160km/h客運機車空心軸套工裝設計研究

李秀君，王佳偉，薛晉明

（大同電力機車有限責任公司北車重工，山西大同037038）

0 引 言

為了滿足鐵路部門旅客運輸對客運機車的需求，公司自主開發研制了160 km/h 客運電力機車。160 km/h 客運電力機車空心軸套是走行部的一個重要零部件，起著支撐從動齒輪，連接牽引電機和六連桿驅動單元的作用。

1 空心軸套零件特征分析及工藝方法的確定

空心軸套主體為一個類似回轉空心元件。其前端為φ380k6、φ404r7 和φ415 的圓柱面，后端為φ350圓柱面，內孔φ320；后端有連接牽引電機的480g7和懸掛臂的支座連接面，如圖1 所示。

圖1 空心軸套工件示意圖

空心軸套設計基準是φ380k6 圓柱面。空心軸套典型的工藝路線是先加工連接牽引電機的480g7 和懸掛臂的支座連接面。然后以牽引電機連接面作基準，加工φ380k6、φ404r7 圓柱面，這樣的工藝路線下支座連接面的形位公差容易得到保證。但由于支座連接面φ380k6、φ404r7 圓柱面直徑比較大，長度也較長，使用橋式鏜刀加工，受刀具剛性的影響圓柱面的精度和表面粗糙度都很難保證。因此，結合公司設備實際狀況，開展空心軸套工藝的研究，確定先在數控立車加工φ380k6、φ404r7 圓柱和相關的臺階面，保證圓柱面尺寸及相關形位公差，然后再在加工中心進行連接面加工的工藝路線。由此便帶來了如何設計工裝，如何保證兩支座連接面尺寸精度和形位公差精度要求的問題。為此我們進行了空心軸套工裝設計的研究。

從圖1 中可以看出，本工序在軸向方向的精度控制部分為電機止口面的28H9 鍵槽、170±0.1 尺寸及平行度。在圓周方向上，其精度控制主要226±0.05、140±0.05、、和φ480g7 尺寸及一系列的平行度以及垂直度。8-φ25 孔、3-φ32 孔和3-M30-6H 螺紋孔位置度。

2 工裝定位方案設計

2.1 軸向定位基準的選取

從圖1 中可以看出，本工序主要軸向尺寸的設計基準為φ380 和φ404 之間的臺階面，選取此臺階面作為軸向定位基準。

2.2 周向定位方案的確定

通過設計圖樣分析可以看出工件的主要周向尺寸均是以φ380k6 外圓的中心軸線為基準的，根據工藝路線安排，這個外圓面在前工序已經精加工成形，因此必須選取φ380k6 圓為工裝的定位基準。幾種工裝的定位方案的分析比較如下：

1）整體固定套筒定位。采用整體固定的圓柱套筒作定位元件，將已加工的定位外圓柱面φ380k6 放入后，軸向壓板夾緊。優點是工裝制造加工簡單，成本低廉。由于定位外圓柱面φ380k6 要套入工裝圓柱套筒間需要一定間隙，軸線定位精度不高，這種方案難以達到精度要求。

圖2 套筒定位塊定位誤差分析

如圖2 所示，D 為工裝圓柱套筒定位塊內圓，d 為工件380 的定位外圓，既要保證每個工件都能順利放入定位，又要保證定位精度，工裝與工件之間選用較小間隙配合產生最大定位誤差Pmax=Dmax-dmax=0.108-（0.004）=0.104。式中：Dmax為定位元件內圓最大尺寸；dmax為工件外圓最小尺寸。

即使工件定位時強制一邊貼靠，定位誤差也達到0.052mm。工件連接牽引電機的480g7 和懸掛臂的支座連接面對軸線尺寸公差為±0.05 mm，工裝定位誤差Pmax=0.052 mm，不能滿足工件定位精度要求。

與之相似的半圓柱套筒作定位元件。這種定位方式工件放入更為容易，工件定位時貼靠邊定位誤差0.052 mm；垂直方向定位誤差0.104 mm，但是同樣不能滿足工件定位精度要求。

2）定心定位夾緊機構。采用定心定位夾緊機構可以實現工件的定心定位，工件的定位誤差PXmax、PYmax均為0，是比較理想的定位方案。但定心定位夾緊機構結構復雜，活動零件多，制造調整難度大，成本也高，在此工裝設計中沒有采用定心定位夾緊機構。

3）固定V 形塊定位。利用V 形塊的特有的對中特性。如圖3 所示，在V 形塊的中分線垂直方向（X 向）定位誤差為0；V 形塊的中分線方向（Y 向）定位誤差為相對較低。當工件以φ380k6圓柱面定位時，工件的定位誤差分別為：PXmax=0，PYmax=δd/（2sinα/2）=0.036/（2sin60°）=0.021 mm。式中：δd為工件外圓公差；α 為V 形塊工作角。

圖3 固定V 形塊定位誤差分析

這里取V 形塊工作角為120°，選用較大的V 形塊工作角可以進一步提高定位精度。

工裝設計中將在V 形塊的中分線方向置于工件對中要求較高的方向上，即工件連接牽引電機的480g7 和懸掛臂的200+0.285+0.100支座連接面對軸線尺寸方向，中心高尺寸工裝定位誤差PXmax=0，可以獲得較高的定位精度。而在另一方向上即工件M24、M30、φ32、φ25 等系列孔相對于中心線的位置度公差為0.2 mm，工裝定位誤差PYmax=0.021 mm小于工件公差的1/3，能滿足工件定位精度要求。

3 工裝設計

空心軸套工裝設計中采用120°工作角固定V 形塊作主定位，固定V 形塊對面設計有一塊活動V 形塊，活動V 形塊的作用是保證工件基準外圓與工裝定位面貼靠；固定V 形塊端面及兩側的弧形定位板端面作軸向定位，V 形塊端面及兩弧形定位板端面在機床上現場加工。頂部的三爪壓板和兩個側面壓板，作為主夾緊元件。為了防止加工兩支座時工件產生轉動，工裝設計有抗扭轉裝置，抗扭轉裝置加裝在兩支座之間的位置上，使用六角頭支承螺栓實現頂緊工件抗扭轉。

工裝使用時將工件φ380k6 圓柱面向下吊裝放在固定V 形塊和兩弧形定位板端面；手動旋緊活動V 形塊，使工件φ380k6 圓柱面與V 形塊定位面貼靠；用0.03 mm塞尺檢查工件φ380k6 圓柱面與V 形塊定面及軸向定位面與固定V 形塊和兩弧形定位板端面無間隙。調整抗扭轉裝置的兩個六角頭支承螺栓，使工件前端面找平；用頂部的三爪壓板和兩個側面壓板，將工件夾緊就可以進行加工了。

圖4 空心軸套設計效果圖

4 使用效果

過去類似的空心軸套先加工連接牽引電機的支座連接面，然后以牽引電機連接面作基準，加工φ380k6、φ404r7 圓柱面。但由于支座連接面φ380k6、φ404r7 圓柱面直徑大，長度長，使用橋式鏜刀加工，受刀具剛性的影響，圓柱面的精度和表面粗糙度都很難保證。

在160 km/h 客運電力機車空心軸套試制中，充分利用公司現有設備的優勢，先在數控立車加工φ380k6、φ404r7 圓柱和相關的臺階面，然后再在加工中心進行連接面的加工。由于工裝設計中，進行了空心軸套工裝設計的研究，精心設計工裝，有效控制工裝的定位誤差。試制的160 km/h 客運電力機車空心軸套各個尺寸和形位公差精度都達到圖樣要求。實踐證明，開展160 km/h 客運電力機車空心軸套工藝和工裝設計可以保證和滿足設計要求，效果十分良好。

［1］ 李碩，等.機械制造工藝基礎［M］.北京：國防工業出版社，2008.

［2］ 孟少農.機械加工工藝手冊［M］.北京：機械工業出版社，1991.

［3］ 王先逵.機械制造工藝學［M］.北京：機械工業出版社，1989.

［4］ 金屬切削機床夾具設計手冊［M］.北京：機械工業出版社，