广州地铁车辆空心车轴加工工艺

■ 刘永杰 常吕国

1 问题存在背景

车轴加工是回转类轴体加工，一般来说，车轴轴端中心孔定位基准是车轴整体精度的关键，是加工的唯一基准。铁路及地铁车辆的车轴中心孔定位倒角角度一般是60 °，而广州地铁车辆空心车轴中心孔定位倒角为90 °，需新制工装。保证空心车轴的同轴度及外圆跳动没有参照实例，加工工装设备需要验证；车轴精车部位结构复杂、精度高、公差小，并为中空设计结构，其柔性好、刚性差与标准车轴有较大差别；精车加工程序编制采用仿形加工指令（G73），减少了程序编制量和调试时间，但因很少使用，指令不熟悉。

广州地铁5号线增购的地铁车辆空心车轴周身外形与传统地铁车辆车轴类似，轴端三螺孔与传统地铁车辆车轴相同，区别是轴端中心孔变成端部倒角为45 °贯穿整个车轴的通孔（见图1）。

空心车轴加工比传统车轴加工多了一个中心深孔，传统车轴轴端以B10型中心孔定位，作为唯一基准，空心车轴毛坯粗车加工后的中心孔为60 °倒角。深孔加工后车轴中心孔被去除，车轴在后续加工中没有基准；车轴深孔加工后可能会出现偏斜，影响空心车轴的同轴度。此外，精车加工时，仿形加工指令（G73）出现较多空走路径，并在精车加工轴身时出现“打突”现象，致使车轴表面粗糙。

2 问题分析

2.1 车轴加工前后基准统一同轴度问题

参照传统车轴加工工艺，通过分析空心车轴结构，确定加工工艺流程：车轴毛坯（W）→粗车（X）→深孔加工（深孔钻）→内孔珩磨（内孔珩磨机）→内孔纠偏、修内孔倒角（CW6180型车床）→车轴精车外圆（F45数控车床）→齐总长、精车内孔倒角（CW6180型车床）→轴端三螺孔（三螺孔专机）→磨轴颈、防尘板座、轮座等（外圆磨床）→圆弧滚压、倒角（CW6180型车床）→表面磁粉探伤（荧光探伤机）→交检。

图1 地铁车辆空心车轴示意

在空心车轴工艺流程中，确定基准加工的主要工序是粗车、内孔纠偏与修内孔倒角、精车后的齐总长与精车内孔倒角。为保证三道工序基准统一（修内孔倒角工序中与外圆互为基准），粗车加工时车轴一端中心孔为60 °倒角，作为后续加工基准，其在精车加工内孔倒角时去除，从而保证车轴加工前后基准统一，提高加工精度。

2.2 精车加工时车轴“打突”问题

精车加工时仿形加工指令（G73）空走，可从切削参数设置上进行优化。观察车轴加工发现，不是所有部位都“打突”，导致表面粗糙，而是集中在轴身中央部位，从而判定车轴刚性差是“打突”的主要原因，但无法改变。因此，要改变工艺参数和增加加工工艺。

3 加工工艺措施

车轴加工首先是粗车加工工序，因中心孔在深孔加工时将被去除，为保证基准统一，设定车轴一端为A端，在A端中心孔端面加工60 °倒角盘，作为深孔加工后车轴内孔纠偏基准。另一端加工B10型中心孔，在车床上夹好车轴，顶尖顶起A端，三爪卡盘夹紧，另一端使用中心架支起，调整轴端跳动≤0.01，加工中心孔。加工A端中心孔的同时加工深2 mm的60 °倒角盘。深孔加工时从此端开始，内孔与外圆同轴度较好。粗车加工程序见表1。

车轴A端作为深孔加工始端，此端车轴的内孔与外圆同心，只能是非A端出现偏斜。因此，在确定内孔纠偏、修内孔倒角工序中，先以车轴A端为基准，顶尖顶起A端，三爪卡盘夹紧，另一端顶尖顶起车轴颈，使轴颈外圆与内孔同轴度得到矫正，而后以轴颈为基准，中心架支起轴颈，调整轴端跳动≤0.01，加工轴端内孔90 °倒角。

车轴精车加工后需齐车轴总长，同时对车轴轴端深孔倒角进行精修，为下一步磨削加工做准备。精车加工后车轴外圆精度较好，以车轴端面倒角为基准，调整一段外圆跳动，精修一段深孔倒角。精车加工程序见表2。

表1 粗车加工程序

通过上述车轴加工工艺，内孔倒角与外圆互为基准加工，保证了车轴前后基准统一和车轴加工精度，精车车轴加工轴端跳动几乎为0，同轴度得到保证，圆弧检测符合样板，轴向尺寸合格。

精车加工程序中，仿形加工指令（G73）为仿形循环，对起始值、寻换次数重新作出规定，数控系统根据余量自动计算每次切削深度，调整后加工工效提高。在完成两端轴承座的精车加工后，将中心支架移至轴承座部位，减小支撑间距，并喷润滑油润滑，调整中心支架与车轴接触，从而减小车轴跳动；改变工艺参数，将主轴380 r/min降至200 r /min，经试切车轴表面粗糙度及光洁度达到要求，解决了车轴加工“打突”问题。粗车与精车加工程序见表3。

表2 精车加工程序

表3 粗车与精车加工程序

4 结束语

空心车轴加工是传统实心车轴加工的延续和提升，工艺设计时应结合设备、工装合理优化，从可以改变的因素入手，利用和参考以往车轴加工经验，不断进行总结，保证产品质量，提高加工工效。

[1] 薛源顺. 机床夹具设计[M]. 北京：机械工业出版社， 2009.

[2] 崔兆华. 数控加工工艺[M]. 济南：山东科学技术出版 社，2005.

[3] 郑修本. 机械制造工艺学[M]. 北京：机械工业出版社， 2010.