高铁试验台—轴箱体加工工艺研究

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.