悬挂式单轨轮对加工工艺.pdf

2023年 第9期 冷加工25工艺方案Technique Solution悬挂式单轨轮对加工工艺金显贺太原重工轨道交通设备有限公司山西太原030032摘要：介绍悬挂式单轨轮对开发过程中的关键零部件制造工艺及轮轴压装技术，通过对特殊结构车轮、带端齿车轴加工工艺和单轨轮对压装技术的研究，以及车轴表面镀钼后磨削加工参数的控制，经小批量生产，验证工艺设计的科学性及创新性，实现了特殊结构轮、轴产品的加工及组装。关键词：悬挂式轮对；关键零部件；车轴；锥面直齿；车轮；磨削；压装1 序言目前国内大多数城市在发展轨道交通时，将车辆从地面移至空中，有跨坐式和悬挂式两种类型。悬挂式单轨交通不仅不影响地面交通和行人，而且建设成本相对地铁和跨坐式单轨更低，从而具有特定的优势1。现对悬挂式单轨轮对中车轮、车轴及轮对组装的结构特点进行工艺分析，对工艺系统及过程参数进行合理设计，通过小批量生产，验证工艺设计的科学性及创新性。2 车轮加工工艺2.1 车轮结构及工艺分析车轮滚动圆直径为860mm。车轮结构（见图1）特殊，内、外侧轮辋直径处需加工燕尾槽结构的降噪槽，燕尾槽处要铣削豁口2。因车轮波形辐板的特殊性，导致外侧燕尾槽的加工空间有限。车轮结构的特殊性是车轮的加工瓶颈。2.2 车轮加工流程车轮加工流程为：毛坯车轮粗加工车轮本体精加工车轮燕尾槽加工铣削燕尾槽豁口。2.3 工艺方案设计1）因车轮结构的特殊性，故需要设计非标车削刀具。在型号选择过程中，经过在CAD图中反复模拟走刀、退刀路径，最后在保证刀杆刚性与加工燕尾槽走刀空间安全的情况下，确定刀具结构3。燕尾槽加工路径及刀具如图2所示。2）对于铣削豁口工序，需要在立式加工中心进行主轴动力转化。鉴于产品为试制项目，交货数量仅为8件，如果考虑配备相应的动力转化接头，则成本太高，故本次小批量加工本工序时，使用T形铣刀，加工后对过渡部位进行手工打磨处理，最终以样板检测形状合格为准。经过上述工艺方案设计，并且在加工过程优化数控加工程序，完成了燕尾槽的车削加工。经检测，8件车轮完全合格。图1 车轮结构II2023年 第9期 冷加工26工艺方案Technique Solution3 车轴加工工艺3.1 车轴结构车轴结构特殊，一侧端面为锥面直齿，车轴表面镀后需进行磨削加工，交货要求镀钼层厚0.2mm。车轴尺寸如图3所示，轴孔压装直径为135mm（压配合）。成品车轴如图4所示。3.2 车轴加工流程车轴加工流程为：毛坯锯切两端粗加工外圆内孔加工铣、磨端面齿精加工外圆表面镀钼 磨削镀钼层。3.3 车轴结构工艺分析车轴端面齿为锥面直齿结构（见图5），尺寸如a）粗加工路径b）精加工路径1c）精加工路径2图2 燕尾槽加工路径及刀具图3车轴尺寸2023年 第9期 冷加工27工艺方案Technique Solution图6所示。常规齿加工可在立式加工中心上进行滚齿或铣齿，而该产品为在车轴端面上加工锥面直齿，若采用滚齿加工，则需在四轴联动设备上进行4，因考虑到产品为小批量试制，故选择卧式加工中心进行铣齿加工。图5 端面齿3.4 端面齿加工工艺方案根据端面齿参数（见表1），加工过程使用V形架支撑，分中棒找正对中后测量轴向圆跳动，保证端面的垂直度0.1mm。为保证铣削后表面粗糙度值Ra达到3.2m，铣齿分粗铣、精铣两步进行5，粗铣采用3mm铣刀去除余量，之后采用2mm（倒圆R0.5mm）铣刀精铣。由于刀具吃刀量要求小，因此需要加工的次数多，加工效率低。表1端面齿参数参数数值齿数/个24齿顶锥角/（）10.20.166齿槽夹角/（）400.166齿根宽度/mm3.01齿根锥角/（）10.37齿面净宽/mm4.815齿根半径/mm0.63.5 磨削加工参数控制表面镀钼可强化车轴表面质量，增强表面的耐磨性。车轴交货要求表面镀钼层达到0.2mm。相较常规车轴磨削，镀钼后的车轴表面磨削时，砂轮消耗明显增大。车轴磨削前，镀钼层厚0.5mm，单边预留0.3mm磨削余量，磨削加工后，尺寸、形状公差及表面粗糙度均满足要求。图4成品车轴图6端面齿尺寸2023年 第9期 冷加工28工艺方案Technique Solution4 轮对压装工艺分析及压装方案轮对结构及其压装如图7所示。该轮对为单轮压装，方式为贴合压装，曲线按EN 13260标准判定（除贴合段外）。要求：0.135mm压装过盈量j 0.263mm，轮轴压装力459783kN，轮位尺寸（轴端非齿端至轮辋距离）（134.50.5）mm。在某压装机压装存在以下问题：定位尺寸公差要求小，压装机无法测量车轮压装到位距离，且压装无挡肩固定，不能实现自动压装，需要制作专用工装。车轮压装用止压盘如图8所示。车轴总长短，超出压装机行程，需要制作专用压块。车轮压装专用尼龙导引如图9所示，专用压块如图10所示。图7 轮对结构及其压装图8车轮压装用止压盘 a）主视 b）俯视图10车轮压装专用压块图9车轮压装专用尼龙导引按上述工艺方案加工8件车轮、8片车轴，压装8条轮对。车轮压装装配形式如图11所示。经各项检查后，产品完全满足交货要求。压装曲线如图12所示。2023年 第9期 冷加工29工艺方案Technique Solution5 结束语悬挂式单轨轮轴开发项目的主要难点是特殊结构的轮、轴产品加工及单轮轮对压装技术。为实现特殊结构的轮、轴加工及组装，制定了适应该种结构产品的新型加工工艺方案。1）针对车轮结构的特殊性，设计非标车削刀具，在型号选择过程中，经过在CAD图样中反复模拟走刀、退刀路径，最终在保证刀杆刚性与加工燕尾槽走刀过程有安全空间的情况下，设计了适应产品结构的刀具，绘制刀具图样，确定其型号。2）对于车轮铣削豁口工序，按照加工工序集中、减少装夹次数的原则，需要在现有的立式加工中心进行主轴动力转化，即配备动力转化接头，以实现加工全过程。但是该项目为试制项目，成本太高，于是最终决定使用T形铣刀加工，加工后对过渡部位采用手工打磨方式处理，配合以形状样板对其进行形状检测，从而保证产品质量。3）车轴端齿加工过程使用V形架进行支撑，分中棒找正对中后测量轴向圆跳动，保证端面的垂直度0.1mm。为保证铣削后表面粗糙度值Ra达到3.2m，铣齿加工分粗铣及精铣两步进行，粗铣采用3mm铣刀去除余量，之后采用2mm（倒圆R0.5mm）铣刀精铣。由于刀具吃刀量要求小，因此需要加工的次数多，加工效率略低。4）车轴交货要求表面镀钼层达到0.2mm。车轴磨削前，镀钼层厚0.5mm，单边预留0.3mm磨削 余量。5）车轴总长短，超出压装机行程，设计并制作了专用压块。通过对新型产品的工艺开发，经过小批量生产验证，实现了该种异形高精度轮、轴的加工及单轮轮对压装，为开展相关工艺的研究积累了经验。该工艺的不足之处在于车轴端齿加工效率较低，今后需要在批量生产过程中对设备型号、刀具型号及切削参数等进行优化验证，择优选择，提升该特殊类型高精度轮轴产品的加工效率。参考文献：1 刘吉远，陈雷.铁路火车轮轴技术概论M.北京：中国铁道出版社，2009.2 韩鸿鸾，张秀玲.数控加工技师手册M.北京：机械工业出版社，2005.3 太原市金属切削刀具协会.金属切削实用刀具技 术M.北京：机械工业出版社，1992.4 闻邦椿.机械设计手册M.北京：机械工业出版社，2010.5 杨叔子.机械加工工艺师手册M.北京：机械工业出版社，2001.20230610图11车轮压装装配形式图12压装曲线专家点评文章介绍了悬挂式单轨轮对的制造工艺及轮轴压装技术，对车轮、车轴及轮对组装的结构特点进行工艺分析，通过车削燕尾槽和铣削豁口加工方案，打破了车轮加工的瓶颈；通过端面齿加工方案和镀钼后磨削参数的控制，保证了车轴加工精度；通过制作专用压块，实现了轮对压装；通过小批量生产，验证了工艺设计的科学性及创新性，实现了特殊结构轮、轴产品的加工及组装。