高鐵試驗臺—軸箱體加工工藝研究

史立峰 朱可承 姚俊

*通訊作者：史立峰，1989年6月，男，漢族，江蘇常州人，現(xiàn)任中車戚墅堰機(jī)車有限公司主管工藝師，工程師，本科。研究方向：冷加工工藝。

摘? ? 要：高鐵試驗臺研發(fā)項目中軸箱體是試驗臺軌道輪組成的關(guān)鍵零部件，本文通過工藝研究，探索了分體式軸箱體的機(jī)械加工技術(shù)，確保軸箱體加工精度及重復(fù)組裝精度達(dá)到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，滿足高鐵試驗臺的組裝要求。

關(guān)鍵詞：高鐵試驗臺;軸箱體;分體式;加工技術(shù)

一、引言

完整的軸箱體由2個上軸箱體和1個下軸箱體組成（下文分別簡稱蓋、體，如圖1所示），是高鐵轉(zhuǎn)向架軸承綜合試驗臺的關(guān)鍵零部件，其采用分體式結(jié)構(gòu)來滿足軌道輪的組裝及其高速轉(zhuǎn)動，軸箱體的精度對軌道輪組成的組裝、使用和運(yùn)行安全有直接影響。此次由于軸箱體在設(shè)計圖紙后，首次進(jìn)行加工，沒有可借鑒的加工工藝，因此軸箱體加工必須先進(jìn)行工藝研究，確?？尚?、可靠，在加工精度符合要求的同時，其重復(fù)組裝精度變化量不能超過0.01 mm。

軸箱體關(guān)鍵部位的主要精度指標(biāo)如表1所示。

二、工藝分析

軸箱體為整體澆鑄件，加工余量多，工序需分粗加工和半精加工，在精加工前提前釋放應(yīng)力，減少精加工變形[1]。軸箱體為分體組裝結(jié)構(gòu)，其定位可靠性差，重復(fù)組裝精度不穩(wěn)定，需對定位結(jié)構(gòu)進(jìn)行工藝性優(yōu)化。無現(xiàn)有組裝工藝，組裝工藝的好壞嚴(yán)重影響軸箱體在拆蓋后重新組裝的精度，需對組裝工藝進(jìn)行研究。

底平面1000 mm×800 mm范圍的平面度0.05 mm，間距679 mm的前、后兩孔同軸度φ0.05 mm，φ320孔圓柱度0.012 mm，軸孔端面端跳0.035 mm，精度要求高。前、后兩個φ320孔，孔口背對朝向，無法同向加工，精度控制難度大。

三、工藝流程設(shè)計

通過對圖紙深度分解，進(jìn)行了精度評估、工藝性分析以及剖分結(jié)構(gòu)精度控制，完成系統(tǒng)的全尺寸分析。

在半精加工和精加工工序，增加了精銑、粗鏜、拆蓋應(yīng)力釋放、2次三坐標(biāo)測量、定位銷自制等關(guān)鍵步驟，從工藝流程的安排上，確?？茖W(xué)、合理。經(jīng)過對樣件的研究，探索出合適的工藝流程，如圖2所示。

四、加工前準(zhǔn)備工作

（一）定位結(jié)構(gòu)工藝優(yōu)化

上、下軸箱體的組裝靠2個φ16 mm定位銷來定位，為實現(xiàn)重復(fù)組裝精度變化量不超過0.01 mm的要求，且各個定位銷孔可互換使用，工藝要求銷孔與定位銷的間隙不能超過0.01 mm，定位孔孔徑工藝孔徑為 mm，定位銷直徑為 mm。通過查閱國標(biāo)GB/T120.2-2000的要求，制作內(nèi)螺紋圓柱銷，在定位銷的結(jié)構(gòu)和規(guī)格符合國標(biāo)的同時，控制定位銷直徑公差范圍，將定位銷直徑均磨至工藝要求范圍內(nèi)，減少定位銷對組裝精度的影響，定位銷如圖3所示。

在工藝路線上，上、下軸箱體在第1次組裝進(jìn)行半精鏜時，必須將定位孔加工到位。在第2次重新組裝進(jìn)行精鏜時，定位銷必須參與組裝，確保加工組裝與后期產(chǎn)品總組裝狀態(tài)一致，提高重復(fù)組裝精度[2]。

（二）組裝工藝的研究

軸箱體由2個上軸箱體和1個下軸箱體采用8根螺栓進(jìn)行緊固組成，在滿足最終1000 N·m的緊固力矩前提下，為減少組裝過程對上、下軸箱體精度影響，對組裝順序、預(yù)計力矩等進(jìn)行研究。

通過對樣件軸箱體進(jìn)行多次拆、裝拉伸，并對內(nèi)孔孔徑、圓柱度等分多段進(jìn)行測量，比對前后尺寸差異，最終確定了較合適的組裝工藝，并將該組裝工藝與下工序的總組裝進(jìn)行交接，確保最終組裝與加工組裝的工藝一致。組裝工藝及要求如表2所示。合格的組裝工藝是此次加工的基礎(chǔ)，也是實現(xiàn)產(chǎn)品生產(chǎn)的工藝保障。

五、加工工藝的實施

（一）平面度控制

1. 粗銑軸箱體底平面時選用φ125 mm主偏角為45°的面銑刀，刀具45°的主偏角能夠?qū)崿F(xiàn)較好的切削，防止加工時震動較大，引起加工震紋等異常。刀盤直徑選擇φ125 mm，防止由于刀具直徑過大引起加工震動。

2. 精銑時選用帶修光刃的面銑刀，加工時切削參數(shù)采用低轉(zhuǎn)速大進(jìn)給加工，S = 100 r/min，F(xiàn) = 400 mm/min，可防止工件加工時產(chǎn)生震動，實現(xiàn)平面度要求。

3. 加工后進(jìn)行機(jī)床打表自檢，要求打表檢測的平面變形量在0.03 mm以內(nèi)，確保受工裝松開以及后續(xù)加工引起的變形后，平面度在0.05 mm內(nèi)[3]。

（二）端面間距尺寸控制

1. 基準(zhǔn)面按照零點(diǎn)加工到位，并保證平面的平面度符合要求。

2. 附件銑頭旋轉(zhuǎn)180°后，先完成另一面的半精銑，平面留有1 mm加工余量，保證后續(xù)精加工時有足夠的加工余量，同時減少后工序加工時的變形量。

3. 由于679 mm的外徑千分尺笨重難以控制，無法有效測量前后端面間距，因此采用機(jī)床打表測量的方式為附件銑頭不轉(zhuǎn)向，刀具不拆裝，即附件銑頭和刀具補(bǔ)償與原先加工的補(bǔ)償數(shù)值保持不變，利用機(jī)床使用百分表檢測實際余量。

4. 按照實際余量調(diào)整加工程序參數(shù)，完成端面的精銑，確保前后端面間距滿足679±0.05 mm。

（三）前、后軸孔同軸度控制

1. 在軸承孔加工工序設(shè)置粗鏜、半精鏜工序，控制精鏜前軸孔的余量僅為2 mm，對精鏜工序使用的半精鏜刀進(jìn)行改造，確保半精鏜刀加工后只留0.5 mm。

2. 根據(jù)前期對樣件的試加工研究，對精鏜走刀進(jìn)給和轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，加工時切削參數(shù)采用高轉(zhuǎn)速低進(jìn)給，S = 600 r/min，F(xiàn) = 60 mm/min，確保軸孔的表面粗糙度符合要求。

3. 為了保證銑頭轉(zhuǎn)向180°后的精度，增加了基準(zhǔn)孔及轉(zhuǎn)向后高精度標(biāo)準(zhǔn)棒校調(diào)，要求在0.005 mm以內(nèi)，保證精鏜孔φ0.03的同軸度，如圖4所示。

4. 同時在中心與底平面間距930±0.05 mm的要求上，利用在線測量系統(tǒng)和打表測量，避免了機(jī)床的定位精度誤差。

六、精度檢測及成果驗證

軸箱體采用三坐標(biāo)測量儀進(jìn)行檢測，有效檢測線性尺寸和形位尺寸，如圖5所示。

軸箱體精加工后，先不拆蓋，在線進(jìn)行檢測;檢測合格后，對軸箱體進(jìn)行拆解、清理，并重新組裝，三坐標(biāo)復(fù)測軸箱體各尺寸精度，比對拆前、拆后兩次測量數(shù)據(jù)的變化。

經(jīng)實際分析，兩次測量數(shù)據(jù)的變化量在0.005 mm內(nèi)，符合圖紙要求，同時也驗證了加工工藝正確性，滿足生產(chǎn)要求。

軸箱體經(jīng)組裝形成軌道輪，高鐵試驗臺實驗效果良好，該國產(chǎn)化項目獲得圓滿成功。

七、結(jié)束語

經(jīng)過此次16臺份軸箱體的加工，形成了此類分體式箱體的較完善的加工流程和方案，為后期此類零件加工進(jìn)行了技術(shù)儲備，值得在同行業(yè)中推廣和應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]內(nèi)螺紋圓柱銷淬硬鋼和馬氏體不銹鋼，GB/T120.2-2000.

[2]聞邦椿.機(jī)械設(shè)計手冊，機(jī)械工業(yè)出版社， 2010.

[3]宋放之.數(shù)控機(jī)床多軸加工技術(shù)實用教程[M]，北京：清華大學(xué)出版社， 2010.