提升機(jī)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(jī)車有限公司 江蘇常州 213000

高級(jí)工程師 陳興

1 序言

重載型內(nèi)燃機(jī)車走行部的牽引電動(dòng)機(jī)組裝為軸懸式：一端通過(guò)滾動(dòng)抱軸箱與車軸相連，另一端通過(guò)吊桿和橡膠墊懸掛在構(gòu)架的橫梁和后端梁上，該類型組裝結(jié)構(gòu)被廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)重載貨運(yùn)系列機(jī)車，因此，抱軸箱是重載型內(nèi)燃機(jī)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(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖1），屬薄壁異形件。

圖1 機(jī)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(zhǔn)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(lái)是由龍門式五面體加工中心承擔(dān)抱軸箱這些部位的精加工（見(jiàn)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(shè)備上精加工工序集中，加工時(shí)間長(zhǎng)，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(duì)抱軸箱精加工工藝流程和工藝裝備（以下簡(jiǎn)稱工裝）進(jìn)行專題分析和研究，采取應(yīng)對(duì)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(zhì)量，滿足制造需求。

2 精加工過(guò)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(jìn)行加工，需正、反兩個(gè)工位裝夾，同時(shí)針對(duì)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(jìn)行一次劃線、裝夾和加工（該部位若在搖臂鉆床加工，質(zhì)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(diào)整），因此，抱軸箱精加工工序加工效率低，有必要對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化。

2.2 對(duì)原龍門式五面體加工中心上精加工工裝分析

對(duì)上述工藝流程進(jìn)行分析可以得出，抱軸箱在龍門式五面體加工中心加工時(shí)，工裝存在的問(wèn)題為抱軸箱被反復(fù)定位夾緊次數(shù)多，作業(yè)使用的工裝多達(dá)3個(gè)，費(fèi)工費(fèi)時(shí)，即工步一為抱軸箱臥放加工（反向），加工內(nèi)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(yīng)用抱軸箱仰放加工工裝，加工內(nèi)容是加工抱軸箱的主安裝平面和兩端的外圓及內(nèi)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(duì)龍門式五面體加工中心精加工所用工裝進(jìn)行通用化改造，減少裝夾輔助時(shí)間。

3 解決方案

3.1 精加工工序優(yōu)化方案

對(duì)原機(jī)械加工工藝流程精加工工序進(jìn)行優(yōu)化，充分利用現(xiàn)有臥式加工中心進(jìn)行抱軸箱精加工（設(shè)備分流），即對(duì)精加工設(shè)備進(jìn)行替換（用臥式加工中心替代龍門式五面體加工中心）和對(duì)精加工裝夾方式進(jìn)行調(diào)整（由水平放置改為豎直放置），同時(shí)充分利用臥式加工中心工作臺(tái)精準(zhǔn)回轉(zhuǎn)定位功能（傳感器孔加工），優(yōu)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(zhì)量。

（1）設(shè)計(jì)制作臥式加工中心工裝 選用現(xiàn)有臥式加工中心替代立式加工中心對(duì)正反安裝面進(jìn)行加工的方法，將抱軸箱由水平放置改為豎直放置，設(shè)計(jì)制作抱軸箱專用工裝（見(jiàn)圖3）進(jìn)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(shí)大端軸承孔車制工藝定位孔尺寸，其尺寸公差控制在技術(shù)要求范圍內(nèi)。

工裝結(jié)構(gòu)：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(lián)接主壓緊裝置、副壓緊裝置、調(diào)整裝置及吊環(huán)的聯(lián)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(guò)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(lián)接并用螺母鎖緊，另一端通過(guò)U形壓板、墊圈和螺母壓緊工件。

（2）方案實(shí)施效果 通過(guò)臥式加工中心工作臺(tái)的精準(zhǔn)回轉(zhuǎn)功能，可將基準(zhǔn)正反安裝面、圓弧面、內(nèi)側(cè)面及背面注油孔、傳感器孔等全部加工完成?，F(xiàn)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(nèi)開擋等（見(jiàn)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(zhì)量，但該方式由于受到立式加工時(shí)工件剛性的制約，只適用于整體剛性好且長(zhǎng)度相對(duì)較短的抱軸箱，如伊朗機(jī)車、東風(fēng)4D機(jī)車、阿根廷機(jī)車和津巴布韋機(jī)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(yōu)化方案

（1）工裝優(yōu)化方案 龍門式五面體加工中心精加工，原3個(gè)工裝由于存在定位夾緊次數(shù)多、效率低的問(wèn)題，因此重新設(shè)計(jì)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(shí)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(jié)構(gòu)應(yīng)具備通用性、互換性，同時(shí)夾具體結(jié)構(gòu)具備通用性，從而使用該套工裝兩個(gè)工位完成抱軸箱精加工工序。

該工裝（見(jiàn)圖5）整體采用型腔形式焊接件結(jié)構(gòu)，確保當(dāng)抱軸箱仰放加工時(shí)，抱軸箱的外部輪廓與工裝不產(chǎn)生干涉。工裝的平面定位塊設(shè)計(jì)為加厚型，在對(duì)應(yīng)抱軸箱安裝孔的位置處設(shè)計(jì)通孔，以使在加工抱軸箱安裝孔時(shí)與刀具不產(chǎn)生干涉。平面定位塊設(shè)計(jì)為組裝式，便于工裝組裝后對(duì)工裝定位平面的平面度進(jìn)行調(diào)整，并且當(dāng)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(yīng)用：將抱軸箱的安裝平面在工裝的平面定位塊上進(jìn)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(diào)螺栓結(jié)構(gòu)進(jìn)行可調(diào)定位，抱軸箱的橫向定位由定位塊的側(cè)邊進(jìn)行，定位完成后用8只壓緊螺栓分別將抱軸箱進(jìn)行可靠壓緊，至此可以對(duì)抱軸箱進(jìn)行第一工位的加工，即進(jìn)行抱軸箱兩端外圓及內(nèi)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(jiàn)圖6）。

圖6 抱軸箱通用工裝工步一應(yīng)用

該工裝在工步二操作應(yīng)用：將抱軸箱的上安裝平面在工裝的平面定位塊上進(jìn)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(diào)螺栓結(jié)構(gòu)進(jìn)行可調(diào)定位，抱軸箱的橫向定位由定位塊的側(cè)邊進(jìn)行，定位完成后用8只壓緊螺栓分別將抱軸箱進(jìn)行可靠壓緊，至此可以對(duì)抱軸箱進(jìn)行第二工位的加工，即進(jìn)行抱軸箱安裝平面和傳感器安裝孔的加工（見(jiàn)圖7）。

圖7 抱軸箱通用工裝工步二應(yīng)用

（2）方案實(shí)施效果 新設(shè)計(jì)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(jīng)加工12只某型機(jī)車抱軸箱，均已完成加工驗(yàn)證，精度符合要求，有效縮短定位裝夾時(shí)間等輔助時(shí)間近50%，并節(jié)約新制兩套工裝費(fèi)用數(shù)萬(wàn)元。

4 結(jié)束語(yǔ)

機(jī)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(duì)精加工工藝流程進(jìn)行分析，提出兩個(gè)解決方案：一是通過(guò)利用現(xiàn)有臥式加工中心進(jìn)行精加工工序優(yōu)化和設(shè)備分流；二是通過(guò)設(shè)計(jì)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(shí)間，提升加工效率。上述方案已通過(guò)驗(yàn)證且有效。