軸箱體加工工藝分析及質量改進

■ 南車青島四方機車車輛股份有限公司 （山東 266111）

管益輝 劉 萬 周國棟

250km動車組軸箱體是轉向架的重要部件，其與軸承裝置是聯系構架和輪對的活動關節，使輪對的滾動轉化為車體沿鋼軌的平動，在承受列車重量的同時傳遞各方向的作用力。

200km動車組軸箱體開始階段從日本川崎進口，為進一步使200km動車組國產化，2013年公司開始開發研制250km統型軸箱體。

軸箱體屬于重要部件，其加工精度要求高，通過對加工試制過程的跟蹤分析，合理利用柔性生產線加工軸箱體，解決加工過程中的質量問題，制定切實可行的加工工藝方案，既能保證軸箱體的加工精度符合設計要求，又能提高軸箱體的加工能力與質量，質量與效率得到很大提升，滿足了生產需要。

1. 加工設備

軸箱體柔性加工生產線由信息系統、加工系統和物料輸送系統組成（見圖1）。

圖 1

信息系統是生產線的總控制臺，主要進行加工程序編輯、作業管理、刀具管理等。

加工系統由5 臺N H 6 3 0 0 0 DCGII主機設備組成。5臺設備分別按照1號機、2號機、3號機、4號機及5號機依次布置，在1號機帶有U軸刀具。每臺設備的刀具容量為100把，具有在線檢測、刀具破損檢測等功能。

物料輸送系統由上、下兩層托盤架共48個托盤位、3個裝卸工位及1條托盤自動運輸線組成。軸箱體生產線根據生產需求，配備了32個安裝工件工裝的托盤。物料輸送系統根據總控制臺的作業安排將托盤送至托盤位、裝卸工位及5臺設備待加工位。

2. 加工特點

軸箱體加工特點為：①軸箱體通過一、二工位兩次裝夾，完成全部尺寸加工。②根據生產要求，可進行多個產品并行生產加工。③軸箱體生產線在各工序加工刀具滿足使用要求的情況下，可實現連續工作、無人自動作業。④在設定好加工計劃后，針對臨時加急生產計劃，在總控制臺進行計劃優先調整，可方便應對生產突發狀況。

3. 產品情況

產品材質為ZG25MnNi，屬于鑄造件，軸箱體抗沖擊性能、拉伸及延展性等力學性能高，但存在砂眼、硬點、夾砂及焊修硬點等鑄造缺陷，此類缺陷易損壞刀具，降低刀片的耐用度，影響工件加工精度。

4. 工藝特點

根據公司配套經濟化要求，軸箱體外供來料毛坯粗加工后，單邊留量1.0～1.5mm，在軸箱體柔性加工生產線上加工時，根據工裝設計需要，部分粗加工留量定為工藝定位尺寸，規定了配合公差。

5. 加工過程

所要加工的軸箱體如圖2所示。采用兩工位裝夾，完成全部尺寸加工要求。

圖2 軸箱體立體圖

（1）一工位平裝。軸箱體平放，使用來料粗加工后的內孔，利用一面兩銷定位夾緊方式（見圖3），加工完成彈簧圓柱及底面、清障面、軸溫檢測器、時時軸溫傳感器安裝座各部尺寸、減振器座、注油孔各部尺寸，并鉆攻此工位各部螺紋孔。

（2）二工位立裝。采用彈簧面的50mm圓柱及底平面與節點端得活動定位來裝夾工件（見圖4）。加工完成軸承孔孔徑及兩端面、節點孔及兩端面各部尺寸、鉆注油孔內側倒角，并鉆攻此工位各部螺紋孔。

6. 加工工藝難點

（1）時時軸溫傳感器安裝座加工：為保證高速動車組行車安全，隨時檢測軸箱軸承裝置在運行過程中的溫度變化，避免軸箱軸承裝置溫度過高而造成行車安全隱患，250km動車組軸箱體在200km動車組軸箱體的基礎上增加了時時軸溫傳感器裝置，設計了時時軸溫傳感器安裝座。

時時軸溫傳感器安裝座與軸箱體軸承孔與節點孔中心線夾角為35°，安裝座2個M16－6H螺紋孔深48mm，螺紋有效長度43mm，與之配合的傳感器螺栓精度為6g，配合間隙小于0.02mm（見圖5）。因中心夾角為35°，造成加工空間較窄，數控設備加工過程中主軸與節點孔外壁產生干涉，因此需采用加長刀具解決。但刀具加長，銑面過程中刀具振動，加工面表面粗糙度值超差。螺紋旋合長度大，較難保證配合精度，面銑刀、絲錐刀體的選用為此工序的難點。

圖3 平裝夾具示意圖

圖4 夾具示意圖

（2）軸承孔各部加工：軸承的孔端面以及孔內各尺寸（φ235+0.046+0mm、φ230+0.044+0.015mm）、形狀和位置精度要求高，圓度0.02mm，圓柱度0.02mm，垂直度0.02mm，節點端面對軸承端面垂直度0.05mm，節點孔對端面垂直度0.05mm。軸承孔的設計尺寸要求如圖6所示。

要滿足軸箱體的加工精度要求，既需要先進的加工設備、合理的工裝，又要由正確的工藝方法保證。在滿足各項加工要求的情況下，同時要兼顧生產效率、保證生產進度，滿足生產需求。

7. 安裝座加工工藝分析及問題的解決

時時軸溫傳感器安裝座加工工藝為：銑安裝面→鉆螺紋孔底孔→倒角→攻2個M16－6H螺紋孔。加工過程中，因主軸和軸箱體易產生干涉，通過刀具選用及編輯程序時使用合理的切削參數來解決。

（ 1 ） 銑 安 裝 面： 選 用φ 63mm加長面銑刀粗精加工，φ 63mm面銑刀半徑小，可提高主軸轉速，減少每齒進給量，降低刀具振動，提高減振器表面質量。

（2）鉆螺紋孔底孔：因使用加長夾持鉆頭刀桿，鉆孔過程中易造成底孔偏大，鉆孔攻螺紋后，雖塞規檢測合格，但螺紋孔中徑超差，出現產品質量問題，導致工件報廢，因此螺紋孔底孔采用φ13.8mm內冷鉆頭啄鉆鉆孔指令加工。φ13.8mm鉆頭直徑稍小于螺紋孔中徑要求，可以避免中徑超差問題；內冷方式切削液充分冷卻，降低鉆頭磨耗；啄鉆鉆孔指令G83及時排屑，防止切屑纏繞造成孔徑超差，Q 參數變化可控制鉆屑大小及加工效率。

（3）倒角：此加工程序中應用了破損檢測指令M103，破損檢測指令作用是檢測鉆頭的長度，防止因鉆頭破損，鉆孔深度無法滿足攻螺紋要求而造成質量問題。

（4）攻螺紋：采用剛性夾頭夾緊絲錐，中間增加彈性夾套。此方法避免了攻螺紋過程中因異常情況造成螺紋孔質量問題，提高了螺紋孔的加工精度。

通過分析研究，選用合理的刀具、編輯正確程序及使用合理的切削參數，解決了時時軸溫傳感器安裝座加工過程中出現的問題，滿足了該部位全部尺寸的加工設計要求。

8. 軸承孔加工工藝分析及改進

此工位將一工位加工的彈簧圓柱及底面為定位銷、面，節點面活動銷定位，而工件定位夾緊后，需將活動定位銷取走，此定位方式能保證完全定位（見圖3）。

（1）原因分析。軸承孔加工后檢測尺寸合格，加工全部尺寸后，送三坐標檢測軸承孔，發現孔尺寸、圓度和圓柱度超差。分析其主要原因為：①軸承孔外壁形狀不相同，切削參數不合理造成。②裝夾方式錯誤造成。

（ 2 ） 工 藝 改 進。 通過選用T C G T 1 1 0 2 0 8 E L、TCGT110204EL、TCMT090204－24、T C M T110208－P F4、T C G T 1 1 0 2 0 8 E L 帶涂層和TCMT110208－24共6種精鏜刀片，轉速n=200～300r/min，進給量f=0.14～0.20mm/r，背吃刀量ap=0.14～0.20mm（直徑方向0.28～0.40m m）。經驗證，發現TCMT110208－24刀具結構設計合理，硬度較高，該刀片使用切削參數為：轉速n=250r/min，進給量f=0.16m m/r，背吃刀量ap=0.15mm。1個刀片角可以加工達到尺寸、表面粗糙度值要求的5個軸箱體，但加工后去除夾緊力，軸箱體內孔仍然變形。

圖5 軸溫傳感器座示意圖

圖 6

進一步分析裝夾方式，發現加工采用壓板壓緊軸承孔外側，加工后去除夾緊力，軸箱體內孔變形，因此其裝夾定位方式存在不合理性，造成軸承孔尺寸、圓度和圓柱度超差。

重新改進二工位裝夾定位方式（見圖7），利用工件減震器安裝孔短銷定位，清障面4×M20螺紋孔夾緊，增加軸箱小端工藝定位面。采用此定位裝夾方式，軸箱體軸承孔無壓緊力，加工后無變形現象，加工尺寸滿足設計要求。

9. 止推面加工工藝分析及改進

軸承止推面與軸承孔中心線垂直度為0.02mm，常規加工方法是選用同一把三面刃銑刀（見圖8a）分兩刀粗、精加工完成。三面刃銑刀刀片材質為WKP35，屬鍍層硬質合金類材質，刀片型號為LNMU100508－F57T ，根據ISO 1832－2004 切削刀具用可轉位刀片——名稱與符號，分析三面刃銑刀刀片參數（見附表），三面刃銑刀刀片呈正方形，無后角和主偏角，刀片偏差大，屬于粗加工類刀具，因此無法有效地滿足止推面的加工要求。

而三面刃銑刀分粗、精加工時，還有以下缺點：

（1）深度加工尺寸基準不統一。三面刃銑刀刀桿有效長度為150mm，只能從軸箱蓋側加工軸承孔深度， 與軸承孔深度 198－0－0.2mm基準不統一，對于工件坐標系的建立，相關刀具長度補償等要求非常精密，不允許存在誤差。

（2）加工效率低。銑刀直徑為φ125mm，根據公式計算進給量為160mm/min。

刀片分析表

圖7 改進后的二工位裝夾定位示意圖

圖 8

（3）刀片利用率低。精加工時只有一側刃參與切削，刀片壽命低，為滿足垂直度及表面粗糙度要求，需及時更換刀片，容易造成浪費。

（4）輔助時間長。為保證更換后的刀片在同一平面內，需要大量時間更換刀片。

由于三面刃銑刀存在缺點，為滿足軸承止推面加工精度要求，需要重新進行刀具設計。根據加工要求及刀具加工原理，設計選用φ 50mm面銑刀（見圖8b），刀桿有效長度為250mm。刀片材質為WKP25，屬鍍層硬質合金。刀片型號為ADKT10T3PER－F56，分析面銑刀刀片參數，面銑刀刀片呈棱形，15°后角、90°主偏角，刀片偏差小，排屑好，切削和夾緊特征合理，是快換精加工刀片，可滿足止推面加工要求。

面銑刀具有以下優點：

一是深度加工尺寸基準統一。面銑刀從軸承側加工軸承孔深度，因此基準統一。

二是加工效率高。銑刀直徑為φ 50mm，根據切削參數公式計算進給量為400mm/min。

三是刀片角度參數合理。刀片利用率高，加工性能高。

四是輔助時間短。因選用快換刀片，更換刀片時間可忽略不計。

工藝改進后，三坐標檢測主要形位公差數據如圖9所示。數據表明，新工藝保證了產品的質量要求。

10.結語

在后期的軸箱體批量生產中，改進后的裝夾定位及新刀具使用滿足了產品的加工質量要求，同時提高了生產效率，進一步提高了轉向架的制造水平，同時為軸箱體裝夾定位及深槽端面加工積累了經驗。

圖 9

[1] 彭林中，張宏. 簡明金屬機械加工工藝手冊 [M]. 北京：化學工業出版社，2012.

[2] 李新勇，趙志平. 機械制造檢測技術手冊 [M]. 北京：機械工業出版社，2012.

[3] 李昌年. 機床夾具設計與制造 [M]. 北京：機械工業出版社，2012.

[4] 陳為國. 數控加工編程技術 [M]. 北京：機械工業出版社，2013.