课5机械加工工艺规程的制订.pptx

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1、一、高速客车空心车轴的加工 1、审图2、高速客车空心车轴的技术要求3、空心车轴的加工工艺4、车轴加工专用设备简介 第1页/共71页第2页/共71页高速客车空心车轴的技术要求(1)采用厚壁 45 号无缝管状钢坯加工，其机械性能为：；。(2)精加工后，车轴内外表面不得有缩孔、斑疤、黑皮、裂纹和夹杂等缺陷。(3)轴身上各部 R52 圆弧处平直部分，精加工后进行滚压处理，轮座、制动盘座、轴颈、防尘板座表面、轴颈根部和防尘板座根部的 R20 和 R35 圆弧部分滚压处理后进行磨削加工。第3页/共71页(4)车轴内孔壁及外表面应进行全面超声波探伤和磁粉探伤，达到TB16 18-85 和 TB 1619-8

2、5 标准的要求。轴身端面至厚壁筒部分经穿透性超声波探伤检查，内部不得有缩孔、疏松、夹杂、裂纹，轴身表面不得有纵裂纹和横向发纹。(5)车轴内孔壁应全部加工，表面粗糙度为。(6)车轴精加工后，壁厚差为 1 mm。(7)精加工后，全部涂油防锈，运输时应防止碰撞。第4页/共71页空心车轴的加工工艺 1）空心车轴毛坯的制造：国外采用下述几种方法。日本对空心车轴采用两种方法制造，对孔径不变的空心车轴采用镗削加工工艺；对变孔径的车轴用三段焊法中部用钢管，两端轴头为锻件，用摩擦焊将三段在轮座处焊成一体。车轴在半精加工后（留 1 mm 精加工余量），进行高频淬火（轮座部位沿轴端方向 170 mm 范围及两轮座之

3、间），然后（20010）回火。第5页/共71页法国 TGV 高速车轴采取对车轴用 3kHz 感应高频淬火加喷丸强化；用镗削工艺加工变孔径空心车轴。英国地铁空心车轴有两种结构形式，一为内嵌式结构，即将空心轴头嵌入到空心轴身端部的结构；另一种为用摩擦焊将轴头和空心轴身焊到一起的结构，焊缝宽1mm，轴头与轴身的同轴度为 0.25mm 以内。目前正研制由两段锻制的镗孔半轴用摩擦焊焊为一体式的空心车轴。第6页/共71页 2)空心车轴机械加工工艺 毛坯以外圆定位，在双面铣床上粗铣两端面；以内孔定位，在卧式镗床上粗、精镗两堵头孔，刮两端面；在压床上压入两端专用堵头；以两堵头上的中心孔定位，在车轴仿形车床上半

4、精车轴颈、防尘座、轮座、制动盘座和轴身；以轮座面定位，精铣两端面、保证尺寸；第7页/共71页l以轮座面定位，在组合机床上对六个M16-6H孔加工，分别经钻孔、扩孔、攻丝三个工位；l修研中心孔，以中心孔定位，精车轴颈、防尘座、轮座、制动盘座及轴肩圆弧角；l磨轮座，制动盘座；l滚压轮座、制动盘座、轴身及 R52 圆弧；l精磨防尘座、轴颈；l交验。第8页/共71页车轴加工专用设备简介 l）车轴仿形车床 第9页/共71页2）车轴端面三孔加工设备带转塔式主轴箱的组合机床，如图1-63所示。第10页/共71页单工序组合机床 第11页/共71页3）车轴成形磨床l加工轴颈、防尘座、过渡圆角，很好地保证了尺寸精

5、度及表面质量。l磨床采用计算机控制，可按照设定程序自动调整进给速度，砂轮可自动进行修整，修整后可自行补偿进给量。l由于采用宽砂轮，并且砂轮主轴与工件轴线有20夹角，使砂轮工作面加宽，得以实现对车轴轴颈、防尘座及过渡圆弧一次磨削成形。l采用步进电机控制砂轮进给，使进给的精度非常高，一个脉冲进给量为0.0005mm。第12页/共71页第13页/共71页4）车轴外径尺寸自动检测机20第14页/共71页(1)性能简介：该机主要用于 RD2、RE2两种车轴的轮座、防尘座、轴颈三部分测量。如更换块规，对测量传感器位置作相应调整，也可测量客车车轴。测量之后可计算和打印出所测部位平均直径、椭圆度、圆锥度、最大

6、值等项。测量一件需 5min，打印数据 216 个（每一断面每测一次）。测量范围614，重复精度 3 。第15页/共71页第16页/共71页(2)主要组成 l机体：由底座、立柱、横梁三大部分组成，用螺栓连成龙门式框架结构。各部分用钢板焊成，并经人工时效消除焊接应力处理。l工件支承升降 V 形块总成：由 V 形块、液压油缸、导向柱、滚珠线性轴承等组成。车轴两轮座部分放在其上。第17页/共71页l左、右滑台及顶尖：滑台为钢板结构、滑动面经氮化处理、耐磨性高。左滑台上装有回转式顶尖，其后有油缸、电动机及摆线针轮减速器，顶尖转速 1.1 r/min 用来顶紧和带动车轴旋转。在顶尖圆柱上，有传动小齿轮，

7、它与角度传感器齿轮啮合，速比为2:1。车轴每转10，发出一脉冲信号给微处理器，以记录电感测量头位移信号。右侧滑台上，仅装有一般活顶尖，作为定位支承用。第18页/共71页l测量装置总成：由升降油缸、12 组校对块规、摆动式测量架、电感式测头等组成，如图1-69 所示。摆动式测量架在油缸作用下，有三种位置，即上面校对位置，在下面的测量工件工作位置和中间位置。l上横梁下部有一水平方向移动的油缸，与左右两组校对块规组相连，并可使它们沿水平方向移动 10 mm，作为电感测头校对零位和上限位时使用（设有两种直径的块规并成组相连）。第19页/共71页第20页/共71页控制箱：为独立箱体，内由接触器、继电器、

8、时间继电器等组成。它与操纵盘相连，使车轴升降、顶尖进退、测量架升降、校对块规的改变（横移）、手动或自动测量等，并与计算机处理单元连接。计算处理及显示装置部分：为独立箱体，其中包括单片微型计算机、键盘、显示、打印机、电源、操作面板、输人输出电缆、各部连接电缆等。第21页/共71页二、车轮的加工1、车轮类型马鞍山车轮厂生产的辗钢车轮。它具有强度高、重量轻、使用寿命长等优点，但加工工序复杂，。石墨型铸钢车轮及其生产方法。铸钢车轮使用在美国已超过车轮总量的 80%，在德、法、印度、巴西、加拿大、均使用。第22页/共71页2、车轮加工的要求车辆制造用车轮只需加工轮毂孔及内侧端面。轮毂孔的精加工要求如图

9、1-71所示。轮毂孔的直径尺寸d，目前多采用与车轴轮座选配，保证有0.10.25mm过盈量，以满足轮对压装技术要求为准来决定。各厂因条件不同有所差别，其公差带为0.1mm。第23页/共71页第24页/共71页对于高速车用轻型车轮，如图 1-72所示，要求较为严格。踏面及辐板均应进行仿形加工，用样板检查圆弧角，局部间隙0.5mm；车轮加工后，应做静平衡试验，许用静不平衡量不大于50gm；车轮精加工重量为315kg，轮毂孔内表面粗糙度Ra3.2，圆柱度不超过0.020，圆度不超过0.025mm,圆锥方向应有利于压配合连接强度。第25页/共71页第26页/共71页3、车轮轮毂孔的加工方法1）采用通用

10、立式车床加工目前最常用的方法是用 C 512A 立式车床精加工轮毂孔，其工艺流程为：轮径分类粗车轮毂孔及轮辆内侧面半精车轮毂孔及外侧圆角 R3 精车轮毂孔及内测R5圆角检测。这种加工方法，均使用 C 512A 型立式车床，用内径百分表或千分表测量孔径，加工精度为H7H8，粗糙度为Ra5Ra6.3之间，公差带一般在0.1mm 以内，有时还达不到。第27页/共71页2）采用专用的内圆磨头精加工轮毂孔 前几道工序均用立式车床进行，只在精加孔时采用磨削工序。公差带可控制在0.02mm，故可实现轮、轴组装互换。内表面粗糙度可稳定达到Ra3.2。使用的设备：改造 C512A 立式车床为立式内圆磨床。以专用

11、内圆磨头取代原 C512A 立车的刀台。加快走刀速度即可磨出适合压装的粗糙度。第28页/共71页定位夹紧装置：磨削时的定位基准选择经过半精车的轮毂孔和轮辋内侧面。在机床工作台上用三块等高平铁为定位支承，车轮落在其上。同时将轮毂孔套入定位圆柱销上，此销与套筒式油缸固定在一起，可以一同缩回，圆柱销长度为孔深的1/3，为短圆柱销定位，限制两个自由度。定位之后，用三块压板在轮辋外侧压紧即可磨削加工。第29页/共71页3）采用适应控制的数控机床加工适应控制是不同于数字控制的一种自动控制技术。一般的数控机床只能根据事先编好的程序进行工作，也即工件与刀具间的相对位置和进给速度均已在控制介质上明确规定了的，是

12、按编好的程序指令工作，数据反馈值只是与指令值比较。当它们的差值为零时，即达到实际值与规定值相等，至于执行的实际过程，如工件材料硬度变化、刀具磨损、发热等因素的变化和在工件上得到的实际位移值是不考虑的，如图 1-73(a)所示。第30页/共71页第31页/共71页适应控制则是在数控系统中引入一个附加的反馈回路。这个反馈回路对另一些随机性的过程变量，如毛坯余量的不均匀，工件及刀具材料性质的变化，刀具磨损引起的几何参数的变化，切深的变化，刀具的变形等提供检测信息。所取得的过程变量数据经过适应控制装置处理，转换为反馈数据，并综合到机床控制装置的输出中去，从而达到顺应客观条件变化而进行调节的目的。第32

13、页/共71页轮毂孔精车加工在轮毂孔精车的加工中，采用适应控制的立式数控机床，它与车轴的自动测量系统相连。这样每一车轴的轮座实际加工尺寸自动输入到轮孔加工的适应控制系统中，然后根据规定的过盈量及加工过程的变量，适应控制系统控制机床自动完成轮毂孔精加工，因而保证加工的车轮与车轴压装质量要求。第33页/共71页三、轮轴精加工及组装生产线1）主要性能加工对象：货车 RD2、RE2型车轴；D、E 型车轮及轮对组成。生产节拍：生产线每 6 min 生产一个轮对。轮对组装合格率：99 以上。工序产品量：两机床间存车轴 10 根以上。自动化程度：可单元自动、全线软连接自动化。第34页/共71页2）加工组装工艺

14、过程及选择依据(1)工艺流程：精铣轴端面、精修中心孔精车轴颈、防尘板座、轮座滚压轮座钻、扩、攻丝轴端三孔磨削轴颈、防尘板座磁粉探伤自动测量车轴轮座直径镗车轮孔轮对预压装轮对压装。(2）工艺的选择：全线加工及组装共九大工序，车轴加工定位基准是车轴的中心孔，而组装基准是轴端面和中心线。第35页/共71页第一道工序精铣轴端面、精修中心孔，是为后续工序（车轴精加工）加工好精基准，两个工步在一次装夹内完成。轴的全长公差控制在 0.2 mm 以内，而中心孔的深度公差控制在 0.2 mm 之内，粗糙度控制在Ra3.2m 选择滚压轮座工艺代替磨削工艺，可降低工艺成本并使表面加工硬化，质量稳定。车轴三孔钻、扩、

15、攻丝在一次装夹中完成三个工步，减少定位、安装误差，并保证三孔的形位公差。预压装工序的选择是为压装做准备，便于压装自动化。轮轴的过盈配合采用基轴制，而没有选择完全互换性的加工工艺，这样较经济，质量还能稳定。否则，对机床、零部件材料、精度、环境条件都要求过高。第36页/共71页3）生产线的组成及主要技术特点 全线由十台设备、一条车轴自动输送线、一条车轮自动输送线及两条排屑线组成。按照加工、组装工序及输送的控制体系，全线分成六个单元。第37页/共71页(1)车轴端面及中心孔加工单元：由计算机数字控制（CNC）的端面铣床、车轴传送装置及切屑输送装置组成，完成车轴端面铣削和中心孔精修工序。工件及随行夹具

16、工序间传送及准确定位由伺服工作台完成。控制轴全长及中心孔深度的两端铣头由伺服滑台控制。车轴自动输送有对中装置，保证车轴进入设备时的位置正确。车轴的远距离输送，采用变频调速的输送车，保证运动平稳、定位准确。第38页/共71页(2)车轴三颈精车单元：由两台数控车轴车床及车轴输送装置组成。一台机床精车轴颈、防尘板座及其过度圆弧，另一台精车及滚压轮座。也可由一台机床完成上述所有内容。机床采用双刀架可转位碳化物涂层刀具，两端同时加工，切削速度可达16Om/min，粗糙度可达Ra3.2 。刀具寿命管理，刀具运动轨迹，多品种轴型的机床加工全部由计算机控制。第39页/共71页(3)车轴端面三孔加工单元由数控三

17、孔加工机床、车轴传送和切屑输送装置等组成。第40页/共71页(4)车轴磨削及检测单元 由一台数控磨床、一台自动检测机、一台探伤机及一台双轴上下料机械手和车轴传送装置组成。磨床采用成型宽砂轮切入法磨削直径，利用砂轮两端磨削圆弧（工作台纵向进给以完成轴颈、防尘板座圆弧端面的磨削）。砂轮修整采用数控工作台和砂轮头运动，液压马达驱动金刚石修整轮高速旋转，完成砂轮的自动修整。第41页/共71页磨削时，车轴采用在线测量（闭环系统）。自动检测机的测量精度为 0.001 mm，该机可实现全自动测量循环，测得的轮座尺寸存储在先入先出存储器中，并能与对应的车轮孔镗床的可编程控制器（P LC）相连接。镗床的 PLC

18、 按测量机传来的数据控制电子镗杆工作。但每测一根轴时要由操作者输人轴号，测量机又自动将轴号传送给压装机，为打印压装曲线时输出用。第42页/共71页(5)轮孔加工单元：由两台立式车轮镗床、一台上下料机械手及车轮传送装置组成。立镗的关键核心部件是电子镗杆，其上装有粗镗、精镗的圆弧加工刀具。由 PLC 控制机械手上、下料和镗床夹紧车轮、工作台旋转、进行粗镗、精镗、倒角、暂停、镗杆返回、停止和车轮松开等自动循环。第43页/共71页电子镗杆还设有一个串行数据传输通道，与车轴自动检测机建立通信，以便电子镗杆按照规定的过盈量和车轴轮座尺寸自动加工轮孔，即采用了机器自动照配法来保证轮轴过盈配合尺寸，使组装合格

19、率较原来人工选配大大提高。同时，还将加工后的轮孔尺寸传送到压装机，为打印压装曲线表输出用。第44页/共71页(6)轮对组装单元：该单元由 300t 轮对双头压装机和配套的车轮翻转机、涂油机、车轮自动输送机、轮对预组装机等组成。在预组装位，设计了车轮自动夹紧与车轴自动预组装机构。由于采用了预组装，解决了轮对自动压装的技术关键。由 PLC 控制轮对的压装、测量、曲线记录和打印等自动循环。轮对压装时，不必翻转180。压装机配有车轮对中和轮对内侧距测量系统，能准确地保证左右车轮正确压装及压装后的内侧距尺寸，保证压装后最终尺寸达到要求。第45页/共71页总之该生产线自动化程度高，安全可靠。生产线上的主机

20、和物料输送系统均由 CNC 或 PLC 控制，并既能单元自动，又能全线自动。由于单元之间有物料缓冲区，机床之间是软连接，故一台机床停机不至造成单元或全线停机。关键工序，如磨床、检测机、压装机都实现了自动测量。吊装 300多公斤重的车轴，机械手安全极为重要，为此在设计上采用了机电液互锁。第46页/共71页四、轴箱加工及设备客车滚动轴承箱是转向架上重要部件，加工精度要求较高，用量也大，因而生产中普遍采用专用夹具进行加工。现在生产的 209 型转向架，已采用整体金属迷宫式轴箱结构，如图 1-74 所示，其可靠性较原来带后盖的毛毡式密封结构有较大提高，但其制造工艺比后盖式的复杂。第47页/共71页第4

21、8页/共71页1、整体金属迷宫式轴箱的加工 1）主要技术要求(1）轴承孔7级精度，圆柱度 0.02mm，Ra3.2(2）两端面对孔轴心线的垂直度0.06 (3）两弹簧座孔中心线距轴承孔中心线之差1mm，两弹簧座支承面相对轴承孔中心线之高差1mm。第49页/共71页2）加工工艺过程(1)粗镗轴承孔、密封端孔、车大端面。工件在 C512A 立式车床上，使用如图 1-75所示夹具加工。加工时以箱体圆形外壳和弹簧座面为定位面，可使加工后内外壁偏差2mm。工件安装，应使迷宫端口朝下放置。(2)加工弹簧导向柱孔及弹簧座面。以轴承孔及大端面为定位精基准，用图 1-60 所示夹具在卧式镗床上加工。由于弹簧座面

22、和导柱孔是半精车轴承孔的精基准，故在本工序中，应提高加工精度以满足下工序的需要。改为，中心距 5801 改为 5800.2,1200.5改为 1200.2。第50页/共71页(3)中间检查。目的是及时发现各加工表面暴露出的铸造缺陷，以便及时补焊或处理。(4)半精车轴承孔。在 C512A 立式车床上，用专用夹具加工。其定位基准是工序 2 中加工过的弹簧座面和导柱孔。(5)粗、精车迷宫环槽及端面。在普通车床上以轴承孔定位，用专用夹具加工迷宫环槽及其端面，以保证同心度要求。第51页/共71页(6)钻四个 孔并刮平端面。在摇臂钻上利用钻模板加工轴箱盖四个孔。(7)钻、刮平、攻丝加工 M16 孔。(8)

23、磨轴承孔内表面。用 M2532A 立式行星磨床和专用夹具，以迷宫环端面及内孔定位，精磨轴承孔达到要求尺寸和粗糙度。行星磨床之磨头除自转外，还有公转、横向和纵向移动。(9)交验。第52页/共71页2、准高速客车轴箱的加工简介第53页/共71页1）技术要求另有要求如下：(1)装配滚动轴承的内孔全长180，圆柱度 0.02 mm(2)迷宫环槽与孔同轴度；(3)节点轴孔至孔的中心距5340.5；(4)液压减振器安装面应加工，至孔中心距为5081；(5)轴箱端盖固定螺丝孔4-M20-6H均布，位置度误差，并遵守最大实体原则；(6)材质为 ZG230-450。第54页/共71页2）加工工艺过程(l)数控加

24、工中心简介：数控加工中心也称自动换刀数控机床，它是一种集铣床、幢床、钻床三种功能于一体，用计算机控制的高自动化机床。卧式加工中心如可对工件进行铣、钻、扩、镗、铰、攻丝等多种工序的加工。工作台有分度功能，可在一次装夹下，对工件四周和顶面进行加工（有类似立铣头的装置），故特别适用于各种箱体类零件的加工，既容易保证加工位置精度，又大大缩短总工时，平均切削效率比一般机床提高4倍左右。第55页/共71页加工中心自动换刀装置主要包括三部分刀具库：用来储存加工所需的刀具，其容量从几把到200把，一般为 40-120把左右。刀库为链式结构，用伺服电机通过大降速比减速器和链轮来带动刀座链的运动。刀库一般在立柱左

25、侧。选刀机构：该机构通过不同的认址方式（如固定认址、软件认址等），从刀具库中选出所指定的刀具，并把它送到换刀位置。交换机构：机械手自动换刀机构。第56页/共71页(2）采用卧式数控加工中心加工 CW-2 型轴箱的工艺过程如下：轴箱划线。在专用夹具上，按划线找正、夹紧；专用夹具固定在托盘上。托盘快速进人机床工作区，定位、夹紧；测量头检查工件安装位置是否正确；若正确则自动进行加工，否则告警。立铣弹簧座面及下定位座固定孔；立钻减振器按装孔，刮上、下端面。第57页/共71页工件水平转，钻、扩侧拉杆定位孔，并刮前、后端面。工件水平转，进行粗镗、半精镗孔、孔、孔的加工。铣孔端面，保证尺寸。钻、攻丝加工 4

26、-M20-6H 丝孔。粗、半精镗节点支座孔，铣孔端面。精镗轴承孔，倒角3。第58页/共71页精镗孔，保证中心距 5340.5。工件水平转，镗迷宫环槽，铣端面，保证、尺寸。铣孔的另一端面，保证 1320.3 尺寸。钻孔、攻丝，加工M12-7H孔。退出托盘，卸工件。交验。第59页/共71页五、构架的加工构架是客车转向架的基体，按毛坯制造可分为铸钢构架和焊接构架两种。目前我国客车的构架以209型的为主，它的两种构架可以互换使用。209型铸钢构架如图1-77所示，其最大轮廓尺寸的长、宽、高为35502620350mm，侧梁中心线间距 1943 mm。要加工的平面有弹簧导柱座面8个，吊杆托架（水平、垂直

27、面各4个，外侧面2个），横梁闸瓦托吊座4个，横梁制动吊座4个，端梁闸瓦托吊座 3个，端梁制动吊座2个，无发电机端2个。要加工的孔有缓冲器座（厚14 mm)2个，弹簧导柱座螺栓孔（沉孔）8组。加工表面均为Ra25要求不高，但很分散。其加工方法有用组合机床加工的，也有用大型通用机床加工的，依各厂条件而定。第60页/共71页第61页/共71页1、用组合机床加工 209 型铸钢构架的工艺过程（1）划线。合理分配各处加工余量。（2）铣轴箱弹簧导柱支承座面。用专用铣床的立铣头，使用专用夹具，先加工一侧四个支承座面后夹具水平转180，再铣另一侧四个支承座面。（3）用组合机床铣其它加工平面。组合机床铣头分布如

28、图1-78所示。第62页/共71页第63页/共71页（4）用 8 轴组合钻床加工导柱座面螺栓孔。先加工一侧孔，然后转180再加工另一侧孔；（5）用专用镗床加工缓冲器座孔。（6）检查。第64页/共71页2、利用大型通用龙门铣床加工构架采用大型通用龙门铣床可满足多品种构架加工，便于产品更新换代，加上必要的工艺装备，可加工全部平面和横向缓冲器圆柱孔的加工。加工构架的龙门铣床如图1-79所示。第65页/共71页第66页/共71页（1）划线。（2）铣 8 个弹簧导柱支座面。（3）划线。（4）铣横梁闸瓦托吊座、横梁制动吊座各4个面；铣端梁制动吊座4个面；铣端梁闸瓦托吊座4个面；铣吊杆托架外侧2个面；铣缓冲

29、器座圆孔。（5）铣吊杆托架面（垂直、水平面各4个）；铣发电机吊架平面。（6）划线。（7）电焊挡圈及横向缓冲器座。（8）钻32个弹簧导柱座面螺栓孔，锪 32 个平台。（9）检查。第67页/共71页复习思考题 1、什么是机械加工的工艺过程和工艺规程？什么是工序、安装、工位、工步和走刀？2、零件机械加工时获得规定尺寸的方法有哪几种？3、何谓工艺基准、工序基准、定位基准和度量基准？何谓粗基面和精基面？4.、何谓工序集中、工序分散？如何选择这两种方法？5、什么是加工余量、工序间余量和总余量？加工余量和工序尺寸与公差之间有何关系？第68页/共71页6、430厂货车车轴加工工艺如何安排？使用哪些专用机床和检测装置？高速车轴的特点是什么？7、车轮以材质来分分为几种？如何加工？8、货车转向架三大件如何加工？使用什么设备和装备？第69页/共71页第70页/共71页感谢您的观看！第71页/共71页