轴箱体加工工艺分析及质量改进
250km动车组轴箱体是转向架的重要部件，其与轴承装置是联系构架和轮对的活动关节，使轮对的滚动转化为车体沿钢轨的平动，在承受列车重量的同时传递各方向的作用力。 200km动车组轴箱体开始阶段从日本川崎进口，为进一步使200km动车组国产化，2013年公p开始开发研制250km统型轴箱体。 轴箱体属于重要部件，其加工精度要求高，通过对加工试制过程的跟踪分析，合理利用柔性生产线加工轴箱体，解决加工过程中的质量问题，制定切实可行的加工工艺方案，既能保证轴箱体的加工精度符合设计要求，又能提高轴箱体的加能力与质量，质量与效率得到很大提升，满足了生产需要。 1.加工设备： 轴箱体柔性加工生产线由信息系统、加工系统和物料输送系统组成（见图1）。
图1 信息系统是生产线的总控制台，主要进行加工程序编辑、作业管理、刀具管理等。 加工系统由5台NH63000DCGII主机设备组成。5台设备分别按照1号机、2号机、3号机、4号机及5号机依次布置，在1号机带有U轴刀具。每台设备的刀具容量为100把，具有在线检测、刀具破损检测等功能。 物料输送系统由上、下两层托盘架共48个托盘位、3个装工位及1条托盘自动运输线组成。轴箱体生产线根据生产需求，配备了32个安装工件工装的托盘。物料输送系统根据总控制台的作业安排将托盘送至托盘位、装卸工位及5台设备待加工位。 2.加工特点： 轴箱体加工特点为：①轴箱体通过一、二工位两次夹，完成全部尺寸加工。②根据生产要求，可进行多个产品并行生产加工。③轴箱体生产线在各工序加工刀具满足使用要求的情况下，可实现连续工作、无人自动作业。④在设定好加工计划后，针对临时加急生产计划，在总控制台进行计划优先调整，可方便应对生产突发状况。 3.产品情况： 产品材质为ZG25MnNi，属于铸造件，轴箱体抗冲击性能、拉伸及延展性等力学性能高，但存在砂眼、硬点、夹砂及焊修硬点等铸造缺陷，此类缺陷易损坏刀具，降低刀片的耐用度，影响工件加工精度。 4.工艺特点： 根据公司配套经济化要求，轴箱体外供来料毛坯粗加工后，单边留量1.0～1.5mm，在轴箱体柔性加工生产线上加工时，根据工装设计需要，部分粗加工留量定为工艺定位尺寸，规定了配合公差。 5.加工过程： 所要加工的轴箱体如图2所示。采用两工位装夹，完成全部尺寸加工要求。
图2 轴箱体立体图 （1）一工位平装。轴箱体平放，使用来料粗加工后的内孔，利用一面两销定位夹紧方式（见图3），加工完成弹簧圆柱及底面、清障面、轴温检测器、时时轴温传感器安装座各部尺寸、减振器座、注油孔各部尺寸，并钻攻此工位各部;纹孔。
图3 平装夹具示;图 （2）二工位立装。采用弹簧面的50mm圆柱及底平面与节点端得活动定位来装夹工件（见图4）。加工完成轴承孔孔径及两端面、节点孔及两端面各部尺寸、钻注油孔内侧倒角，并钻攻此工位各部螺纹孔。
图4 夹具示意图 6.加工工艺难点： （1）时时轴温传感器安装座加工：为保证高速动车组行车安全，随时检测轴箱轴承装置在运行过程中的温度变化，避免轴箱轴承装置温度过高而造成行车安全隐患，250km动车组轴箱体在200km动车组轴箱体的基础上增加了时时轴温传感器装置，设计了时时轴温传感器安装/。 时时轴温传感器安装座与轴箱体轴承孔与节点孔中心线夹角为35°，安装座2个M16－6H螺纹孔深48mm，螺纹有效长度43mm，与之配合的传感器螺栓精度为6g，配合间隙小于0.02mm（见图5）。因中心夹角为35°，造成加工空间较窄，数控设备加工过程中主轴与节点孔外/产生干涉，因此需采用加长刀具解决。但刀具加长，铣面过程中刀具振动，加工面表面粗糙度值超差。螺纹旋合长度大，较难保证配合精度，面铣刀、丝锥刀体的选用为此工序的难点。
图5 轴温传感器座示意图 （2）轴承孔各部加工：轴承的孔端面以及孔内各尺寸（φ235+0.046+0mm、φ230+0.044+0.015mm）、形状和位置精度要求高，圆度0.02mm，圆柱度0.02mm，垂直度0.02mm，节点端面对轴承端面垂直度0.05mm，节点孔对端面垂直度0.05mm。轴承孔的设计尺寸要求如图6所示。
图6 要满足轴箱体的加工精度要求，既需要先进的加工设备、合理的工装，又要由正确的工艺方法保证。在满足各项加工要求的情况下，同时要兼顾生产效率、保证生产进度，满足生产需求。7.安装座加工工艺分析及问题的解决： 时时轴温传感器安装座加工工艺为：铣安装面→钻螺纹孔底孔→倒角→攻2个M16－6H螺纹孔。加工过程中，因主轴和轴箱体易产生干涉，通过刀具选用及编辑程序时使用合理的切削参数来解决。 （1）铣安装面：选用φ63mm加长面铣刀粗精加工，φ63mm面铣刀半径小，可提高主轴转速，减少每齿进给量，降低刀具振动，提高减振器表面质量。 （2）钻纹孔底孔：因使用加长夹持钻头刀杆，钻孔过程中易造成底孔偏大，钻孔攻螺纹后，虽塞规检测合格，但螺纹孔中径超差，出现产品质量问题，导致工件报废，因此螺纹孔底孔采用φ13.8mm内冷钻头啄钻钻孔指令加工。φ13.8mm钻头直径稍小于螺纹孔中径要求，可以避免中径超差问题；内方式切削液充分冷却，降低钻头磨耗；啄钻钻孔指令G83及时排屑，防止切屑缠绕造成孔径超差，Q参数变化可控制钻屑大小及加工效率。 （3）倒角：此加工程序中应用了破损检测指令M103，破损检测指令作用是检测钻头的长度，防止因钻头破损，钻孔深度无法满足攻螺要求而造成质量问题。 （4）攻螺纹：采用刚性夹头夹紧丝锥，中间增加弹性夹套。 此方法避免了攻螺纹过程中因异常情况造成螺纹孔质量问题，提高了螺纹孔的加工精度。 通过分析研究，选用合理的刀具、编辑正确程序及使用合理切削参数，解决了时时轴温传感器安装座加工过程中出现的问题，满足了该部位全部尺寸的加工设计要求。 8.轴承孔加工工艺分析及改进： 此工位将一工位加工的弹簧圆柱及底面为定位销、面，节点面活动销定位，而工件定位夹紧后，需将活动定位销走，此定位方式能保证完全定位（见图3）。 （1）原因分析。轴承孔加工后检测尺寸合格，加工全部尺寸后，送三坐标检测轴承孔，发现孔尺寸、圆度和圆柱度超差。分析其主要原因为：①轴承孔外壁形状不相同，切削参数不合理造成。②装夹方式错误造成。 （2）工艺改进。通过选用TCGT110208EL、TCGT110204EL、TCMT090204－24、TCMT110208－PF4、TCGT110208EL带涂层和TCMT110208－24共6种精镗刀片，转速n=200～300r/min，进给量f=0.14～0.20mm/r，背吃刀量ap=0.14～0.20mm（直径方向0.28～0.40mm）。经验证，发现TCMT110208－24刀具结构设计合理，硬度较高，该刀片使用切削参数为：转速n=250r/min，进给量f=0.16mm/r，背吃刀量ap=0.15mm。1个刀片角可以加工达到尺寸、表面粗糙度值要求的5个轴箱体，但加工后去除夹紧力，轴箱体内孔仍然变形。 进一步分析装夹方式，发现加工采用压板压紧轴承孔外侧，加工后去除夹紧力，轴箱体内孔变形，因此其装夹定位方式存在不合理性，造成轴承孔尺寸、圆度和圆柱度超差。 重新改进二工位装夹定位方式（见图7），利用工件减震器安装孔短销定位，清障面4×M20螺纹孔夹紧，增加轴箱小端工艺定位面。采用苟ㄎ蛔凹蟹绞剑轴箱体轴承孔无压紧力，加工后无变形现象，加工尺寸满足设计要求。
图7 改进后的二工位装夹定位示意图 9.止推面加工工艺分析及改进： 轴承止推面与轴承孔中心线垂直度为0.02mm，常规加工方法是选用同一把三面刃铣刀（见图8a）分两刀t、精加工完成。三面刃铣刀刀片材质为WKP35，属镀层硬质合金类材质，刀片型号为LNMU100508－F57T，根据ISO1832－2004切削刀具用可转位刀片——名称与符号，分析三面刃铣刀刀片参数（见附表），三面刃铣刀刀片呈正方形，无后角和主偏角，刀片偏差大，属于粗加工类刀具，因此无t有效地满足止推面的加工要求。
图9 10.结语： 在后期的轴箱体批量生产中，改进后的装夹定位及新刀具使用满足了产品的加工质量要求，同时提高了生产效率，进一步提高了转向架的制造水平，同时为轴箱体装夹定位及深槽端面加工积累了经验。
图1 信息系统是生产线的总控制台，主要进行加工程序编辑、作业管理、刀具管理等。 加工系统由5台NH63000DCGII主机设备组成。5台设备分别按照1号机、2号机、3号机、4号机及5号机依次布置，在1号机带有U轴刀具。每台设备的刀具容量为100把，具有在线检测、刀具破损检测等功能。 物料输送系统由上、下两层托盘架共48个托盘位、3个装工位及1条托盘自动运输线组成。轴箱体生产线根据生产需求，配备了32个安装工件工装的托盘。物料输送系统根据总控制台的作业安排将托盘送至托盘位、装卸工位及5台设备待加工位。 2.加工特点： 轴箱体加工特点为：①轴箱体通过一、二工位两次夹，完成全部尺寸加工。②根据生产要求，可进行多个产品并行生产加工。③轴箱体生产线在各工序加工刀具满足使用要求的情况下，可实现连续工作、无人自动作业。④在设定好加工计划后，针对临时加急生产计划，在总控制台进行计划优先调整，可方便应对生产突发状况。 3.产品情况： 产品材质为ZG25MnNi，属于铸造件，轴箱体抗冲击性能、拉伸及延展性等力学性能高，但存在砂眼、硬点、夹砂及焊修硬点等铸造缺陷，此类缺陷易损坏刀具，降低刀片的耐用度，影响工件加工精度。 4.工艺特点： 根据公司配套经济化要求，轴箱体外供来料毛坯粗加工后，单边留量1.0～1.5mm，在轴箱体柔性加工生产线上加工时，根据工装设计需要，部分粗加工留量定为工艺定位尺寸，规定了配合公差。 5.加工过程： 所要加工的轴箱体如图2所示。采用两工位装夹，完成全部尺寸加工要求。图2 轴箱体立体图 （1）一工位平装。轴箱体平放，使用来料粗加工后的内孔，利用一面两销定位夹紧方式（见图3），加工完成弹簧圆柱及底面、清障面、轴温检测器、时时轴温传感器安装座各部尺寸、减振器座、注油孔各部尺寸，并钻攻此工位各部;纹孔。图3 平装夹具示;图 （2）二工位立装。采用弹簧面的50mm圆柱及底平面与节点端得活动定位来装夹工件（见图4）。加工完成轴承孔孔径及两端面、节点孔及两端面各部尺寸、钻注油孔内侧倒角，并钻攻此工位各部螺纹孔。图4 夹具示意图 6.加工工艺难点： （1）时时轴温传感器安装座加工：为保证高速动车组行车安全，随时检测轴箱轴承装置在运行过程中的温度变化，避免轴箱轴承装置温度过高而造成行车安全隐患，250km动车组轴箱体在200km动车组轴箱体的基础上增加了时时轴温传感器装置，设计了时时轴温传感器安装/。 时时轴温传感器安装座与轴箱体轴承孔与节点孔中心线夹角为35°，安装座2个M16－6H螺纹孔深48mm，螺纹有效长度43mm，与之配合的传感器螺栓精度为6g，配合间隙小于0.02mm（见图5）。因中心夹角为35°，造成加工空间较窄，数控设备加工过程中主轴与节点孔外/产生干涉，因此需采用加长刀具解决。但刀具加长，铣面过程中刀具振动，加工面表面粗糙度值超差。螺纹旋合长度大，较难保证配合精度，面铣刀、丝锥刀体的选用为此工序的难点。图5 轴温传感器座示意图 （2）轴承孔各部加工：轴承的孔端面以及孔内各尺寸（φ235+0.046+0mm、φ230+0.044+0.015mm）、形状和位置精度要求高，圆度0.02mm，圆柱度0.02mm，垂直度0.02mm，节点端面对轴承端面垂直度0.05mm，节点孔对端面垂直度0.05mm。轴承孔的设计尺寸要求如图6所示。图6 要满足轴箱体的加工精度要求，既需要先进的加工设备、合理的工装，又要由正确的工艺方法保证。在满足各项加工要求的情况下，同时要兼顾生产效率、保证生产进度，满足生产需求。7.安装座加工工艺分析及问题的解决： 时时轴温传感器安装座加工工艺为：铣安装面→钻螺纹孔底孔→倒角→攻2个M16－6H螺纹孔。加工过程中，因主轴和轴箱体易产生干涉，通过刀具选用及编辑程序时使用合理的切削参数来解决。 （1）铣安装面：选用φ63mm加长面铣刀粗精加工，φ63mm面铣刀半径小，可提高主轴转速，减少每齿进给量，降低刀具振动，提高减振器表面质量。 （2）钻纹孔底孔：因使用加长夹持钻头刀杆，钻孔过程中易造成底孔偏大，钻孔攻螺纹后，虽塞规检测合格，但螺纹孔中径超差，出现产品质量问题，导致工件报废，因此螺纹孔底孔采用φ13.8mm内冷钻头啄钻钻孔指令加工。φ13.8mm钻头直径稍小于螺纹孔中径要求，可以避免中径超差问题；内方式切削液充分冷却，降低钻头磨耗；啄钻钻孔指令G83及时排屑，防止切屑缠绕造成孔径超差，Q参数变化可控制钻屑大小及加工效率。 （3）倒角：此加工程序中应用了破损检测指令M103，破损检测指令作用是检测钻头的长度，防止因钻头破损，钻孔深度无法满足攻螺要求而造成质量问题。 （4）攻螺纹：采用刚性夹头夹紧丝锥，中间增加弹性夹套。 此方法避免了攻螺纹过程中因异常情况造成螺纹孔质量问题，提高了螺纹孔的加工精度。 通过分析研究，选用合理的刀具、编辑正确程序及使用合理切削参数，解决了时时轴温传感器安装座加工过程中出现的问题，满足了该部位全部尺寸的加工设计要求。 8.轴承孔加工工艺分析及改进： 此工位将一工位加工的弹簧圆柱及底面为定位销、面，节点面活动销定位，而工件定位夹紧后，需将活动定位销走，此定位方式能保证完全定位（见图3）。 （1）原因分析。轴承孔加工后检测尺寸合格，加工全部尺寸后，送三坐标检测轴承孔，发现孔尺寸、圆度和圆柱度超差。分析其主要原因为：①轴承孔外壁形状不相同，切削参数不合理造成。②装夹方式错误造成。 （2）工艺改进。通过选用TCGT110208EL、TCGT110204EL、TCMT090204－24、TCMT110208－PF4、TCGT110208EL带涂层和TCMT110208－24共6种精镗刀片，转速n=200～300r/min，进给量f=0.14～0.20mm/r，背吃刀量ap=0.14～0.20mm（直径方向0.28～0.40mm）。经验证，发现TCMT110208－24刀具结构设计合理，硬度较高，该刀片使用切削参数为：转速n=250r/min，进给量f=0.16mm/r，背吃刀量ap=0.15mm。1个刀片角可以加工达到尺寸、表面粗糙度值要求的5个轴箱体，但加工后去除夹紧力，轴箱体内孔仍然变形。 进一步分析装夹方式，发现加工采用压板压紧轴承孔外侧，加工后去除夹紧力，轴箱体内孔变形，因此其装夹定位方式存在不合理性，造成轴承孔尺寸、圆度和圆柱度超差。 重新改进二工位装夹定位方式（见图7），利用工件减震器安装孔短销定位，清障面4×M20螺纹孔夹紧，增加轴箱小端工艺定位面。采用苟ㄎ蛔凹蟹绞剑轴箱体轴承孔无压紧力，加工后无变形现象，加工尺寸满足设计要求。图7 改进后的二工位装夹定位示意图 9.止推面加工工艺分析及改进： 轴承止推面与轴承孔中心线垂直度为0.02mm，常规加工方法是选用同一把三面刃铣刀（见图8a）分两刀t、精加工完成。三面刃铣刀刀片材质为WKP35，属镀层硬质合金类材质，刀片型号为LNMU100508－F57T，根据ISO1832－2004切削刀具用可转位刀片——名称与符号，分析三面刃铣刀刀片参数（见附表），三面刃铣刀刀片呈正方形，无后角和主偏角，刀片偏差大，属于粗加工类刀具，因此无t有效地满足止推面的加工要求。图8a
图8b
图9 10.结语： 在后期的轴箱体批量生产中，改进后的装夹定位及新刀具使用满足了产品的加工质量要求，同时提高了生产效率，进一步提高了转向架的制造水平，同时为轴箱体装夹定位及深槽端面加工积累了经验。