『壹』 測力輪對的工作原理
要想跑得快又穩，高鐵動車輪對加工工藝應該這么優化
金屬加工
2016-10-19 · 金屬加工雜志官方賬號
對國內CRH型某動車組用測力輪對加工工藝進行分析，尋找工藝薄弱環節，制定合理的工藝方案和工藝措施，保證輪對加工質量並提高生產效率。
輪對承載車輛全部重量，且在軌道上高速運行，同時承受著從車體、鋼軌兩方面傳遞來的其他各種靜、動載荷，受力極其復雜，是影響車輛運行安全性的關鍵部件之一。隨著近年來軌道交通行業的迅速發展，新型產品越來越多，輪對加工變得越來越復雜，難度加大。如何在現有資源下優化加工工藝，降低生產成本顯得尤為重要。本文通過對國內CRH型某動車組用測力輪對加工工藝進行分析，針對加工難點設計專用工裝，通過現場工藝驗證，不僅保證了產品質量，而且提高了生產效率。
1. 輪對加工難點分析
圖1 測力輪對結構圖
國內CRH型某動車組測力輪對結構如圖1所示，主要由車軸、車輪組成。加工難點為輪對穿線孔的加工。圖2所示包括車輪4個φ 12mm斜孔及車軸階梯深孔的加工。在機床沒有自動分度萬能頭的情況下，加工難度大，孔角度及位置難於保證，且易使鑽頭斷裂，造成輪對報廢，加工效率低。通過工藝改進設計專用工裝，使其能夠滿足測力輪對的裝夾，並且使輪對穿線孔加工變得簡單。
圖2 測力輪對加工示意圖
2. 工藝改進措施
針對測力輪對穿線孔加工難點，提出以下改進措施：①設計專用工裝，將車輪穿線孔斜線加工轉化為垂直加工。②根據孔加工精度，合理選用刀具；設計莫氏錐柄超長麻花鑽，滿足車軸φ 30mm深孔的加工。
（1）工裝設計。工裝設計主要考慮使穿線孔斜孔與機床主軸平行，斜線加工轉化為垂直加工。為了滿足不同型號測力輪對穿線孔不同角度的問題，工裝設計一個角度可調節裝置，使不同角度穿線孔都可以轉化為垂直加工。圖3a所示為工裝傾斜狀態時的結構示意圖，組成包括定位支撐裝置5和角度調節裝置10。其中定位支撐裝置5具有一對支撐臂2和8，支撐臂具有容測力輪對4放入的V形槽以及用於壓緊測力輪對4的壓緊裝置3和6，其中一端的支撐臂設有定位端面，另一端支撐臂設有軸向調節裝置7，定位支撐裝置5中部向下伸出，並通過圓銷11與角度調節裝置10轉動聯接，角度調節裝置10的兩側分別設置有與定位支撐裝置5聯接的支撐頂鎬1和9。定位支撐裝置5與角度調節裝置10的聯接處設置有與定位支撐裝置5固定的下平面。角度調節裝置上刻有等長的刻度線，定位支撐裝置水平放置時，下平面與刻度線平行，如圖3b所示。當需要加工穿線孔與車軸成α夾角的測力輪對時，調節支撐頂鎬，使下平面在角度調節裝置的刻度線上高低差a＝b×arccotα即可，其中，b為調節裝置上刻度線長度。
圖3 測力輪對加工工裝結構示意圖
1、9.支撐頂鎬 2、8.支撐臂 3、6.壓緊裝置 4.測力輪對 5.定位支撐裝置 7.軸向調節裝置10.角度調節裝置 11.圓銷
本工裝角度調節裝置可使不同型號測力輪對穿線孔不同角度斜線加工轉化為垂直加工，採用V形塊及一端端面定位方式，可滿足軸徑不同、軸長不同測力輪對定位，工裝定位裝夾極其簡便。
（2）刀具的選用。車輪φ 12mm穿線孔切深145mm，選用進口EX黃金鑽頭（型號為EXGDXL12×250），該鑽頭具有高剛性槽型，能將切屑分斷得細小均勻，實現高效高精度加工，大大提高了可操作性和安全性。車軸φ 30mm底孔切深410mm，設計莫氏錐柄超長麻花鑽，切削部分按照國標GB/T 1438.4—1996加工，切削部分長度不小於420mm（見圖4）。
圖4 莫氏錐柄超長麻花鑽
3. 加工及效果驗證
（1）車軸階梯穿線孔加工。工裝定位支撐裝置水平放置，清除圖5所示工裝軸頸貼合面螺栓孔內雜物，按圖6將吊帶套住軸頸兩端起吊輪對，同時在車軸與工裝斜面間插入銅片進行防護，為防止壓板對軸頸造成劃傷，在車軸軸頸和壓板間放入銅片防護後再鎖緊壓板螺母。將直角銑頭旋轉到0°，探頭對車軸軸頸外圓和車軸端面進行采點，計算車軸軸頸外圓圓心和車軸端面坐標值，將坐標值輸入機床原點坐標系中，按照表1所示加工參數完成0°端車軸穿線孔加工。180°端只將直角銑頭旋轉180°，重復上述加工步驟即可。
圖5 清除工裝軸頸貼合面螺栓孔雜物
圖6 輪對吊裝
（2）車輪φ12mm穿線孔加工。由於車輪φ12mm穿線孔與車軸中心夾角成60°，根據三角函數關系a＝b×arccot60°，計算出工裝兩支撐點高低差a，調節支撐點滿足高低差要求，使穿線孔與機床主軸平行，斜線加工轉化為垂直加工。用中心鑽對車輪外端兩邊緣刻線進行對線，要求兩邊輪緣刻線、注油孔中心在同一Z向平面上，按照表2所示加工參數加工一個φ12mm穿線孔，加工完成後將車輪旋轉180°，重新對線後完成另一個φ12mm孔的加工。另一端車輪兩個φ12mm穿線孔的加工，只需將輪對旋轉180°重新落裝，重復以上加工步驟即可。
（3）效果驗證。通過設計輪對穿線孔加工工裝，很好地解決了輪對加工受機床附件頭限制的影響，在沒有萬能銑頭的情況下， 將斜線加工轉化為垂直加工，工裝定位裝夾極其簡便；軸頸與工裝V形塊、壓板間增加銅片進行防護， 避免了軸頸在壓緊過程中造成劃傷；選用合適的刀具及加工參數，保證了穿線孔的尺寸及位置精度。通過工藝改進，在輪對加工質量得到保證的前提下，生產效率得到很大的提高。
4. 結語
在對輪對加工工藝進行整體分析後，找出工藝難點，在現有資源條件下，通過完善工藝手段，保證了產品質量，降低了生產成本。作為工藝人員，在工藝准備、工藝實施及工藝改善過程中，必須細致、謹慎地做好每一步工作，才能制定出嚴謹且合理的工藝流程。