關于基礎制動單元中牙式離合器結構零件的加工工藝分析及加工方法改進、應用

陳 劍，王 鵬，孫廣合，靳曉波，戴 津

（中國鐵道科學研究院 機車車輛研究所，北京100081）

關于基礎制動單元中牙式離合器結構零件的加工工藝分析及加工方法改進、應用

陳 劍，王 鵬，孫廣合，靳曉波，戴 津

（中國鐵道科學研究院 機車車輛研究所，北京100081）

在列車基礎制動產品中，包括盤形制動單元和踏面制動單元在內，都廣泛使用了牙式離合器結構。現以城軌踏面制動單元中的典型零件吊耳為例進行工藝分析，制定加工方案、進行工裝和專用刀具設計，確保加工精度、提高加工效率。

牙式離合器；車銑復合；效率

在動車組、大功率機車、城軌等制動系統中，基礎制動單元主要采用了盤形制動和踏面制動兩種方式。在這兩種類型的基礎制動單元中，都廣泛使用了牙式離合器結構［1］，如圖1所示。采用此結構配合絲杠和調整螺母，其主要功能作用是實現手動調整閘片與制動盤（或閘瓦與踏面）之間的間隙，以實現性能檢查或更換新的閘片（或閘瓦）功能。

圖1 牙式離合器結構示意

通過對城軌踏面制動系統中典型的具有牙式離合器結構零件吊耳，進行加工工藝、工裝夾具、刀具、數控程序進行討論，分析如何高效率、高可靠性的加工類似結構的零件。吊耳零件材料采用鑄鋼，此工件屬于異型鑄件類零件，此類結構加工關鍵難點在于端面齒型的銑削加工和內孔注油槽的車削加工，本文將分別介紹其加工工藝及原理，對比不同加工方法，分析優缺點。

圖2 零件局部示意圖

1 銑齒的工藝分析及工裝原理

吊耳零件局部結構如圖2所示，端部為牙式離合器結構，主要參數：齒數為24，γ＝7°，2α＝90°（如圖1）。

（1）改進前工藝方案

吊耳零件加工分為3道工序：1序：利用銑齒處的毛坯外圓定位加工φ38中心孔與側壁（見圖2）；2序：利用一序加工的φ38孔和精銑側壁對工件進行定位，車齒面處的外圓和內孔，并加工油槽；3序：利用φ38中心孔定位，與2序加工完成的外圓工藝面角向，用立式銑與分度頭配合加工銑齒。

立式銑床上加工的工藝及工裝設計原理如下。由于2α＝90°，齒型的兩平面互相垂直，所以在銑齒時，采用立銑刀進行加工。γ＝7°通過調整零件在工裝中的角度，使其符合圖紙要求。

綜上所述，為了得到有利于加工的位置，需要對零件進行空間旋轉［2］，在工裝設計時把零件放到與水平工作臺面呈45°平面上，然后再把零件沿著工作臺旋轉一定角度使齒頂與工作臺進給方向成一定角度保證γ＝7°。工裝各個空間角度可以通過投影換面旋轉軸方法進行確定［2］，或者通過三維建模軟件，把零件三維模型擺放到理想的加工位置后，測量工裝設計時所需要角度，本文不再贅述。工裝如圖3所示。

圖3 工裝臺

在銑齒加工時由于工裝自身帶有分度頭，每加工完一個齒需要手動轉動15°，完成24等分。此工藝方法適合在普通立式銑床進行加工，優點是不占用加工中心，工序成本低，缺點是人工操作效率較低。

（2）改進后工藝方案

針對改進前方法存在的缺點，對銑齒加工進行優化與改進，采用更先進的車銑復合機床，實現對于零件的復合加工。

車銑復合機床是一種五軸加工中心，除了銑削之外還有車削功能，最早應用于加工螺旋槳等空間曲面。

利用車銑復合可以把銑齒工序，與車齒面內孔、孔內油槽工序進行合并，把最初工藝的2序、3序合并成一道工序，這樣在提高效率的同時，能有效的避免多次裝夾所帶來的精度丟失，實現工序集中。下面重點介紹這道工序所使用的工裝原理。

在自定心卡盤上安裝三爪，利用三爪卡住吊耳工裝外圓基礎盤，工裝定位原理如下：利用φ38孔作為定位孔（1序加工），為了確保工件裝卡之后回轉中心與機床中心相一致，所以吊耳定位支撐的高度尺寸需要保證15.5±0.02，利用φ210直徑的基礎圓盤回轉，計算出回轉半徑，做兩個一樣的平衡塊，同樣用定位銷和定位螺釘與基礎圓盤相連接，起到動平衡配重的作用。利用上一工序加工工藝孔角向定位，利用與心軸成90°垂直的定位螺釘緊固住工藝面，即可使工件完全定位。工裝原理如圖4所示。

圖4 工裝原理圖

銑齒加工時仍然采用立銑刀，但不需要把零件放置到空間45°平面上。利用車銑復合機床的銑削主軸B軸擺動45°后進行加工。γ＝7°利用機床Y/Z兩軸進行直線插補獲得。24齒的分度利用機床主軸C軸進行自動分度。實現高效自動加工。

2 車削油槽的工藝分析及加工原理

如圖2結構所示，吊耳齒面離合器在工作時是通過內孔的油槽對嚙合的齒面進行潤滑的。油槽結構的加工原理采用大螺距螺紋車削的加工策略，關鍵是根據油槽的導程f、油槽所在內孔的直徑d計算出加工時的螺旋升角T，計算公式：T＝arctan（f/πd）［3］。刀具的安裝平面旋轉T，消除由于螺旋升角的存在對加工刀具切削刃的前角、后角的影響，設計出專用非標刀。如圖5所示。

在實際油槽加工中，刀具材料的選擇與刀具磨損、加工尺寸變化、表面質量、切削噪聲、加工熱量等有關［4］。所以根據實際情況進行了摸索研究，并制定選擇了合理的切削用量。

U260.35

A

10.3969/j.issn.1008－7842.2014.03.18

1008－7842（2014）03－0073－02

?）男，工程師（

2013－12－03）