淺談一種動力轉向架車軸加工工藝

高 珍

（中車北京二七機車有限公司，北京100072）

0 引言

邊坡清篩機是一種用于鐵路邊坡道碴養護作業的機械，它能夠一次實現對軌道兩側邊坡的挖掘、清篩、回填、整形作業及污土拋送，從而改善道床邊坡的彈性、排水性能，恢復道床的承載能力。它由裝載車和篩分車兩節車編組構成，裝載車有兩個動力轉向架，篩分車有兩個從動轉向架。

動力轉向架以目前中國鐵路大批量應用的通用貨車主型轉向架——轉K6型轉向架為基礎，在兩車軸上安裝齒輪箱并加裝單元制動裝置。輪對組成需符合TB1010的要求，其中帶動力裝置的轉向架采用適應裝用齒輪箱的車軸，車軸材質為LZW50鋼。

由于動力轉向架車軸是轉向架重要零部件之一，它承載著整車走行的動力傳遞，而且承受著來自輪軌的沖擊，受力十分復雜，許多鐵道車輛的燃軸事故和車軸冷切事故都與車軸的加工質量有關，其加工尺寸直接影響到車軸上零部件的裝配，因此保證車軸的加工質量極為重要，有必要對車軸加工的工藝進行分析。本文總結了邊坡清篩機動力轉向架車軸經過不斷改進后、已經大批量投入生產的成熟工藝，并重點針對加工難點進行了分析，給出了建議。

1 邊坡清篩機動力轉向架車軸結構

邊坡清篩機動力轉向架車軸屬于典型的長軸類，其結構如圖1所示。

圖1 邊坡清篩機動力轉向架車軸結構圖

2 動力轉向架車軸零件各主要部分的作用及技術要求

加工成型的車軸軸身上需要安裝齒輪箱、車輪及兩端軸承，如圖2所示，其位置精度較高。

圖2 輪對裝配圖

（1）φ150+0.068+0.043是安裝滾動軸承的支撐軸頸，是車軸安裝的基準，其他各結合面對支撐軸頸應有相互位置精度要求，而且車軸的回轉精度與兩支撐車軸的質量有關，其圓柱度不超過0.01 mm，圓跳動不超過0.05 mm。

（2）在φ210+0.33+0.31軸段上安裝車輪，是承載整個轉向架的全部重力的部分，為保證車輪轉動平穩，其圓柱度和圓跳動都不超過0.03 mm。

（3）在φ224-0.025-0.061和φ230.823±0.013軸段上安裝齒輪箱，這部分是由Loram公司組裝，φ224-0.025-0.061安裝軸承，在φ230.823±0.013軸段上安裝齒輪，傳動運動和動力，為保證齒輪平穩轉動，其圓柱度都不超過0.015 mm，圓跳動不超過0.03 mm。

（4）連接各軸段的圓弧大部分是由兩個不同半徑的圓弧相接而成的，結構復雜，粗糙度不大于Ra0.8。

3 工藝分析

（1）為了在加工過程中保持較好的位置精度，遵循基準統一的原則，以車軸兩端中心孔為加工基準，并且為了提高加工精度要不斷修整中心孔。

（2）為了滿足批量化制造，同時用工藝保證車軸加工質量，分粗、半精、精加工三個工藝過程，并細化工序。

（3）為了防止車輛在使用過程中發生車軸斷裂等事故，要求加工好的車軸各表面不允許有裂紋，其內部不允許存在夾碴等缺陷，因此要采用表面磁粉探傷、內部超聲波探傷工藝。

4 工藝方案的選擇

通過對圖紙進行初步分析，不難發現該零件為典型的回轉類零件，通過車削和磨削加工即可成活。

如圖3所示，從生產成本角度而言，小批量生產時采用普通車床、磨床等通用機床加工是有利的，但是對于中批量生產則應采用專用機床、專用設備和工模具，以減少加工工時。

而結合車軸的特點，由于車軸軸段多，圓弧相對復雜，用普通車床加工難度大，且很難一次性加工成型，因此采用數控車床加工的方式。車軸加工工藝如表1所示。

在采用數控車床加工時重點解決了以下難題：

圖3 產量與成本的關系

表1 車軸加工工藝

（1）刀具。選擇刀具一般應遵循以下原則：1）盡量減少刀具數量；2）一把刀具裝夾后，應加工完其所能加工的所有部位；3）粗精加工的刀具應分開使用，即使是相同尺寸規格的刀具；4）在可能的情況下，應盡可能利用數控機床的自動換刀功能，以提高生產效率等。根據以上原則，結合邊坡清篩機車軸軸段多，軸段之間的間距較小的特點，選擇MTJNL3225P22M1和DCLNL3232P12分別用于正刀精車和正刀起臺，選擇兩把相同的MTJNL3225P22M1分別用于反刀精車和反刀起臺，此類型刀具安裝調整方便，剛性好，耐用度和精度高，切屑的斷屑性能好。

（2）夾具。由于車軸長且回轉精度高，數控車床夾具使用通用的三爪自動定心卡盤裝夾工件，同時采用兩頂尖方式夾持，兩次裝卡成活，以此來保證工藝系統的剛度和定心精度。

（3）合理選擇加工路線。在進行數控編程時，依照邊坡清篩機車軸粗車時的余量——徑向直徑余量5 mm，軸向余量5 mm，圓弧段的余量較大，所以確定先起臺即車除圓弧處較大的余量，再進行半精車、精車，保證被加工工件的加工精度和表面粗糙度。同時，在程序編制期間通過數控仿真軟件模擬車床的加工路線，巧用起刀點、巧設換刀點，合理安排“回零”路線，不斷對走刀路徑進行優化，力求使加工路線最短，以減少程序段和空行程時間。

（4）合理選擇切削余量。切削速度的提高，會使刀刃的溫度急劇上升，刀具的機械、化學、熱磨損加劇，刀具的壽命也將大大縮短；增大進給量也會引起切削溫度的上升，同樣也會造成刀具的磨損。因此，在加工過程中，根據邊坡動力車軸的精度、硬度和所選刀具的硬度等因素合理選擇切削用量三要素，盡可能使用較大的持刀深度和進給量。

最終使用的各項技術工藝參數如下：

（1）主軸轉速220 r/min，最高限制轉速1 500 r/min。

（2）起臺：切削深度4 mm，軸向進給量0.7 mm/r，進給倍率100%。

（3）半精車：切削深度2 mm，進給量0.5 mm/r，進給倍率70%。

（4）精車：切削深度0.5 mm，圓弧進給量0.3 mm/r，端面進給量0.5 mm/r，需精磨外圓的進給量0.5 mm/r，進給倍率70%。

在數控車床使用的刀具、夾具、數控加工工藝路線、進給量確定好之后，將車軸數控加工程序輸入到微機，經數控車削一次加工成型，經檢測各軸段的軸向尺寸、圓弧均符合圖紙要求，各軸段的徑向剩余磨量均等。

由于在車削加工期間保證了車軸的重要尺寸，磨削加工的難度大大降低，采用傳統的磨削方式就可完成車軸成品的加工。

在車軸加工完畢后，為防止有裂紋、縮孔等缺陷，影響車軸裝車使用，還需用超聲波探傷儀和磁粉探傷機對車軸的內部和全表面進行探傷。

5 結論和建議

（1）結合車軸的特點——零件外形復雜，采用數控機床加工方式比普通機床具有明顯的優勢。加工出來的車軸精度高，尺寸一致性好，質量比較穩定。

（2）數控機床的自動換刀功能和工件兩次裝夾就能完成多道工序的連續加工，減少了半成品的周轉周期，大大提高了生產效率。

（3）結合公司生產產品的特點，對于多品種、小批量生產且精度、表面粗糙度要求高的零件或新產品試制中的零件，采用數控機床加工方式，在保證產品質量的同時也能節約生產成本。

總之，在數控機床采用上述開發工藝成功實現了首臺車的車軸加工，固化形成的工藝及工裝夾具投入到了后續的27列邊坡清篩機的車軸加工中，經驗證，車軸加工合格率100%，為公司參與市場競爭提供了可靠的技術手段，也為邊坡清篩機在各路局的良好運用提供了可靠保證。

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