高 珍

（中車北京二七機車有限公司，北京100072）

0 引言

邊坡清篩機是一種用于鐵路邊坡道碴養(yǎng)護作業(yè)的機械，它能夠一次實現(xiàn)對軌道兩側邊坡的挖掘、清篩、回填、整形作業(yè)及污土拋送，從而改善道床邊坡的彈性、排水性能，恢復道床的承載能力。它由裝載車和篩分車兩節(jié)車編組構成，裝載車有兩個動力轉向架，篩分車有兩個從動轉向架。

動力轉向架以目前中國鐵路大批量應用的通用貨車主型轉向架——轉K6型轉向架為基礎，在兩車軸上安裝齒輪箱并加裝單元制動裝置。輪對組成需符合TB1010的要求，其中帶動力裝置的轉向架采用適應裝用齒輪箱的車軸，車軸材質為LZW50鋼。

由于動力轉向架車軸是轉向架重要零部件之一，它承載著整車走行的動力傳遞，而且承受著來自輪軌的沖擊，受力十分復雜，許多鐵道車輛的燃軸事故和車軸冷切事故都與車軸的加工質量有關，其加工尺寸直接影響到車軸上零部件的裝配，因此保證車軸的加工質量極為重要，有必要對車軸加工的工藝進行分析。本文總結了邊坡清篩機動力轉向架車軸經過不斷改進后、已經大批量投入生產的成熟工藝，并重點針對加工難點進行了分析，給出了建議。

1 邊坡清篩機動力轉向架車軸結構

邊坡清篩機動力轉向架車軸屬于典型的長軸類，其結構如圖1所示。

圖1 邊坡清篩機動力轉向架車軸結構圖

2 動力轉向架車軸零件各主要部分的作用及技術要求

加工成型的車軸軸身上需要安裝齒輪箱、車輪及兩端軸承，如圖2所示，其位置精度較高。

圖2 輪對裝配圖

（1）φ150+0.068+0.043是安裝滾動軸承的支撐軸頸，是車軸安裝的基準，其他各結合面對支撐軸頸應有相互位置精度要求，而且車軸的回轉精度與兩支撐車軸的質量有關，其圓柱度不超過0.01 mm，圓跳動不超過0.05 mm。

（2）在φ210+0.33+0.31軸段上安裝車輪，是承載整個轉向架的全部重力的部分，為保證車輪轉動平穩(wěn)，其圓柱度和圓跳動都不超過0.03 mm。

（3）在φ224-0.025-0.061和φ230.823±0.013軸段上安裝齒輪箱，這部分是由Loram公司組裝，φ224-0.025-0.061安裝軸承，在φ230.823±0.013軸段上安裝齒輪，傳動運動和動力，為保證齒輪平穩(wěn)轉動，其圓柱度都不超過0.015 mm，圓跳動不超過0.03 mm。

（4）連接各軸段的圓弧大部分是由兩個不同半徑的圓弧相接而成的，結構復雜，粗糙度不大于Ra0.8。

3 工藝分析

（1）為了在加工過程中保持較好的位置精度，遵循基準統(tǒng)一的原則，以車軸兩端中心孔為加工基準，并且為了提高加工精度要不斷修整中心孔。

（2）為了滿足批量化制造，同時用工藝保證車軸加工質量，分粗、半精、精加工三個工藝過程，并細化工序。

（3）為了防止車輛在使用過程中發(fā)生車軸斷裂等事故，要求加工好的車軸各表面不允許有裂紋，其內部不允許存在夾碴等缺陷，因此要采用表面磁粉探傷、內部超聲波探傷工藝。

4 工藝方案的選擇

通過對圖紙進行初步分析，不難發(fā)現(xiàn)該零件為典型的回轉類零件，通過車削和磨削加工即可成活。

如圖3所示，從生產成本角度而言，小批量生產時采用普通車床、磨床等通用機床加工是有利的，但是對于中批量生產則應采用專用機床、專用設備和工模具，以減少加工工時。

而結合車軸的特點，由于車軸軸段多，圓弧相對復雜，用普通車床加工難度大，且很難一次性加工成型，因此采用數(shù)控車床加工的方式。車軸加工工藝如表1所示。

在采用數(shù)控車床加工時重點解決了以下難題：

圖3 產量與成本的關系

表1 車軸加工工藝

（1）刀具。選擇刀具一般應遵循以下原則：1）盡量減少刀具數(shù)量；2）一把刀具裝夾后，應加工完其所能加工的所有部位；3）粗精加工的刀具應分開使用，即使是相同尺寸規(guī)格的刀具；4）在可能的情況下，應盡可能利用數(shù)控機床的自動換刀功能，以提高生產效率等。根據以上原則，結合邊坡清篩機車軸軸段多，軸段之間的間距較小的特點，選擇MTJNL3225P22M1和DCLNL3232P12分別用于正刀精車和正刀起臺，選擇兩把相同的MTJNL3225P22M1分別用于反刀精車和反刀起臺，此類型刀具安裝調整方便，剛性好，耐用度和精度高，切屑的斷屑性能好。

（2）夾具。由于車軸長且回轉精度高，數(shù)控車床夾具使用通用的三爪自動定心卡盤裝夾工件，同時采用兩頂尖方式夾持，兩次裝卡成活，以此來保證工藝系統(tǒng)的剛度和定心精度。

（3）合理選擇加工路線。在進行數(shù)控編程時，依照邊坡清篩機車軸粗車時的余量——徑向直徑余量5 mm，軸向余量5 mm，圓弧段的余量較大，所以確定先起臺即車除圓弧處較大的余量，再進行半精車、精車，保證被加工工件的加工精度和表面粗糙度。同時，在程序編制期間通過數(shù)控仿真軟件模擬車床的加工路線，巧用起刀點、巧設換刀點，合理安排“回零”路線，不斷對走刀路徑進行優(yōu)化，力求使加工路線最短，以減少程序段和空行程時間。

（4）合理選擇切削余量。切削速度的提高，會使刀刃的溫度急劇上升，刀具的機械、化學、熱磨損加劇，刀具的壽命也將大大縮短；增大進給量也會引起切削溫度的上升，同樣也會造成刀具的磨損。因此，在加工過程中，根據邊坡動力車軸的精度、硬度和所選刀具的硬度等因素合理選擇切削用量三要素，盡可能使用較大的持刀深度和進給量。

最終使用的各項技術工藝參數(shù)如下：

（1）主軸轉速220 r/min，最高限制轉速1 500 r/min。

（2）起臺：切削深度4 mm，軸向進給量0.7 mm/r，進給倍率100%。

（3）半精車：切削深度2 mm，進給量0.5 mm/r，進給倍率70%。

（4）精車：切削深度0.5 mm，圓弧進給量0.3 mm/r，端面進給量0.5 mm/r，需精磨外圓的進給量0.5 mm/r，進給倍率70%。

在數(shù)控車床使用的刀具、夾具、數(shù)控加工工藝路線、進給量確定好之后，將車軸數(shù)控加工程序輸入到微機，經數(shù)控車削一次加工成型，經檢測各軸段的軸向尺寸、圓弧均符合圖紙要求，各軸段的徑向剩余磨量均等。

由于在車削加工期間保證了車軸的重要尺寸，磨削加工的難度大大降低，采用傳統(tǒng)的磨削方式就可完成車軸成品的加工。

在車軸加工完畢后，為防止有裂紋、縮孔等缺陷，影響車軸裝車使用，還需用超聲波探傷儀和磁粉探傷機對車軸的內部和全表面進行探傷。

5 結論和建議

（1）結合車軸的特點——零件外形復雜，采用數(shù)控機床加工方式比普通機床具有明顯的優(yōu)勢。加工出來的車軸精度高，尺寸一致性好，質量比較穩(wěn)定。

（2）數(shù)控機床的自動換刀功能和工件兩次裝夾就能完成多道工序的連續(xù)加工，減少了半成品的周轉周期，大大提高了生產效率。

（3）結合公司生產產品的特點，對于多品種、小批量生產且精度、表面粗糙度要求高的零件或新產品試制中的零件，采用數(shù)控機床加工方式，在保證產品質量的同時也能節(jié)約生產成本。

總之，在數(shù)控機床采用上述開發(fā)工藝成功實現(xiàn)了首臺車的車軸加工，固化形成的工藝及工裝夾具投入到了后續(xù)的27列邊坡清篩機的車軸加工中，經驗證，車軸加工合格率100%，為公司參與市場競爭提供了可靠的技術手段，也為邊坡清篩機在各路局的良好運用提供了可靠保證。

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