轨道车辆轴箱体镗削加工工艺研究

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轨道车辆轴箱体是转向架的关键零部件之-，是车轴箱体与定位转臂的合二为-。线性尺寸和形位公差要求高，结构相对复杂。动车组轴箱体的生产是动车组技术引进的重要项目.是在技术引进、消化吸收再创新基础上，进行国产化技术研究的主要内容。掌握动车组铝合金加工技术，提高轴箱体加工效率和加工质量，突破转向架关键零部件加工的生产难点，保证动车组整车质量。是决定动车组重要零部件国产化成功的重要标志之-。

1轴箱体轴箱体是转向架的重要零件，轴箱装在车轴两端轴径上。用来将全部簧上载荷包括铅垂方向的动载荷传给车轴，并将来自轮对的牵引力或制动力传到构架上去。此外，它还传递轮对与构架间的横向和纵向作用力[1]，其内腔与轴承配合，密封槽与防尘板配合，直接起到定位作用♂构复杂、加工精度高(如图 1所示)。

由于轴箱体毛坯的铸造缺陷和加工质量不稳收稿日期：2012-12-31 修回日期：2013-02-28定等实际因素是影响生产能力的主要瓶颈，因此针对试制阶段出现的关键尺寸和加工难点等方面进行了工艺优化、提高数控设备效率以及尺寸检测等-系列的工作。

椭圆槽90x30x2，2xM图 1轴箱体结构示意图Fig.1 The axle box body structure diagram孔23O0..0041452 轴箱体加工工艺为提高轴箱体质量控制能力和水平.设备配备在线检测功能，实现在线测量，及时发现产品存在的问题，并反馈给数控系统，使数控系统能及时得到检测系统所反馈的信息.及时修正系统误差和随机误差，以改变机床的运动参数，更好地保证产品加工质量，对产品加工进行实时质量控制。

2.1轴箱体粗加工工艺流程轴箱体粗加工工艺流程见表 1。

第 51卷第 5期 李世涛：轨道车辆轴箱体镗削加工工艺研究 75表 1轴箱体粗加工工艺流程Tab.1 Fine boring tool system工序 内容划线粗铣孔端面及粗镗轴承孔焊补粗镗上平面/圆柱反放。粗铣底面/节点端面粗铣减振器座内档2I2轴箱体精加工工艺流程轴箱体精加工工艺流程见表 2。

表 2轴箱体精加工工艺流程Tab.2 Rough boring tool system序号 工序内容lO 精铣上平面/圆柱/减振器座面//b端端面20 钻孔/底面/减振器座内档/铣侧面槽及钻攻孔30 锪节点盘/组压盖/粗镗节点子L4O 精加工轴承孔及两端/节点孔及两端面/打螺纹孔中心孔5O 钻注油孑L60 钻攻轴承孔端面孑L及底面：fL/圆柱7O 打磨/刻打钢印8O 校检3 轴箱体加工工艺难点及对策3.1轴箱体加工工艺难点轴箱体为铸造结构，由于本身存在的毛坯铸造缺陷较多，对精加工尺寸精度及表面粗糙度的控制带来困难.并且焊补后形成局部焊补硬点，加工时很容易产生变形，如轴承孔尺寸 230 0.04 、轴承孔与轴承挡边垂直度为0.02 mil的形位公差要求更是控制的难点，而且轴承挡边精加工后还要进行渗透探伤，内部缺陷-定程度上影响了最终成品合格率，轴箱体加工工艺难点如下：(1)轴承孑L端面及孔内各尺寸的加工：尺寸、位置精度要求高( 235H70.0460、咖230舢0.04 圆度0.02、圆柱度 0.O2、垂直度 0.05)；节点端面对轴承端面垂直度 0.05.孔对端面垂直度 0.05。

(2)轴承孑L内注油孔 2-q，11的加工：由于受空间位置的限制.该孔的加工需用专用的直角铣头，c1及 c1.5可采用手工方式完成，配置专用打磨工具3.2 工艺对策轴箱体轴承孔采用数控镗削孔加工技术，所谓镗孔加工就是指将工件上原有的孔进行扩大或精化，它的特征是修正下孔的偏心.获得精确的孔的位置，取得高精度的圆度、圆柱度和表面光洁度 。

3.2.i 数控镗刀系统加工振纹对轴箱体孔的加工精度和表面粗糙度有重要的影响.刀具的颤振是引起加工振纹的主要原因。因此在选用镗刀时，从刀具发生颤振的几个方面来选择刀具，保证刀具在加工过程中不发生颤振，从而保证孔的加工精度和表面粗糙度。

因工件的形状、结构已经定型，只能从刀具系统和刀片来控制加工振纹的产生.主要从以下两方面预防。

1)稳定的刀具系统从以下几个方面来保证刀具系统的刚性和稳定性：镗杆的长径比要合理，刀具各联接部分要定位准确，联接牢靠刀具镗头部分做好动平衡，选择与精镗头对应的合理的平衡块。

2)刀片切削刃的几何参数对切削效率的高低和加工质量的好坏有很大影响。大前角可减小前刀面挤压切削层时的塑性变形，减小切屑流经前面的摩擦阻力，从而减小切削力和切削热。但大前角会降低切削刃的强度，减小刀头的散热体积，引起刀具刮削工件 ，刀具振动并损坏刀具。刀具前角小，可稳定工作压力。但是，如果前角减小到 0。，就会产生太大的工作压力，导致刀具失效。所以在镗孑L时，应选取正前角的镗刀。

结合以上论述的两点.加工轴箱体 230及235轴承孔的粗镗刀系统和镗刀系统分别为：(1)230及 235精镗刀系统包括 ：刀夹(R825C-AF23STUP1 103A)：精镗头(A34-R825C-E 017 A)：加长滑块(S17-R825A34-020 A)：滑块(825C-048A)；结柄(c8-R391.B1 1R-B 070 A)；主刀柄(C8-390.58-50 070)；刀片(TCMT 11 03 04-PF 4225)。

(2)6230及 6235粗镗刀系统包括 ：滑块(391.68A-8-T16A)：力口长结 柄 (391.68X-8-27045B)；结柄(c8-391.68A-8-1 10080C)；主刀柄(C8-390.58-50 070)；刀片 (TCMT 16 T3 12-PM4225)。

号 -0 O O 0 0 O 0 -予 2 3 4 5 6 776 农业装备与车辆工程3.2.2 镗削工艺及参数在加工中心用镗刀对孔系进行粗、半精及精加工能较好保证孔的精度、孔间距及孔轴心线的位置精度要求。精度要求较高的孔须单独完成，每道工序换-次刀 ，尽量减少各个坐标的运动，以便减少定位误差对加工精度的影响。

轴箱体轴承孔加工部位示意图及轴承孔内部各尺寸如图 2所示。

暑p l1892 14.5 l7.5 10 出 .40.5 l-⑥司 二 - Ⅱ I / 同 > / -、<厂囹 l / / a ， / ， / l 1 LJ 、 / - - - / J ，基羞 蓍辱寸 虽 吕- 昌 瓮 N --20 B謇 30 -1五 ， 日l2Iv Y / / / / ， / / / 赶y ，1±0.2I D.O20I图 2 轴箱体轴承孔JI]T部位不意图Fig.2 The axle box bearing hole machining parts diagram轴箱体精镗轴承孔的工序需要进行主轴承孔和节点孑L的加工。制定具体加工步骤如下[3]：1)精铣轴承孔端面；2)粗镗轴承孔 235、230各部，单边留量0.5 mm；3)割宽 20及 10的槽。20宽槽直接加工至尺寸；1O宽槽底面留量 0.2 mm，直径方向加工至尺寸；4)精铣止推面 189尺寸 ，保证止推面与轴承孔轴线的垂直度 0.02：5)轴承孔内各边倒角 c1、C1.5；6)半精镗轴承孑L235、230各部，单边留量0.1 mm；7)精镗轴承孔 ，保证 235 、230 及其相关的圆度、圆柱度等形位公差的要求；8)铣节点孔 15。及 50。斜面。

轴箱体轴承孔粗镗及精镗的加工工艺参数如表 3所示表 3轴箱体轴承孔加工工艺参数Tab.3 The axle bearing hole boring proCess parameters4 需解决的关键问题--刀具的颤振镗孔加工时最易出现的问题是颤振.在加工中心上发生颤振的原因主要有以下几点。

1)工具系统的刚性：包括刀柄、镗杆以及中间连接部分的刚性。

2))-J具系统的动平衡 ：相对于刀具系统的转动轴心.刀具自身如有不平衡质量，在转动时因不平衡的离心力的作用而导致颠振的发生，特别是在高速加工时，刀具的动平衡性所产生影响很大。

3)m件 自身或工件的固定刚性：像-些较孝较薄的部件由于其自身的刚性不足，或由于工件形状等原因无法使用合理的夹具进行充分的固定。

4)刀片的刀尖形状：刀片的前角、刀尖半径 、断屑槽形状的不同所产生的切削抗力也不同。

5)切削条件：包括切削速度 、进给量、进刀量以及给切削油方式及种类等。

4.1刀具振动的机理分析及具体对策4.1.1 刀具振动的机理分析加工振纹是由刀具振动而引起的。刀具振动常发生在长悬臂刀杆的镗削和铣削等。在加工中心镗孔时最常出现，最难消除的也是刀具振动(颤振)。-般认为，在孔镗削时，刀杆夹持与刀杆直径比>4，是产生振动的极限条件。

切削振动只有在刀具进行切削时才产生。是自激振动，为-种正弦波振动。以轴箱体镗刀杆的振动为例：刀尖切削工件时会产生切削力，这个力使镗刀杆产生弹性变形，当刀尖上的铁屑断掉后 。

刀杆的弹性变形就恢复了，因为内孔镗刀是按照程序以工件每转-转刀尖向前匀速前进 。所以切屑不断生成并断掉，那么径向切削力随着切屑的生成和断裂由大到小不断变化.形成正弦波镗削力，它是动态的，不仅是力的大小而且方向也是-直有规律地变化，如果切削力的变化频率等于或在刀具固有频率范围之内，镗削振动就产生了。切削振动的物理模型可以按照下图描述，图 3中的第 51卷第 5期 李世涛：轨道车辆轴箱体镗削加工工艺研究 77m为-个没有弹性悬挂的质量块 ，而弹簧JS假设只有弹性没有质量。质量块 m通过弹簧悬挂在上梁上并位于静止点 A.m与 .s构成-个具有-定固有频率的质量体给 m-个向下的锤击力 F，那么 m将向下运动到 B点 .直到弹簧将它拉回到 c点，如果没有空气阻力 m将永远保持往复运动。

如果按照-定的频率重复锤击力 F.使这个外力频率与 m的运动频率发生共振，从而使这-系统克服了其他力而振动起来的刀杆就是-个 m与 s的结合体，是-个具有-定固有频率的质量体，只不过其与外加的交变力 产生共振的固有频率同粗壮的镗杆相比要低 ，而且刀杆的长度、直径比值越大，其固有频率越低[制。

C重B图 3 切削振动物理模型Fig.3 Physical model of cuting vibration任何高刚性刀杆都不能确保切削时刀杆不会产生弹性变形，实际上刀片在切削时都是颤动的，但是只有弹性变形足够大时才变为振动。

4.2 消除刀具振动的对策为了消除加工中心镗削轴箱体主轴承孑L的振纹，在对其机理分析的基础上。在现场做了大量的对比试验，并通过对试验数据的比较、分析 ，加工方法上采用了以下减小切削振动的具体措施。

4.2.1使用锋利刀片降低切削力要求进行轴箱体精镗工序，加工操作者经常注意检查刀片的锋利程度，是否在加工的过程中刀片遇硬点后崩刃等，如发现刀片有损伤，立即更换新刀片4.2.2使 用小的刀尖圆浑径通过查找相关数据资料，得到以下结论：小的刀尖圆浑径可以降低切削力特别是径向切削力。

刀尖圆浑径与振动倾向的关系为：在相同的切削深度时，刀具圆浑径越大，刀杆发生振动的倾向越大。但刀具圆浑径越小，越易引起崩刃。

结合两者之间的关系.轴箱体精镗工序选用刀尖圆浑径为 0.4的刀片 .型号 ：TCMT 11 0304-PF。

4.2.3 选择合适切深通过实验证明：当刀片的刀尖半径不变时，随着刀片切深的增加，镗刀杆振动倾向在切深 印 和刀尖半径相等时最大，当切深 印 大于刀尖半径 r后，刀杆的振动反而被抑制，这就是有些悬伸与直径比值为振动临界点的镗刀适当加大切深反而降低振动的原因。

镗孔的表面粗糙度达不到 200EMU轴箱体图纸要求的 Ra1.6，最终选择轴箱体精镗的切深为 0.2.既可以保证镗孔粗糙度达到图纸要求，又可以避免加工振纹的产生。

在应用镗削加工的基本理论和工艺的同时.要针对具体的加工工件进行相应的调整.选择合适的加工刀具，制定具体、合理的加工方案。轨道车辆轴箱体的镗削加工工艺在批量的制造过程中得到了充分验证，提高了加工精度和加工效率，进-步提高了转向架的制造水平。