SW-220K型轉(zhuǎn)向架構(gòu)架轉(zhuǎn)臂定位座加工工藝優(yōu)化

郭寶建 劉景才 姚建軍 廖胡兵

(中車唐山機車車輛有限公司 河北 唐山 063035)

轉(zhuǎn)向架作為整個軌道車輛的走行部，承擔著支撐車體、傳遞動力、緩和線路沖擊的任務。構(gòu)架作為整個轉(zhuǎn)向架的骨架，具備尺寸大，精度高的特點，負責將輪對軸承裝置、懸掛裝置及附件裝配成一個整體。因此其加工精度的高低對后續(xù)零部件組裝、轉(zhuǎn)向架使用壽命及列車安全運行有著至關(guān)重要的作用。SW-220K型轉(zhuǎn)向架應用于時速160 km動力集中型電力動車組，采用單轉(zhuǎn)臂軸箱定位方式，在轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的所有加工部位中，轉(zhuǎn)臂定位座的加工精度高，加工難度大，原有加工工藝耗時長。針對這一難點，下文通過優(yōu)化工藝方案，在保證構(gòu)架轉(zhuǎn)臂定位座加工質(zhì)量的同時降低了加工成本，提高了加工效率及加工質(zhì)量。

1 轉(zhuǎn)臂定位座加工工藝分析

圖1 轉(zhuǎn)臂定位座加工要求

圖2 轉(zhuǎn)臂定位座毛坯

2 定位座加工工藝方案優(yōu)化

2.1 加工工藝現(xiàn)狀

根據(jù)加工工藝要求及轉(zhuǎn)臂定位座結(jié)構(gòu)的特殊性，既要完成內(nèi)立面的全部加工，又要防止加工過程中刀具與側(cè)梁下蓋板發(fā)生干涉，造成對構(gòu)架側(cè)梁的破壞。目前在轉(zhuǎn)臂定位座內(nèi)立面的加工工藝方案中，主要包括粗加工及精加工2個階段[1]。

粗加工階段：采用直徑?40 mm快進銑刀搭配直徑?30 mm～?55 mm、長度285 mm錐形刀桿及直附件頭進行分層銑削，當?shù)毒哐剞D(zhuǎn)向架縱向加工完一個行程后，刀具返回下刀點進行下一次加工循環(huán)。由于快進銑刀具備抗沖擊能力強、進給量大、吃刀量小的特點，可以完成加工面的快速銑削。在粗加工階段，切削寬度為5～6 mm，去除粗加工余量，留有0.2 mm精加工余量，加工方式如圖3所示。

精加工階段：由于轉(zhuǎn)臂定位座U型槽內(nèi)側(cè)面高度為120 mm，長170 mm，為實現(xiàn)刀具單次行程能夠完成精加工，精銑采用直徑?25 mm、長190 mm(刃長130 mm)的棒銑刀搭配直角附件頭進行定位座內(nèi)側(cè)面一次走刀精加工，加工方式如圖4所示，加工參數(shù)如表1所示。采用此加工工藝方案能夠有效完成轉(zhuǎn)臂定位座U型槽內(nèi)側(cè)面加工。

圖3 粗加工

圖4 精加工

表1 加工參數(shù)及時間

2.2 加工工藝方案優(yōu)化

在轉(zhuǎn)臂定位座內(nèi)側(cè)立面現(xiàn)有加工工藝方案粗、精2個加工階段中，由于切削力沿刀具徑向作用，且刀桿長徑比較大，導致在加工過程中出現(xiàn)較大的振動現(xiàn)象。雖然降低刀具進給速度能夠在一定程度上緩解振動情況，但同時也降低了加工效率。

為解決這一問題，從影響刀具振動的主要因素(刀桿剛度、切削力大小及方向)方面處理。受構(gòu)架及本加工中心結(jié)構(gòu)特性的影響，改變刀桿懸伸長度及切削力大小的難度較大，將處理重點放至改變刀桿直徑及切削力方向上[2]。

為同時滿足增加刀桿直徑及改變切削力方向2個條件，采用窄直角附件頭裝配直徑?100 mm三面刃銑刀的工藝方案，用直角附件頭替代錐形刀桿，實現(xiàn)了剛度的提高；采用三面刃銑刀替代快進銑刀實現(xiàn)了切削力方向的改變。附件頭寬度為146 mm，剛度大、振動小，加工過程穩(wěn)定，能夠保證加工后表面粗糙度要求；直角附件頭將切削力方向改變?yōu)檠氐毒咻S向，對降低加工振動有較大幫助。毛坯轉(zhuǎn)臂定位座內(nèi)側(cè)立面間距為160 mm，附件頭裝配刀具總寬度為156 mm，能夠伸入定位座內(nèi)，不與之發(fā)生干涉[3]。三面刃盤銑刀刀盤直徑?100 mm(避免因直徑過大造成加工過程中與側(cè)梁下蓋板產(chǎn)生干涉)，加工轉(zhuǎn)臂定位座內(nèi)側(cè)面(高度120 mm)時需沿垂直方向走刀2次，完成整個側(cè)立面的加工覆蓋。加工方案如圖5所示，加工參數(shù)如表2所示。

圖5 ?100 mm三面刃

表2 加工參數(shù)及時間

2.3 工藝優(yōu)化效果驗證

本方案通過優(yōu)化加工工藝，采用同一加工中心，在對SW-220K型轉(zhuǎn)向架構(gòu)架轉(zhuǎn)臂定位座的加工中，將原有的粗-精加工方案優(yōu)化為單一工步方案，減少了加工工步，避免了加工過程中的換刀(降低換刀帶來的定位誤差及加工誤差)，提高了刀具懸伸剛度，改變了切削力方向，降低了加工過程中的刀具振動，增加了背吃刀量，使機床兩次走刀即可完成整個定位座內(nèi)側(cè)面的加工。

通過一系列優(yōu)化，減少了加工刀具的使用種類，降低了加工成本，將加工效率提升了57.9%。優(yōu)化后的效果如表3所示，優(yōu)化后的加工表面質(zhì)量如圖6所示。

表3 優(yōu)化效果

圖6 優(yōu)化后的加工表面質(zhì)量

3 結(jié)論

上文通過分析SW-220K型轉(zhuǎn)向架構(gòu)架轉(zhuǎn)臂定位座的機械結(jié)構(gòu)及現(xiàn)有加工工藝方案，從加工行程、單次加工高度、換刀次數(shù)、刀具懸伸剛度、切削力方向、背吃刀量、刀具轉(zhuǎn)速及進給速度方面探究現(xiàn)有工藝方案中的不足，提出了一種新的加工工藝方案：

(1)使用窄直角附件頭替代加長刀桿，提高懸伸剛度，將切削力方向由刀具徑向改變?yōu)檩S向，有效降低了加工過程中的機械振動，從而提高了加工表面的粗糙度等級。

(2)加工中引入直徑?100 mm三面刃銑刀，極大地增大了單一行程中的加工面積，降低加工循環(huán)次數(shù)，僅兩次加工行程即可完成整個轉(zhuǎn)臂定位座內(nèi)立面的加工，有效提高了加工效率。

(3)將原粗-精加工方案優(yōu)化為只采用直徑?100 mm三面刃銑刀一次性完成加工。減少了加工工步，避免在加工過程中換刀(降低換刀帶來的定位誤差及加工誤差，縮短加工時間)，減少了刀具使用種類，降低了加工成本，通過新的工藝驗證，加工效率提升了57.9%。