軌道交通典型零部件加工及對機床設備的需求

南車戚墅堰機車有限公司 劉建民 陳玉周

常州輕工職業技術學院 顧亞桃

主任工藝師劉建民

軌道交通的前景是相當可觀的。軌道交通涉及到千家萬戶，與我們每個人的生活是密不可分的。高速發展的中國軌道交通，使千千萬萬的人在享受的同時，也給我們這些為軌道交通做出努力的人帶來些許的自傲。當然，在伴隨著喜悅的同時，也讓我們看到了基礎工業還存在著相當的不足，我們肩上的確是任重道遠。

高速發展的中國軌道交通

中國的軌道交通從改革開放后20世紀90年代末期第一次大提速開始，到2011年完成的（第8次）提速，以上海到南京為例，提速前全程要4～5 h，目前最快的僅需1 h；速度已超過350 km/h，從上海到北京也僅有5 h。用一句話可以驕傲地來說：神速發展的中國軌道交通已走到了世界的前列。

南車戚墅堰機車有限公司主要以生產內燃機車為主，是鐵道部內燃機車制造的主要基地。中國鐵路前6次提速的機車主要是以我公司為主的DF11G型為主的內燃機車（見圖1）。從國內全局出發，內燃機車的需求量還是相當大的。據初步估算，每年的機車更新總量在600臺以上（不包括每年約幾千臺的修理機車）。另外還有廣闊的海外市場。我公司這幾年出口機車的海外市場就有伊朗、沙特阿拉伯、坦桑尼亞、柬埔寨、澳大利亞和阿根廷等國。每年出口機車因招標情況而有所不同，因受生產能力的限制，我公司中標的機車總數在50～100臺左右，加上我公司中標的國內機車，每年新造機車約200臺，修理機車約400～600臺，全年總計不超過1000臺。

市場對軌道交通的主要要求是安全可靠、快速準點。

圖1 DF11G客運內燃機車

軌道交通的內燃機車零部件的主要特點

涉及到軌道交通機加工，相對來說有加工難度的主要零部件主要有兩大類。一是車體轉向架、空芯軸套等機車走行部；二是柴油機關鍵零部件。機車柴油機主要零部件結構復雜，制造精度、形位公差和表面粗糙度要求高（精度指標大都在5～7級、表面粗糙度值一般為Ra=0.4 mm），要求有良好的互換性，如機體、曲軸、連桿及汽缸蓋等，主要目的是為了保證機車在高速運行中可靠性好、耐用度高和安全系數高。

從零部件的結構特點可以分為以下幾類。

（1）箱體類：如柴油機的機體、氣缸蓋等。

（2）軸類：如曲軸、車軸及凸輪軸等。

（3）框架類：如構架。

（4）異形類：如連桿、滾動抱軸箱。

（5）薄壁類：如氣缸套、曲軸附件的薄壁錐套等。

這些零件從使用要求出發，既要有良好的互換性，同時又要有強度和剛度，所以在工藝上都有一定的難度，有的甚至是相當困難的。其實，無論是柴油機的零部件，還是機車的零部件，其加工都有一定的難度。

圖2 走行部分的結構

下面以滾動抱軸箱為例，重點介紹其加工工藝。

典型零件滾動抱軸箱的加工工藝

1.滾動抱軸箱的作用介紹

滾動抱軸箱是安裝在轉向架上和牽引電動機之間的重要聯接件之一。牽引電動機和齒輪箱在轉向架上的安裝主要是依賴于滾動抱軸箱的聯接，并且和車軸聯結，將電動機的驅動轉化為車輪的前進動力。每臺機車有兩個轉向架，每個轉向架有3個輪對，即有3個滾動抱軸箱，這樣每臺機車就有6個滾動抱軸箱。

轉向架、輪對等俗稱機車走行部，相當于人的兩條腿，是機車行車安全的關鍵零部件。走行部分的結構實例如轉向架、齒輪箱及滾動抱軸箱（見圖2）。

2.滾動抱軸箱的結構特點

滾動抱軸箱的結構如圖3所示，滾動抱軸箱屬于異型類、筒形開放的箱體零件。由于中間為開放式的結構，剛性較差，加工中裝夾較難，加工后易變形。另外毛坯采用鑄鋼件，在鑄造中有疏松等存在，在機加工前后都要處理鑄造缺陷。其兩端是軸承擋，公差要求高。

3.滾動抱軸箱的加工難點

圖3 滾動抱軸箱的結構

由于滾動抱軸箱為異型開放的筒形箱體，它的剛性較差。無論是毛坯澆鑄還是機加工時都存在著變形現象。而兩端的軸承擋要求極高，既有安裝的匹配要求，又有同軸度的要求，稍有變形就會使零件超差。因此，防止滾動抱軸箱的加工變形、保證兩端軸承擋的公差和同軸度是滾動抱軸箱在加工時的主要難點。

如果采用車床加工，那么軸承擋必須兩次裝夾，保證公差還說得過去，但要保證同軸度就是不可能的事了。因此，必須靠機加工設備來保證，即用加工中心來加工。

4.滾動抱軸箱的加工工藝

根據以上理解，我們確定了滾動抱軸箱基本的工藝流程如下：

毛坯→劃線Ⅰ→銑安裝面→銑兩端外形→檢查粗加工尺寸及鑄造缺陷→缺陷補焊及打磨→探傷→去應力→噴丸→劃線Ⅱ→加工中心銑安裝面、下平面及兩端內外圓等→鉆安裝面螺孔等→加工中心銑下平面及R38 mm圓弧→缺陷檢查及處理（補焊及打磨）→加工中心精銑安裝面及兩端面→檢查→預組裝擋環→加工中心精銑兩端外圓（軸承擋）等→探傷缺陷處理及打磨→三坐標測量→表面防銹及其鑄造面涂漆→入庫。

以上工藝，我們設置了3道探傷及打磨工序，主要是在試制過程中對這種開放性的異型筒體類零件的確有一定的難度，鑄造缺陷也不可避免地存在，為了保證最后的成品合格裝車，這些工序也是合理的。

經過現場試制，以上工藝基本符合實際。

5.滾動抱軸箱對設備的要求

工藝的確定，實際上也是對加工設備的確定。在試制階段，我們采用在加工中心五面體M-VR28/34D加工，并做了相應的工裝，如圖4所示。

隨著工藝的成熟和生產批量的增加，我們又開發了在德馬吉臥式加工中心加工滾動抱軸箱，如圖5所示。

軌道交通業機加工對機床設備需求

2007年以來，公司和美國G E公司合作生產H X N 5 型機車，由于其柴油機主要零部件技術要求高，公司為此引進了德國瓦德里西-科堡五面體加工中心（加工機體）、奧地利WFL的車銑中心（加工曲軸φ1500 mm×6000 mm和凸輪軸φ520 mm×2000 mm）、德國Naxos的曲軸隨動磨床φ750 m m×5000 m m、德國德馬吉和日本馬扎克的加工中心630 mm×630 mm（加工汽缸蓋等）、奧地利IGM焊接機器人（RTi330-S構架等加工）等，這些裝備對提高我公司的產品質量和聲譽起到關鍵的作用。

圖4 加工中心五面體M-VR28/34D加工滾動抱軸箱

此外，近年來國內的機床廠通過收購并購世界先進的機床制造商，并引進消化吸收后，已開始有了較大的起色，如：北京機床廠的大型龍門式加工中心、沈陽機床廠加工中心和車銑復合中心及上海機床廠曲軸隨動磨床的制造等，都有了新的嘗試并已展露了嶄新的面貌。一些國產化的高智能設備在性能、精度上已經可以和日本甚至是歐洲的一流產品相媲美，而價格只有國外設備的8折甚至一半。只要我們在設計、制造上再努力一把，趕上歐美和日本的那一天一定會到來！

綜上所述，對軌道交通裝備的關鍵零部件可以根據具體零部件的性能要求來選購不同種類的機床設備，并對這些設備提出專業化的要求，如復合加工的要求——鏜、銑、鉆、鉸和車削等共同要求；或切削加工和激光強化及焊接等相結合；或根據需求尋找合理的高智能、多品種結合的機床組合體來適應全面解決的高效節能的完美方案；或是車銑磨和動平衡的組合；或是車銑和磨削加工的組合等。

我們堅信，隨著軌道交通的發展，隨著數字化的發展，隨著自動化和信息技術網絡化的不斷提升，對機床加工設備的要求也趨向于全面解決的完美組合方案將越來越多。

圖5 德馬吉臥式加工中心加工滾動抱軸箱