提升機車抱軸箱精加工效率的解決方案

陳興，王化清，張永慶

中車戚墅堰機車有限公司 江蘇常州 213000

高級工程師 陳興

1 序言

重載型內燃機車走行部的牽引電動機組裝為軸懸式：一端通過滾動抱軸箱與車軸相連，另一端通過吊桿和橡膠墊懸掛在構架的橫梁和后端梁上，該類型組裝結構被廣泛應用于國內重載貨運系列機車，因此，抱軸箱是重載型內燃機車走行部的重要零件。抱軸箱為整體鑄鋼、外形呈半圓筒形結構（見圖1），屬薄壁異形件。

圖1 機車抱軸箱

抱軸箱正反安裝面在工藝流程中均需作為安裝基準面，正反安裝面的平面度≤A、平行度≤B且表面粗糙度值Ra＝3.2μm等要求較高，因此一直以來是由龍門式五面體加工中心承擔抱軸箱這些部位的精加工（見圖2）。

圖2 龍門式五面體加工中心加工軸箱體

抱軸箱在該設備上精加工工序集中，加工時間長，公司龍門式五面體加工中心已成為抱軸箱制造的加工瓶頸，需要對抱軸箱精加工工藝流程和工藝裝備（以下簡稱工裝）進行專題分析和研究，采取應對措施，緩解龍門式五面體加工中心的加工瓶頸，提升抱軸箱精加工效率和加工質量，滿足制造需求。

2 精加工過程分析

2.1 原精加工工藝流程分析

原精加工的工藝流程為：精銑安裝面（反）→精銑安裝面（正）→劃線→鉆孔。需多次將抱軸箱放置于水平位置，用龍門式五面體加工中心進行加工，需正、反兩個工位裝夾，同時針對抱軸箱背面兩端軸承孔處有兩只注油孔和傳感器安裝孔的加工，又需進行一次劃線、裝夾和加工（該部位若在搖臂鉆床加工，質量難以保證；若在龍門式五面體加工中心加工，刀架角度需人工調整），因此，抱軸箱精加工工序加工效率低，有必要對其進行優化。

2.2 對原龍門式五面體加工中心上精加工工裝分析

對上述工藝流程進行分析可以得出，抱軸箱在龍門式五面體加工中心加工時，工裝存在的問題為抱軸箱被反復定位夾緊次數多，作業使用的工裝多達3個，費工費時，即工步一為抱軸箱臥放加工（反向），加工內容是加工抱軸箱的螺栓固定平面和懸臂的平面及孔；工步二為抱軸箱仰放加工（正向），應用抱軸箱仰放加工工裝，加工內容是加工抱軸箱的主安裝平面和兩端的外圓及內孔；工步三為抱軸箱在龍門式五面體加工中心利用立式工裝，加工抱軸箱的傳感器安裝孔等。因此有必要對龍門式五面體加工中心精加工所用工裝進行通用化改造，減少裝夾輔助時間。

3 解決方案

3.1 精加工工序優化方案

對原機械加工工藝流程精加工工序進行優化，充分利用現有臥式加工中心進行抱軸箱精加工（設備分流），即對精加工設備進行替換（用臥式加工中心替代龍門式五面體加工中心）和對精加工裝夾方式進行調整（由水平放置改為豎直放置），同時充分利用臥式加工中心工作臺精準回轉定位功能（傳感器孔加工），優化后的精加工工序工藝流程為：精銑安裝面（反）→精銑安裝面（正，含鉆孔），緩解龍門式五面體加工中心加工瓶頸，提升抱軸箱加工效率與質量。

（1）設計制作臥式加工中心工裝 選用現有臥式加工中心替代立式加工中心對正反安裝面進行加工的方法，將抱軸箱由水平放置改為豎直放置，設計制作抱軸箱專用工裝（見圖3）進行定位裝夾。

圖3 抱軸箱臥式加工中心立式加工工裝

抱軸箱在精加工前已完成各面孔的半精加工，同時大端軸承孔車制工藝定位孔尺寸，其尺寸公差控制在技術要求范圍內。

工裝結構：夾具體由底板、定位鍵和定位軸組成，底板上加工有用于裝配定位軸、定位板的定位孔、定位鍵的定位槽和聯接主壓緊裝置、副壓緊裝置、調整裝置及吊環的聯接螺孔；主壓緊裝置由支座、雙頭螺柱、鎖緊螺母、U形壓板和墊圈組成；支座通過6只M20螺釘裝于底板中心位置，雙頭螺桿兩端為M30螺紋，一端與支座上螺孔聯接并用螺母鎖緊，另一端通過U形壓板、墊圈和螺母壓緊工件。

（2）方案實施效果 通過臥式加工中心工作臺的精準回轉功能，可將基準正反安裝面、圓弧面、內側面及背面注油孔、傳感器孔等全部加工完成。現精加工工藝流程為一次裝夾完成，精銑安裝面（反）上兩只注油孔和傳感器安裝孔、精銑安裝面（正）及內開擋等（見圖4）。抱軸箱精加工工藝分流，有效提升了抱軸箱精加工能力和質量，但該方式由于受到立式加工時工件剛性的制約，只適用于整體剛性好且長度相對較短的抱軸箱，如伊朗機車、東風4D機車、阿根廷機車和津巴布韋機車抱軸箱的加工。

圖4 抱軸箱在臥式加工中心加工示意

3.2 龍門式五面體加工中心精加工工裝優化方案

（1）工裝優化方案 龍門式五面體加工中心精加工，原3個工裝由于存在定位夾緊次數多、效率低的問題，因此重新設計制作一套通用工裝，改善抱軸箱的精加工工藝流程，該工裝能同時滿足抱軸箱仰放加工、臥放加工及傳感器安裝孔的精加工。該工裝的定位結構應具備通用性、互換性，同時夾具體結構具備通用性，從而使用該套工裝兩個工位完成抱軸箱精加工工序。

該工裝（見圖5）整體采用型腔形式焊接件結構，確保當抱軸箱仰放加工時，抱軸箱的外部輪廓與工裝不產生干涉。工裝的平面定位塊設計為加厚型，在對應抱軸箱安裝孔的位置處設計通孔，以使在加工抱軸箱安裝孔時與刀具不產生干涉。平面定位塊設計為組裝式，便于工裝組裝后對工裝定位平面的平面度進行調整，并且當定位塊磨損后容易維修更換。

圖5 抱軸箱五面體精加工通用工裝

該工裝在工步一操作應用：將抱軸箱的安裝平面在工裝的平面定位塊上進行定位，并使抱軸箱右端外圓平面在工裝的右端平面定位塊上縱向定位，在工裝左端用可調螺栓結構進行可調定位，抱軸箱的橫向定位由定位塊的側邊進行，定位完成后用8只壓緊螺栓分別將抱軸箱進行可靠壓緊，至此可以對抱軸箱進行第一工位的加工，即進行抱軸箱兩端外圓及內孔的精加工、2只支承座的加工及安裝支承平面的上平面加工（見圖6）。

圖6 抱軸箱通用工裝工步一應用

該工裝在工步二操作應用：將抱軸箱的上安裝平面在工裝的平面定位塊上進行定位，并使抱軸箱右端外圓平面在工裝的右端平面定位塊上縱向定位，在工裝左端用可調螺栓結構進行可調定位，抱軸箱的橫向定位由定位塊的側邊進行，定位完成后用8只壓緊螺栓分別將抱軸箱進行可靠壓緊，至此可以對抱軸箱進行第二工位的加工，即進行抱軸箱安裝平面和傳感器安裝孔的加工（見圖7）。

圖7 抱軸箱通用工裝工步二應用

（2）方案實施效果 新設計制作的通用抱軸箱工裝目前在龍門式五面體加工中心上已經加工12只某型機車抱軸箱，均已完成加工驗證，精度符合要求，有效縮短定位裝夾時間等輔助時間近50%，并節約新制兩套工裝費用數萬元。

4 結束語

機車抱軸箱在龍門式五面體加工中心上精加工工序集中，加工效率低，已成為加工瓶頸。對精加工工藝流程進行分析，提出兩個解決方案：一是通過利用現有臥式加工中心進行精加工工序優化和設備分流；二是通過設計制作龍門式五面體加工中心通用工裝，減少抱軸箱裝夾輔助時間，提升加工效率。上述方案已通過驗證且有效。