抱轴箱加工工艺分析与胎具的改进

PAGEPAGE2抱轴箱加工工艺分析与胎具的改进姓名：宋继勇大连机车车辆有限公司机二车间2011年6月30日滚动抱轴箱体加工工艺与胎具的改进[摘要]一个完整的工件从毛坯加工为成品，需要各个方面的准备，包括：性能良好的机床，完整科学的加工工艺，定位精准的工装胎具，简便实用的刀具。身为一名机械加工操作者，对待产品加工的时候，要尽量的在保证工件的公差尺寸要求的前提下通过各种有效的手段去提高生产效率，降低生产成本，减少工人的劳动强度，尽可能的去扩大利润，降低成本。[关键字]：滚动抱轴箱体、一体式工装、销孔定位、加工工艺[前言]：滚动抱轴箱体（以下简称抱轴箱）是属于机车走行部的工件，安装在轮对中间的车轴上，属于转向架组装中的高精度要求部件，其质量的好坏对机车质量有非常重要的影响，其中又以抱轴箱的孔与孔之间公差要求最为严格，因为重点加工部位多为孔径，所以其加工部位的特殊性以及图纸技术要求决定了对其加工必须一步到位，不能够反复对其进行返修处理，否则必然无法保证各个孔的公差要求。具体外型形状与内部尺寸要求以及技术要求如下：抱轴箱体图（一）一、钢板焊接胎具改成铸造一体胎具抱轴箱图纸尺寸要求很高，跳动度要求达到0.05mm。经过试制并检测发现平行度、对称度、同轴度、表面粗糙度、跳动量普遍存在超差现象，通过分析得出以下几条影响产品质量的主要原因。机床—车间用来加工抱轴箱的机床经过多年使用，精度已经有所下降。工装—目前使用工装为钢件焊接结构，刚性差，为最大影响因素。针对以上两条主要原因，如果从第一条机床入手解决，会耗费相当大的时间和成本；所以应该从工装上入手解决。工装胎具一般有两种，一种为钢板焊接胎具：另一种为铸造一体式胎具。钢板焊接胎具在生产加工中为最常用的工装组合方式，是通过将板件简单的通过焊接方式连接在一起，然后对需要加工的基准面进行加工处理。钢板焊接胎具具有结构简单，制造方便以及制造工期短的优点，但是相应的也有很多的缺点：1、由于是钢板焊接，胎具底面即基准面容易发生变形；2、胎具上的几个定位基准由于是焊接组合在一起的，时间长了会产生变形，各个定位基准也就不平行和垂直，进而影响了加工工件的精度要求；3、在生产加工中，由于胎具是板件焊接，各个支撑点都比较单薄容易产生震动，这样加工出来的工件容易在吃刀量稍大的时候对表面粗糙度造成影响，容易因为工装的震动而使加工面产生缺陷；由于以上不足，加工出来的工件，平行度、对称度、同轴度、表面粗糙度、跳动量都互相产生了影响，所以产品的合格率必将受到影响，进而影响生产效率。铸造一体胎具则是先用铸造方式铸造出毛坯，整个工装为一个整体，胎具在加工前，先回火处理，最后进行时效处理，去除它的内部应力，这样处理后的胎具不会因为内部应力的影响而再次变形，然后到数控加工中心进行加工，一次性完成所有的加工尺寸。铸造一体的胎具缺点在于加工工艺复杂，加工周期长，并且比较沉重，不利于重复安装实用。但是铸造一体的胎具在加工中心加工后的平行度、垂直度都可以得到保证。为了便于两种工装胎具使用效果的对比，我们对两个工件分别用两种胎具加工199±0.05、162.5EQ\S(+0.035,0)尺寸进行测量的结果如下：X=199±0.05（钢板焊接）Y=162.5EQ\S(+0.035,0)X=199±0.05（铸造一体）Y=162.5EQ\S(+0.035,0)199.0843162.6087199.0320162.5207199.0800162.5889199.0293162.5192199.0924165.5904199.0376162.5184199.0926162.5695199.0501162.5301199.1105162.5645199.0174162.5096199.1081162.5547199.0228162.5001199.0979162.5616199.0307162.5173199.0962162.5932199.0428162.5191以上两组数据可以清晰表明铸造一体式胎具加工出的工件的公差要求要远远优于钢板焊接式胎具。实践证明钢板焊接胎具出现的不足，在铸造一体式胎具上都可以得到有效解决。二、改进抱轴箱与胎具的定位方式传统的工件与胎具的连接方式为通过螺柱联结，然后通过压板定位，这种连接方式的好处为组成简单，操作方便。但是不足之处也很明显，没有过多的调节手段，只能通过压板的拧紧力来控制各个方向的自由度。抱轴箱体图（二）针对这个特点，在研究了抱轴箱的特点后，发现在抱轴箱的底面有两个键槽，一个平行于轴线（即I），另一个垂直于轴线（即II）。这两个键槽在转向架装配中用与安装其他工件，因此对其的表面粗糙度有一定的要求，所以可以在胎具上加工出跟其相互配合的台面，再利用其工件自身的4个螺栓孔，找好相关位置后在胎具上加工相应的螺栓孔，则成功限制了两个方向的自由度，最后把紧螺栓，X、Y、Z三个方向上的移动和转动的自由度全部被限制。工件处于完全定位状态。完全可以保证工件的定位精度和加工精度。根据这种设计的思想所设计的工装简图如下：工装胎具图（三）工件工件胎具工作状态简图（四）为节约成本和方便后续工装制作工序，非关键部位采取减重设计。关键定位件采用45号钢调质处理进行制作，定位面采取磨削加工，以确保其精度。后续组装过程严格控制尺寸精度，以确保工装对产品的精确定位，提高加工精度。三、改进抱轴箱胎具与工作台接合方式上面所讲述的方法是抱轴箱与胎具的定位方式，还有一个是改变胎具与工作台面的接合方式。在批量进行抱轴箱加工时，由于最主要的技术要求就是孔与孔之间的同轴度要求，公差要求为0.02mm，此要求特别严格，所以每次加工抱轴箱的时候，胎具都需要重新装夹，所有的坐标原点（X轴零点、Y轴零点、Z轴零点、W轴零点）都需要重新进行测量，测量完以后还要进行X轴与Y轴的同轴度检测，因为抱轴箱的两端的孔径是利用工作台的旋转加工完成的，这样一来工件两端孔径在X轴方向上的零点有两个，这两个零点保证抱轴箱的同轴度要求，为了达到要求在每次上胎具以后都要用工件先加工一个尺寸到其他车间利用三坐标测量仪进行检测，检测合格才可以再次加工，如若不然则需要重复上述步骤。因此每次上一次胎具都会浪费将近3天到一个星期甚至更长的时间，需要不断检测，不断调试，浪费了时间、精力、耽误了生产。但是如果把胎具固定在工作台的某一个位置上不动的话，虽然每次加工抱轴箱时，就不用需要再去进行测量胎具、检测半成品工件的工序，却会出现其他问题，因为这台机床并非专用机床，因此在加工其他工件的时候，由于胎具会占据一部分工作台的空间，那么就会影响到其他工件的加工。在经过几次试验后我们采取了一种新的定位方式，就是利用工作台上的四个工艺孔，选出在胎具底部的两个，事先将这两个孔的下半部分用铰刀配铰，钉入销子过盈配合，高度不高于工作台面，我们在这次加工完抱轴箱以后，先不要把胎具卸下来，用台钻在胎具与工作台上钻两个直径为10的销孔（计算好胎具与工作台工艺孔的尺寸）然后用销子压进孔内，这样只要把这次加工抱轴箱的坐标尺寸全部记录下来，等下次加工抱轴箱时只需要把胎具直接用销子定位在工作台的位置上，再用压板固定胎具，即可进行加工，然后直接调用上次各轴坐标即可进行加工，虽然由于不可知因素影响，第一个加工出来的工件还是要进行检测，但是这次检测可以说校验意义大于检测，因此可以在精加工，也可以在半精加工后进行，通过加工后的校验反馈来看，基本上第一个工件就可以达到图纸要求的同轴度要求。在以后几次加工中这种定位方法非常简便实用，节省了大量的胎具调试装夹和找正的时间，为完成生产任务奠定了基础。四、改进抱轴箱体的工艺在加工抱轴箱的试运行工艺中工序安排，依照正常的机械加工原则，首先进行端面加工，先用粗端铣刀对轴箱两端面进行半精加工，留量0.2mm，然后换槽铣刀把各个阶台孔的端面铣出来，留量0.2mm，再换端面精光刀把两侧端面精铣至要求尺寸，换槽铣刀把孔的各个端面加工出来，保证每个阶台面间的距离。然后用各种尺寸的双刃镗刀把每个孔留量φ0.6mm在加工完后在机床上进行测量的时候有几个尺寸，例如：φ358.775EQ\S(-0.025,-0.075),805EQ\S(0,-0.3)等尺寸，上述尺寸在进行加工以及加工后的校验中都在公差要求内，可是工件卸下之后以后再进行测量有的尺寸就会超差，而且都是在下差，经过仔细观察，毛病出现加工顺序不合理，加工后的热量没有有效进行释放，产生了热胀冷缩的现象，为了避免热胀冷缩的发生，现在把加工工艺的顺序颠倒，在本着先面后孔先粗后精的加工基本原则，首先，铣各个大端面留量，粗镗各孔，钻功两侧端面丝孔，然后再精铣每个端面，再精镗，最后再倒角。工序经过上述调整后，有效的解决了加工下床后尺寸变形的问题。五、减少抱轴箱体加工的刀具种类上述的改进后的工艺安排虽然从工艺角度上来看没有任何问题了，但是有一个缺点，就是刀具太多，加工端面粗精铣刀共4把，粗精镗孔共需要12把，钻孔攻丝加上其他刀具一共需要27把刀，才能完成一个完整的抱轴箱加工。由于刀具太多，换刀，磨刀等辅助时间大大延长，来回换刀也给操作者带来了很大的麻烦，首先每换一把刀需要机床停止，卸刀，然后人工将刀具搬下来，然后安装新的刀具，开动机床……每换一次刀具对操作者的体力就会造成一部分损耗。这样一天下来就只能加工出2件成品，远远达不到生产需要。由于加工机床是数控控制，具有其他加工设备不具有的先进性及属性特点，所以经过研究试验改变一下它的加工方法，即把直线进给改成曲线进给，利用一把φ80玉米铣刀，这样一把刀具接合数控机床特性即可完成端面粗精加工以及粗镗各孔径，精铣阶台孔端面则利用一把φ80，75°厚30mm的锯齿铣刀代替以前的槽铣刀，这样就可以减少了9把刀具，经过几次试验加工后发现，一把φ80的玉米铣刀完全可以完成工艺要求。利用坐标直接跑位加工，因此，现在只需要一把玉米铣刀用圆弧差补的方式可以把端面和半精孔全部一次加工出来，这样大大节省了辅助时间同事也节省了刀具损耗，节约了生产成本，提高了生产效率。为了直观显示，把工件同一部位前后两种加工的部分程序列表如下:1、刀具减少前部分加工程序列表如下:G0G54X0Y0S300M03Z0.2//端铣刀G0|F300X195G02X-195G0X0Z400M05M00//换刀S300M03//槽铣刀G0X-87.2//留量G0|F300X79G02I-79Z-80X0Z-109//留量G0|F300X67.5G0G0X0Z400M05M00//换刀G0Z0.2S200M0.3//双刃镗刀（φ361.7）G0|T-60Z-32.44G0Z400M05M00//换刀S200M03//双刃镗刀（φ358.775）G0Z-32G01F60Z-87.44G0Z400M00M05//换刀S200M03G0Z-87.44//双刃镗刀（φ335）G0|F60Z-109G0Z400M00M05//换刀S200M03//双刃镗刀（φ256.6G0Z-108G0|F60Z-130G0Z400M05M00……由上述部分程序可以看出，换刀次数相当多，这仅仅是一端加工需要的工作，工人体力是有限的，这么频繁的换刀大大的加剧了工人的体力消耗。2、刀具减少后部分加工程序列表如下:G0G54X0Y0S400M0.3//φ80玉米铣刀Z0.2X140G0|F400X205G0|I-205G0X0Z-32.44X130G0|F400X140.5G02I-140.5G0X0Z-87.44X88G0|F400X139G02Z-139G0X0Z-109G0X88G0|F400X127.5G02Z-127.5G0X0Z-130G0X80G0FG02Z-88G0X0Z400M05M00……从两种程序对比可以明显看出：用第二种程序根本不需要频繁的换刀，极大程度上减少了工人体力的消耗，提高了生产效率。六、结论通过从工装，工艺，刀具三个方面对抱轴箱加工的优化改进，使抱轴箱的生产效率比以前提高了两倍，原来每天加工二件达到现在每天加工四~五件。并且大大的减少了残次品的出现，降低了生产成本。随着全球经济的发展，我公司正在走技术引进和技术创新之路。像抱轴箱