高铁试验台—轴箱体加工工艺研究

2021-10-30 02:33史立峰朱可承姚俊
机械与电子控制工程 2021年4期
关键词:分体式加工技术

史立峰 朱可承 姚俊

*通讯作者:史立峰,1989年6月,男,汉族,江苏常州人,现任中车戚墅堰机车有限公司主管工艺师,工程师,本科。研究方向:冷加工工艺。

摘    要:高铁试验台研发项目中轴箱体是试验台轨道轮组成的关键零部件,本文通过工艺研究,探索了分体式轴箱体的机械加工技术,确保轴箱体加工精度及重复组装精度达到设计标准,满足高铁试验台的组装要求。

关键词:高铁试验台;轴箱体;分体式;加工技术

一、引言

完整的轴箱体由2个上轴箱体和1个下轴箱体组成(下文分别简称盖、体,如图1所示),是高铁转向架轴承综合试验台的关键零部件,其采用分体式结构来满足轨道轮的组装及其高速转动,轴箱体的精度对轨道轮组成的组装、使用和运行安全有直接影响。此次由于轴箱体在设计图纸后,首次进行加工,没有可借鉴的加工工艺,因此轴箱体加工必须先进行工艺研究,确保可行、可靠,在加工精度符合要求的同时,其重复组装精度变化量不能超过0.01 mm。

轴箱体关键部位的主要精度指标如表1所示。

二、工艺分析

轴箱体为整体浇铸件,加工余量多,工序需分粗加工和半精加工,在精加工前提前释放应力,减少精加工变形[1]。轴箱体为分体组装结构,其定位可靠性差,重复组装精度不稳定,需对定位结构进行工艺性优化。无现有组装工艺,组装工艺的好坏严重影响轴箱体在拆盖后重新组装的精度,需对组装工艺进行研究。

底平面1000 mm×800 mm范围的平面度0.05 mm,间距679 mm的前、后两孔同轴度φ0.05 mm,φ320孔圆柱度0.012 mm,轴孔端面端跳0.035 mm,精度要求高。前、后两个φ320孔,孔口背对朝向,无法同向加工,精度控制难度大。

三、工艺流程设计

通过对图纸深度分解,进行了精度评估、工艺性分析以及剖分结构精度控制,完成系统的全尺寸分析。

在半精加工和精加工工序,增加了精铣、粗镗、拆盖应力释放、2次三坐标测量、定位销自制等关键步骤,从工艺流程的安排上,确保科学、合理。经过对样件的研究,探索出合适的工艺流程,如图2所示。

四、加工前准备工作

(一)定位结构工艺优化

上、下轴箱体的组装靠2个φ16 mm定位销来定位,为实现重复组装精度变化量不超过0.01 mm的要求,且各个定位销孔可互换使用,工艺要求销孔与定位销的间隙不能超过0.01 mm,定位孔孔径工艺孔径为 mm,定位销直径为 mm。通过查阅国标GB/T120.2-2000的要求,制作内螺纹圆柱销,在定位销的结构和规格符合国标的同时,控制定位销直径公差范围,将定位销直径均磨至工艺要求范围内,减少定位销对组装精度的影响,定位销如图3所示。

在工艺路线上,上、下轴箱体在第1次组装进行半精镗时,必须将定位孔加工到位。在第2次重新组装进行精镗时,定位销必须参与组装,确保加工组装与后期产品总组装状态一致,提高重复组装精度[2]。

(二)组装工艺的研究

轴箱体由2个上轴箱体和1个下轴箱体采用8根螺栓进行紧固组成,在满足最终1000 N·m的紧固力矩前提下,为减少组装过程对上、下轴箱体精度影响,对组装顺序、预计力矩等进行研究。

通过对样件轴箱体进行多次拆、装拉伸,并对内孔孔径、圆柱度等分多段进行测量,比对前后尺寸差异,最终确定了较合适的组装工艺,并将该组装工艺与下工序的总组装进行交接,确保最终组装与加工组装的工艺一致。组装工艺及要求如表2所示。合格的组装工艺是此次加工的基础,也是实现产品生产的工艺保障。

五、加工工艺的实施

(一)平面度控制

1. 粗铣轴箱体底平面时选用φ125 mm主偏角为45°的面铣刀,刀具45°的主偏角能够实现较好的切削,防止加工时震动较大,引起加工震纹等异常。刀盘直径选择φ125 mm,防止由于刀具直径过大引起加工震动。

2. 精铣时选用带修光刃的面铣刀,加工时切削参数采用低转速大进给加工,S = 100 r/min,F = 400 mm/min,可防止工件加工时产生震动,实现平面度要求。

3. 加工后进行机床打表自检,要求打表检测的平面变形量在0.03 mm以内,确保受工装松开以及后续加工引起的变形后,平面度在0.05 mm内[3]。

(二)端面间距尺寸控制

1. 基准面按照零点加工到位,并保证平面的平面度符合要求。

2. 附件铣头旋转180°后,先完成另一面的半精銑,平面留有1 mm加工余量,保证后续精加工时有足够的加工余量,同时减少后工序加工时的变形量。

3. 由于679 mm的外径千分尺笨重难以控制,无法有效测量前后端面间距,因此采用机床打表测量的方式为附件铣头不转向,刀具不拆装,即附件铣头和刀具补偿与原先加工的补偿数值保持不变,利用机床使用百分表检测实际余量。

4. 按照实际余量调整加工程序参数,完成端面的精铣,确保前后端面间距满足679±0.05 mm。

(三)前、后轴孔同轴度控制

1. 在轴承孔加工工序设置粗镗、半精镗工序,控制精镗前轴孔的余量仅为2 mm,对精镗工序使用的半精镗刀进行改造,确保半精镗刀加工后只留0.5 mm。

2. 根据前期对样件的试加工研究,对精镗走刀进给和转速进行控制,加工时切削参数采用高转速低进给,S = 600 r/min,F = 60 mm/min,确保轴孔的表面粗糙度符合要求。

3. 为了保证铣头转向180°后的精度,增加了基准孔及转向后高精度标准棒校调,要求在0.005 mm以内,保证精镗孔φ0.03的同轴度,如图4所示。

4. 同时在中心与底平面间距930±0.05 mm的要求上,利用在线测量系统和打表测量,避免了机床的定位精度误差。

六、精度检测及成果验证

轴箱体采用三坐标测量仪进行检测,有效检测线性尺寸和形位尺寸,如图5所示。

轴箱体精加工后,先不拆盖,在线进行检测;检测合格后,对轴箱体进行拆解、清理,并重新组装,三坐标复测轴箱体各尺寸精度,比对拆前、拆后两次测量数据的变化。

经实际分析,两次测量数据的变化量在0.005 mm内,符合图纸要求,同时也验证了加工工艺正确性,满足生产要求。

轴箱体经组装形成轨道轮,高铁试验台实验效果良好,该国产化项目获得圆满成功。

七、结束语

经过此次16台份轴箱体的加工,形成了此类分体式箱体的较完善的加工流程和方案,为后期此类零件加工进行了技术储备,值得在同行业中推广和应用。

参考文献:

[1]内螺纹圆柱销淬硬钢和马氏体不锈钢,GB/T120.2-2000.

[2]闻邦椿.机械设计手册,机械工业出版社, 2010.

[3]宋放之.数控机床多轴加工技术实用教程[M],北京:清华大学出版社, 2010.

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