高鐵試驗臺—軸箱體加工工藝研究

史立峰 朱可承 姚俊

*通訊作者：史立峰，1989年6月，男，漢族，江蘇常州人，現任中車戚墅堰機車有限公司主管工藝師，工程師，本科。研究方向：冷加工工藝。

摘? ? 要：高鐵試驗臺研發項目中軸箱體是試驗臺軌道輪組成的關鍵零部件，本文通過工藝研究，探索了分體式軸箱體的機械加工技術，確保軸箱體加工精度及重復組裝精度達到設計標準，滿足高鐵試驗臺的組裝要求。

關鍵詞：高鐵試驗臺;軸箱體;分體式;加工技術

一、引言

完整的軸箱體由2個上軸箱體和1個下軸箱體組成（下文分別簡稱蓋、體，如圖1所示），是高鐵轉向架軸承綜合試驗臺的關鍵零部件，其采用分體式結構來滿足軌道輪的組裝及其高速轉動，軸箱體的精度對軌道輪組成的組裝、使用和運行安全有直接影響。此次由于軸箱體在設計圖紙后，首次進行加工，沒有可借鑒的加工工藝，因此軸箱體加工必須先進行工藝研究，確保可行、可靠，在加工精度符合要求的同時，其重復組裝精度變化量不能超過0.01 mm。

軸箱體關鍵部位的主要精度指標如表1所示。

二、工藝分析

軸箱體為整體澆鑄件，加工余量多，工序需分粗加工和半精加工，在精加工前提前釋放應力，減少精加工變形[1]。軸箱體為分體組裝結構，其定位可靠性差，重復組裝精度不穩定，需對定位結構進行工藝性優化。無現有組裝工藝，組裝工藝的好壞嚴重影響軸箱體在拆蓋后重新組裝的精度，需對組裝工藝進行研究。

底平面1000 mm×800 mm范圍的平面度0.05 mm，間距679 mm的前、后兩孔同軸度φ0.05 mm，φ320孔圓柱度0.012 mm，軸孔端面端跳0.035 mm，精度要求高。前、后兩個φ320孔，孔口背對朝向，無法同向加工，精度控制難度大。

三、工藝流程設計

通過對圖紙深度分解，進行了精度評估、工藝性分析以及剖分結構精度控制，完成系統的全尺寸分析。

在半精加工和精加工工序，增加了精銑、粗鏜、拆蓋應力釋放、2次三坐標測量、定位銷自制等關鍵步驟，從工藝流程的安排上，確保科學、合理。經過對樣件的研究，探索出合適的工藝流程，如圖2所示。

四、加工前準備工作

（一）定位結構工藝優化

上、下軸箱體的組裝靠2個φ16 mm定位銷來定位，為實現重復組裝精度變化量不超過0.01 mm的要求，且各個定位銷孔可互換使用，工藝要求銷孔與定位銷的間隙不能超過0.01 mm，定位孔孔徑工藝孔徑為 mm，定位銷直徑為 mm。通過查閱國標GB/T120.2-2000的要求，制作內螺紋圓柱銷，在定位銷的結構和規格符合國標的同時，控制定位銷直徑公差范圍，將定位銷直徑均磨至工藝要求范圍內，減少定位銷對組裝精度的影響，定位銷如圖3所示。

在工藝路線上，上、下軸箱體在第1次組裝進行半精鏜時，必須將定位孔加工到位。在第2次重新組裝進行精鏜時，定位銷必須參與組裝，確保加工組裝與后期產品總組裝狀態一致，提高重復組裝精度[2]。

（二）組裝工藝的研究

軸箱體由2個上軸箱體和1個下軸箱體采用8根螺栓進行緊固組成，在滿足最終1000 N·m的緊固力矩前提下，為減少組裝過程對上、下軸箱體精度影響，對組裝順序、預計力矩等進行研究。

通過對樣件軸箱體進行多次拆、裝拉伸，并對內孔孔徑、圓柱度等分多段進行測量，比對前后尺寸差異，最終確定了較合適的組裝工藝，并將該組裝工藝與下工序的總組裝進行交接，確保最終組裝與加工組裝的工藝一致。組裝工藝及要求如表2所示。合格的組裝工藝是此次加工的基礎，也是實現產品生產的工藝保障。

五、加工工藝的實施

（一）平面度控制

1. 粗銑軸箱體底平面時選用φ125 mm主偏角為45°的面銑刀，刀具45°的主偏角能夠實現較好的切削，防止加工時震動較大，引起加工震紋等異常。刀盤直徑選擇φ125 mm，防止由于刀具直徑過大引起加工震動。

2. 精銑時選用帶修光刃的面銑刀，加工時切削參數采用低轉速大進給加工，S = 100 r/min，F = 400 mm/min，可防止工件加工時產生震動，實現平面度要求。

3. 加工后進行機床打表自檢，要求打表檢測的平面變形量在0.03 mm以內，確保受工裝松開以及后續加工引起的變形后，平面度在0.05 mm內[3]。

（二）端面間距尺寸控制

1. 基準面按照零點加工到位，并保證平面的平面度符合要求。

2. 附件銑頭旋轉180°后，先完成另一面的半精銑，平面留有1 mm加工余量，保證后續精加工時有足夠的加工余量，同時減少后工序加工時的變形量。

3. 由于679 mm的外徑千分尺笨重難以控制，無法有效測量前后端面間距，因此采用機床打表測量的方式為附件銑頭不轉向，刀具不拆裝，即附件銑頭和刀具補償與原先加工的補償數值保持不變，利用機床使用百分表檢測實際余量。

4. 按照實際余量調整加工程序參數，完成端面的精銑，確保前后端面間距滿足679±0.05 mm。

（三）前、后軸孔同軸度控制

1. 在軸承孔加工工序設置粗鏜、半精鏜工序，控制精鏜前軸孔的余量僅為2 mm，對精鏜工序使用的半精鏜刀進行改造，確保半精鏜刀加工后只留0.5 mm。

2. 根據前期對樣件的試加工研究，對精鏜走刀進給和轉速進行控制，加工時切削參數采用高轉速低進給，S = 600 r/min，F = 60 mm/min，確保軸孔的表面粗糙度符合要求。

3. 為了保證銑頭轉向180°后的精度，增加了基準孔及轉向后高精度標準棒校調，要求在0.005 mm以內，保證精鏜孔φ0.03的同軸度，如圖4所示。

4. 同時在中心與底平面間距930±0.05 mm的要求上，利用在線測量系統和打表測量，避免了機床的定位精度誤差。

六、精度檢測及成果驗證

軸箱體采用三坐標測量儀進行檢測，有效檢測線性尺寸和形位尺寸，如圖5所示。

軸箱體精加工后，先不拆蓋，在線進行檢測;檢測合格后，對軸箱體進行拆解、清理，并重新組裝，三坐標復測軸箱體各尺寸精度，比對拆前、拆后兩次測量數據的變化。

經實際分析，兩次測量數據的變化量在0.005 mm內，符合圖紙要求，同時也驗證了加工工藝正確性，滿足生產要求。

軸箱體經組裝形成軌道輪，高鐵試驗臺實驗效果良好，該國產化項目獲得圓滿成功。

七、結束語

經過此次16臺份軸箱體的加工，形成了此類分體式箱體的較完善的加工流程和方案，為后期此類零件加工進行了技術儲備，值得在同行業中推廣和應用。

參考文獻：

[1]內螺紋圓柱銷淬硬鋼和馬氏體不銹鋼，GB/T120.2-2000.

[2]聞邦椿.機械設計手冊，機械工業出版社， 2010.

[3]宋放之.數控機床多軸加工技術實用教程[M]，北京：清華大學出版社， 2010.