wěn)定性放在首位，隨著鐵路不斷提高運營速度，就要求第一時間發(fā)現(xiàn)機車運行時驅(qū)動單元中齒輪箱的異常升溫和振動，對機車牽引驅(qū)動系統(tǒng)的運行狀態(tài)進行實時監(jiān)控。為檢測監(jiān)控齒輪箱和軸承的振動和溫度，方便快速地進行故障的排查和智能顯示，要求對已生產(chǎn)并投入使用的各種型號的機車驅(qū)動系統(tǒng)加裝或安裝復(fù)合傳感器，為滿足這種要求就需要在牽引驅(qū)動系統(tǒng)上加工安裝型孔。

加裝安全監(jiān)測裝置的傳感器，就需要在牽引電動機上增加傳感器的安裝接口，考慮到安裝孔的位置以及加工難度，加工計劃一般安排在加工中心或鏜床上完成。但是加工此安裝孔加工周期較長，加工中心及鏜床產(chǎn)能飽和，安裝孔的加工與現(xiàn)有的其他產(chǎn)品的加工沖突，導(dǎo)致轉(zhuǎn)向架事業(yè)部無法保證傳感器安裝孔的加工進度。應(yīng)公司的生產(chǎn)要求，本部負責(zé)組織對轉(zhuǎn)向架軸箱、齒輪箱、電動機等需加工傳感器安裝孔的位置進行加工方法研究。經(jīng)現(xiàn)狀分析、改造分析、改造方案分析及、改造過程及工藝、檢測評審等步驟，新方案最終達到設(shè)計預(yù)期要求，降低了改造周期，并大幅降低成本。

1 現(xiàn)狀分析

轉(zhuǎn)向架軸箱、齒輪箱、電動機的的安全監(jiān)測裝置安裝孔位置有3處，分別位于牽引電動機的抱軸箱上部位置、小齒輪軸承位置和電動機底部端蓋位置，正好處在牽引電動機上部、中部位、底部。加工中心加工時，需要先用輪對壓裝機退輪后進行3次吊裝換位，才能完成一臺電動機的加工。因加工主軸不能調(diào)角度加工，故同時要求對這3個孔位的加工配置3套加工定位工裝，才能滿足加工條件。

現(xiàn)有的流程是鏜床加工，一臺驅(qū)動改造完成需要4 h（含翻轉(zhuǎn)驅(qū)動時間、換工裝時間）。這種加工流程前期還需要對產(chǎn)品進行解體以及工序間轉(zhuǎn)運。流程多，耗時長。

2 改造分析

先選擇孔位復(fù)雜、不好加工的位置進行分析解決，如果該處解決了，就可以同理解決其他位置型孔的加工。按設(shè)計要求加工的傳感器接口都是在輪對驅(qū)動單元里齒輪箱等配件外表面，為減少加工周期以及節(jié)約成本，涉及到的難點有：1）為提高檢修效率及壓縮加裝接口加工周期，需要實現(xiàn)拆卸輪對后不拆解抱軸箱、齒輪箱、電動機端蓋，而在組裝現(xiàn)場的驅(qū)動存放架上就能完成臺階孔、傳感器90°錐面、螺孔加工（如圖1上兩個Ⅰ和Ⅱ放大圖）；2）φ24的臺階孔加工和深3沉臺尺寸的控制；3）M12-7H螺紋與90°錐面同軸度；4）需安裝傳感器的接口都不是在水平面上，與其基準面都有不同角度的傾斜。按現(xiàn)有的加工方式就是制作鏜床定位和夾緊工裝，實現(xiàn)加工孔中心與鏜床主軸平行，打表校正基準后加工接口型孔。

圖1 齒輪箱加工圖

如果不上大的設(shè)備來實現(xiàn)加工接口就需要有一個平臺來放置加工設(shè)備，同時平臺上要考慮設(shè)備的安裝角度與加工孔位符合設(shè)計要求角度。

3 改造方案分析及工裝制作

1）為實現(xiàn)不拆解齒輪箱進而實現(xiàn)現(xiàn)場加工，滿足要求加工，只有用小巧及有能力加工到規(guī)格φ24孔的磁力鉆了。但須滿足加工性能，同時能夾緊φ24銑刀，并有良好的導(dǎo)向能力。

2）驅(qū)動單元上齒輪箱表面沒有適合磁力鉆加工所要求的吸附表面，要使用磁力鉆，就需要在牽引電動機安裝自制平臺工裝。工裝上每個孔位需要的角度和高度不一致，盡量整合在一套工裝上。

3）采用磁力鉆和鉆頭來加工φ24孔時存在斜孔不能加工問題，一般斜面加工是采用銑刀先加工出小平面再鉆，鉆后锪平底孔。而磁力鉆裝夾銑刀沒有這類專用夾具，同時也不具備剛性導(dǎo)向。用鍵槽銑刀可加工出斜面上的小平面同時加工出底平面。至于剛性導(dǎo)向問題只有設(shè)置專用導(dǎo)向套，可快速實現(xiàn)φ24沉臺孔加工，對于3 mm臺階借用磁力鉆上的標尺確定加工深度。傳感器90°錐面加工，采用鉆模套替代導(dǎo)向套及使用復(fù)合快換鉆套來解決與M12-7H螺紋同心度問題，以利于傳感器安裝和穩(wěn)定使用。這樣的加工工裝同時可省下需劃線及校正工序，靠鉆模就能定位。

安全監(jiān)測裝置的傳感器接口都不是在同一個水平上，加工出與其基準都有不同角度的傾斜，而φ24鍵銑刀加工平臺工裝具有良好的導(dǎo)向能力是不夠的，只有把鉆模及磁力鉆安裝平臺工裝整合在一起，才能最好實現(xiàn)工裝的安裝、定位及導(dǎo)向能力,如圖2所示。

圖2 齒輪箱鉆孔工裝[1-8]

4）接口上90°錐度要求很高（Ra1.6μm），是用來與傳感器緊密接觸穩(wěn)定準確收集齒輪箱實時信息的關(guān)鍵。只能用萬能磨床精加工鉆頭的切削角度，但直接用鉆頭加工錐面不能保證設(shè)計要求的粗糙度，就先用鉆頭粗加工成形后，再上這種專用壓光銷加研磨劑修正，即可達到粗糙度和標準角度要求（外形見圖3）。

5）經(jīng)分析只能采用3套鉆模工裝分別安裝在抱軸箱位置、齒輪軸承位置、電動機底部端蓋位置保證加工后傳感器位置符合圖樣要求。

圖3 專用壓光銷材料:球墨鑄鐵450

根據(jù)實際需求和改造方案的分析共設(shè)計3套工裝，齒輪箱鉆孔工裝如圖2，其他工裝設(shè)計思路基本一致。

工裝使用45鋼作結(jié)構(gòu)件，考慮為方便安裝及定位就利用齒輪箱安裝軸承蓋的螺孔（孔的位置度誤差在±0.15 mm）及端面來安裝工裝和定位。各安裝孔（5-φ12.2）位尺寸根據(jù)產(chǎn)品實際尺寸來確定，為保證工裝的順利安裝及使用必須嚴格控制加工尺寸誤差，制作工裝的尺寸和形位公差精度必須達到產(chǎn)品設(shè)計尺寸公差要求的1/3以下。工裝連接表面粗糙度控制在Ra1.6 μm以下，鉆套表面粗糙度控制在Ra0.8 μm以下。鉆套采用Cr12材料制作，進行淬火處理，硬度淬火至63~64 HRC。

為保證使用合格專用工裝制造完成必須對工裝進行精度的檢測。本次使用三坐標檢測儀進行檢測，復(fù)合工裝各尺寸是否與工裝設(shè)計要求一致。

為了最終加工出監(jiān)測接口就要求其他配件的正常連接及選用如下：1）磁力鉆選用可調(diào)速，這是因為鍵槽銑刀直徑為φ24偏大、磁力鉆的電磁吸力受外界影響有波動、手動操作等原因。2）能夾裝φ16鉆頭的磁力鉆，經(jīng)查找磁力鉆附件中無專門夾持銑刀的專用接頭，但有夾持取芯鉆的接頭。也就是把鍵槽銑刀柄部改成取芯鉆的柄部結(jié)構(gòu)就能滿足要求。3）受加工條件及空間限制，磁力鉆座尺寸必須在120 mm×300 mm內(nèi)，經(jīng)品牌選擇后最終確定磁力鉆座為90 mm×230 mm的這種型號。

4 改造過程及工藝[4]

圖4 不同型孔加工示意圖1.磁力鉆 1.1.刀具與磁力鉆接口 2.專用齒輪箱鉆孔工裝3.改制鍵槽銑刀 4.齒輪箱

因本方案保證了加工過程中無需對牽引電動機進行吊裝轉(zhuǎn)運，經(jīng)討論研究認為此加工方案分析的情況基本合理、各項應(yīng)對處理方法可行。決定新制工裝夾具使用本方案對拆裝車間存放架上的驅(qū)動單元進行加工試驗，如驗證合格后馬上使用。用使用齒輪箱鉆孔工裝為代表來說明加工過程。其不同型孔加工的2處工作狀態(tài)如圖4所示。

1）齒輪箱鉆孔工裝制作及檢驗完成。同時準備好生產(chǎn)試驗用相關(guān)附件，如冷卻液、電線轉(zhuǎn)接板、安裝螺釘?shù)?。配帶加大鉆夾頭，準備好專用锪孔鉆及改造銑刀。

2）施工前，使用膠帶對產(chǎn)品進行防護，以免鐵屑及雜物通過散熱口進入齒輪箱內(nèi)部。

3）加工齒輪箱位置2處型孔步驟如下：

a.拆除抱軸箱5個M12螺栓，正確安放專用齒輪箱鉆模工裝后擰緊5個M12螺栓，固定工裝在齒輪箱。

b.在磁力鉆旋轉(zhuǎn)主軸上安裝2號莫氏錐柄的取芯鉆用接頭，下接φ24鍵槽銑刀安裝在磁力鉆上。提起磁力鉆吸在齒輪箱鉆模工裝上。銑刀對正φ24鉆套后，接通磁力，磁力鉆轉(zhuǎn)速調(diào)到40 r/min左右，加冷卻液，加工φ24及3 mm沉臺。更換φ16快換鉆套和φ16 mm的鉆頭，把磁力鉆轉(zhuǎn)速調(diào)到300 r/min左右，加工8 mm深的90°錐面。

c.完成后先在φ24鉆套處加裝φ10.2快換鉆套和換φ10.2鉆頭，把磁力鉆轉(zhuǎn)速調(diào)到400 r/min左右，鉆30 mm深的M12底孔，同時加冷卻液。

①更換成φ16 mm的壓光銷，把磁力鉆轉(zhuǎn)速調(diào)到100 r/min左右，壓光90°錐面，使其加工處的表面粗糙度提高至Ra1.6 μm。

②依次拆卸工具和磁力鉆及其專用齒輪箱鉆模工裝，用鉸桿和加長接頭加工M12的螺孔。

4）其他加工抱軸箱及電動機端蓋型孔的情況如圖5和圖6所示，這里就不一一介紹了，步驟參照齒輪箱加工。

圖5 加工底部端蓋位置

圖6 加工抱軸箱位置

5 檢測評審

產(chǎn)品試制完成后，用M12通止規(guī)檢測，所有孔的螺紋合格。用游標卡尺測量安裝傳感器位置，符合圖樣要求，表面粗糙度檢測合格，檢測傳感器安裝面接觸情況經(jīng)檢驗合格，錐面的粗糙度檢測合格，該改造方案工藝安排合理，可以進行批量改造。同時工裝在使用過程中需要經(jīng)常檢查磨損狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)鉆套尺寸等有超差，需要及時更換。

6 結(jié)論

此方案為公司解決了傳感器安裝孔加工難、周期長的問題，使用磁力鉆、鉆模以及工裝，分別加工抱軸箱、小齒輪軸承和底部端蓋位置3個位置型孔，實踐證明方案是可行的，加工步驟是合理的，采用措施是正確的，可以轉(zhuǎn)入批量生產(chǎn)。

需說明的是：1）巧妙利用驅(qū)動單元上已有螺孔位置進行定位及安裝鉆模工裝，在保證受力強度要求的前提下輕量化處理，方便工人施工，提高了施工效率;2）工裝達到了在主要結(jié)構(gòu)件不解體的情況下完成加工的要求，節(jié)省了大量的拆卸成本、內(nèi)部汽車轉(zhuǎn)運成本及場地;3）同時用專用鉆模避免了鉗工劃線的周期以及質(zhì)量控制;4）此方案避免了使用加工中心加工等大型設(shè)備帶來的產(chǎn)能不足的情況;5）主要工序都是人工完成，為公司在該項目上減少了大量工序裝運時間，并為項目按期完工并交付贏得時間。

此改造方案在盡量不對驅(qū)動進行解體搬運的前提下，充分分析加工需求，對加工工藝以及加工設(shè)備進行簡化處理，提高了生產(chǎn)效率，大幅降低了加工成本，產(chǎn)品質(zhì)量滿足設(shè)計需求，對大批量重型產(chǎn)品改造有一定的借鑒意義。