機(jī)車車輪鏜孔夾具的設(shè)計

1、1 緒論1.1 設(shè)計目的及意義1.1.1 設(shè)計目的車輪由專業(yè)廠家生產(chǎn)，專業(yè)化程度很高，制造工藝也日趨成熟，建立車輪數(shù)控加工工藝的技術(shù)對提高車輪專業(yè)化制造水平有重要理論意義和應(yīng)用價值。通過對車輪結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維造型，初步建立一個使用方便，安全可靠的車輪加工過程。 1.1.2 設(shè)計意義眾所周知，輪對是車輛走行部分中最重要的部件之一，是由車軸和車輪通過過盈聯(lián)接組合而成的，輪對的作用是:車輛全部重量通過輪對施加在鋼軌上;通過車輪與鋼軌的粘著產(chǎn)生制動力;通過輪對滾動使車輛前進(jìn)。因此輪對中的車軸和車輪承受了車輛的全部重量，在車輛的運(yùn)行過程中起關(guān)鍵性的作用。它的質(zhì)量好壞直接影響車輛的行車安全。隨著車輛向高速重載

2、方向發(fā)展，車輛的安全問題也日漸成為人們關(guān)心的話題。輪對中的車軸是重要且關(guān)鍵的零件之一，可以說是重中之重。作用在車軸上的載荷有車輛自重和附加的動態(tài)載荷;由車體經(jīng)空氣彈簧傳導(dǎo)到構(gòu)架，再由構(gòu)架傳導(dǎo)到軸箱彈簧裝置，然后傳導(dǎo)軸頸，輪轂，最后傳導(dǎo)到鋼軌上。隨著列車運(yùn)行速度的提高，運(yùn)行安全性顯得越來越重要。1.2 選題的背景與來源舊中國鐵路建設(shè),不僅數(shù)量少、質(zhì)量低,而且布局不合理,大部分在沿海地區(qū),西南西北地區(qū)幾乎沒有鐵路。由于各條鐵路在管理上各自為政,限制了鐵路運(yùn)輸能力的發(fā)揮。 新中國成立后,中國人民政府成立了鐵道部,統(tǒng)一管理全國鐵路,組織了橋梁和線路恢復(fù)工程,并大力修建新鐵路,以保證日益增長的運(yùn)輸需要。

3、在三年經(jīng)濟(jì)恢復(fù)時期(19491952年),相繼完成了成渝、天蘭鐵路的鋪軌通車任務(wù)。接著又動工新建蘭新、寶成、豐沙。至1958年,恢復(fù)舊有鐵路1994公里,新建及修復(fù)第二線鐵路共1337公里,14個鐵路樞紐得到改善和加強(qiáng)。由于武漢長江大橋的建成,北京至廣州鐵路全線貫通,全國鐵路營業(yè)里程(不含地方鐵路及企業(yè)專用線)增加到26708公里。隨著我國鐵路事業(yè)的大力發(fā)展，對鐵路車輪的需求量加大，同時對車輪的各項性能也提出來更高的要求。整體車輪材料屬于難加工材料，在機(jī)械加工過程充分利用現(xiàn)有的設(shè)備提高效益降低生產(chǎn)，亟需對車輪加工進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。鐵路是維持國家經(jīng)濟(jì)命脈運(yùn)行的交通命脈，火車車輪輪箍是列車的重要部件之

4、一，與鐵路鋼軌、車軸并稱為鐵路三大安全部件，是保證列車高速運(yùn)行的關(guān)鍵部件，也是制造難度最高的工業(yè)產(chǎn)品之一。機(jī)車提速后，車輪在高速運(yùn)動條件下，既承受車輛的承載，又在機(jī)車制動是承受閘瓦的作用，因而車輪在復(fù)雜盈利的狀態(tài)下工作，對其強(qiáng)韌性、耐磨性等提出了更高的要求。因而研究車輪加工工藝，大力提升車輪產(chǎn)品綜合質(zhì)量，制造優(yōu)質(zhì)車輪，是實現(xiàn)鐵路運(yùn)輸提速的有力保證。隨著工業(yè)發(fā)展的需要, 特別是火車制造業(yè)等特殊行業(yè)的發(fā)展, 給數(shù)控加工帶來了前所未有的挑戰(zhàn), 對機(jī)床的要求越來越高。自然, 對夾具的要求也是越來越苛刻了。其復(fù)雜性, 專用性也逐步體現(xiàn)出來?，F(xiàn)在的夾具, 已經(jīng)開始朝著模塊化, 一體化, 多功能的方向發(fā)展了

5、。工藝水平也越來越集中。為了適應(yīng)現(xiàn)代化水平的需要, 夾具的定位基準(zhǔn)和抗疲勞強(qiáng)度的要求都變的更加嚴(yán)格。具體的說, 現(xiàn)在的高精度夾具的定位孔距精度高達(dá)±5µ , 這在以前是想都不敢想的?，F(xiàn)在隨著納米技術(shù)的發(fā)展, 相信不久的將來, 機(jī)床的加工和夾具的定位都可以達(dá)到納米的級別。這樣的加工就更加精細(xì), 原部件更加精密, 工業(yè)水平將更加提高。 本文分析了車輪的結(jié)構(gòu)，車輪的材料，加工過程，詳細(xì)說明整體碾軋車輪的整個加工工藝過程。1.3 國內(nèi)外研究狀況據(jù)不完全統(tǒng)計，目前全世界約有30余家列車車輪制造廠，主要分布在中、美，日、法、烏克蘭等國家，其中技術(shù)領(lǐng)先的企業(yè)有法國萊迪納、日本住友制鋼所。

6、法國阿爾斯通TGV高速列車創(chuàng)下577公里最高時速，使用的車輪和轉(zhuǎn)向架就是萊迪納的產(chǎn)品。烏克蘭威克遜斯基冶金廠是目前世界產(chǎn)量最大的車輪廠，是俄羅斯鐵路的主要供應(yīng)商。美國曾是車輪生產(chǎn)能力最大的國家，年產(chǎn)3040萬噸車輪，但目前個車輪廠基本處于停產(chǎn)，半停產(chǎn)狀態(tài)。中國目前sgi車輪產(chǎn)量最大的國家，年產(chǎn)4050萬噸車輪，主要廠商有馬鋼車輪輪箍廠、大同愛碧璽鑄鋼輪廠、太原重工輾鋼輪廠、河南信陽同合鑄鋼車輪廠。針對加工難度大和現(xiàn)代的產(chǎn)品的質(zhì)量要求越來越高、更新?lián)Q代速度快，導(dǎo)致模具制造業(yè)需要達(dá)到高性能、高質(zhì)量、制造周期短。而且由于現(xiàn)在模具行業(yè)的興起，同行業(yè)之間的競爭激烈，模具制造需要提高生產(chǎn)效率，降低制造成本

7、，從而提高利潤率和市場競爭力。數(shù)控技術(shù)的廣泛應(yīng)用，使數(shù)控加工很好地完成了普通機(jī)械加工不能勝任的現(xiàn)代模具加工的要求和任務(wù)。雖然中國模具行業(yè)發(fā)展很快，但模具制造技術(shù)技術(shù)含量低，與發(fā)達(dá)國家仍有較大差距，制造出來的模具往往達(dá)不到技術(shù)要求。因此我國每年都需要大量進(jìn)口精密、大型、復(fù)雜、長壽命的模具。我國模具制造和生產(chǎn)工藝總體上比國際先進(jìn)水平落后很多，模具生產(chǎn)周期又比國外的長。一方面，我國模具制造的加工精度低、表面粗糙度高、壽命短，難以加工復(fù)雜的模具。另一方面，模具設(shè)計、加工和工藝裝備等的工藝水平低。為了提高加工工藝水平，國內(nèi)也做了很多關(guān)于數(shù)控加工工藝參數(shù)和加工刀具路徑等方面的研究。1.4 本課題研究的主要

8、目的和內(nèi)容隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各種新材料、新工藝和新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，機(jī)械制造工藝正向著高質(zhì)量、高生產(chǎn)率和低成本方向發(fā)展。各種新工藝的出現(xiàn)，已突破傳統(tǒng)的依靠機(jī)械能、切削力進(jìn)行切削加工的范疇，可以加工各種難加工材料、復(fù)雜的型面和某些具有特殊要求的零件。數(shù)控機(jī)床的問世，提高了更新頻率的小批量零件和形狀復(fù)雜的零件加工的生產(chǎn)率及加工精度。特別是計算方法和計算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，極大地推動了機(jī)械加工工藝的進(jìn)步，使工藝過程的自動化達(dá)到了一個新的階段。數(shù)控加工在現(xiàn)代模具制造中運(yùn)用的越來越多，數(shù)控銑削能大幅提高加工質(zhì)量，提高精度和加工效率，降低生產(chǎn)成本。本文根據(jù)工程實例，加工轉(zhuǎn)向架車輪鏜孔，設(shè)計一套專用夾具以達(dá)到加

9、工的目的，同時大大降低生產(chǎn)成本。具體內(nèi)容如下：對需要加工的轉(zhuǎn)向架車輪進(jìn)行了分析研究，確定加工的方法，包括：(1)車削、銑削、鉆孔、攻絲等工序。(2)設(shè)計專用夾具并進(jìn)行說明。(3)設(shè)計專用夾具設(shè)計方案與設(shè)計的經(jīng)濟(jì)價值。一項優(yōu)秀的夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計，往往可以使得生產(chǎn)效率大幅度提高，并使產(chǎn)品的加工質(zhì)量得到極大地穩(wěn)定。尤其是那些外形輪廓結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的，不規(guī)則的拔叉類，桿類工件，幾乎各道工序都離不開專門設(shè)計的高效率夾具。目前，中等生產(chǎn)規(guī)模的機(jī)械加工生產(chǎn)企業(yè)，其夾具的設(shè)計，制造工作量，占新產(chǎn)品工藝準(zhǔn)備工作量的50%80%。生產(chǎn)設(shè)計階段，對夾具的選擇和設(shè)計工作的重視程度，絲毫也不壓于對機(jī)床設(shè)備及各類工藝參數(shù)的慎重選

10、擇。夾具的設(shè)計，制造和生產(chǎn)過程中對夾具的正確使用，維護(hù)和調(diào)整，對產(chǎn)品生產(chǎn)的優(yōu)劣起著舉足輕重的作用。2 車輪加工工藝車輪加工是在高速、打進(jìn)給量、大切深以及很多工序是在無冷卻液情況下干切等苛刻切削條件下進(jìn)行的，既有端面加工，也有近似外圓加工，還有曲面加工，數(shù)重型切削。車輪鋼的熱處理硬度高增加了加工難度，在車削有些部位時切削里可達(dá)15002000kg，由于車輪毛坯加工余量很不均勻，表面不平整，實際切削深度變化很大，幅度波動，使刀片受到機(jī)械沖擊很嚴(yán)重，加上工件材質(zhì)軟硬不均，刀片在交變載荷作用下常產(chǎn)生熱龜裂，使刀片還在正常磨損值范圍內(nèi)發(fā)生早期破損而失效。2.1 車輪結(jié)構(gòu)及材料車輪由輪轂、輪輞及輻板三部分

11、構(gòu)成，輪轂將車輪與車軸連接，輪輞上的踏面與鋼軌接觸，輻板將輪轂，輪輞連接。車輪材料是用于制造各種鐵路機(jī)車和車輛車輪的專業(yè)用鋼，車輪鋼經(jīng)冶煉后澆鑄，采用模鑄或采用圓坯連續(xù)鑄造。車輪鋼材料的含碳量界于中碳鋼和高碳鋼之間，包括錳硅等多種合金元素，這些合金元素對車輪的工作性能及加工性能有很大影響。車輪鋼屬于較難切削材料，車削加工困難體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：（1）材料導(dǎo)熱性差，導(dǎo)致切削熱不易被帶走，切削區(qū)域溫度高，加快了刀具磨損。（2）刀刃與切屑接觸長度短，為45鋼的二分之一。（3）單位切削力大，約為45鋼的1.25倍。根據(jù)試驗，車削車輪鋼時的主切削力比車削45鋼約高25%40%。（4）斷屑困難。2.2 車輪制

12、造方法軌道車車輪的生產(chǎn)方法主要分為：組合車輪生產(chǎn)法，鑄造車輪法，全模鍛法，整軋車輪生產(chǎn)法。2.2.1 組合車輪生產(chǎn)法組合車輪是由鋼鑄或鑄鐵的輪心、套在輪心上的輪箍以及用于固定前兩者的扣環(huán)這三部分組成。輪心和輪箍經(jīng)單獨(dú)加工后，在高溫狀態(tài)下組合起來，即把輪心套在輪箍中，再用扣環(huán)固定，形狀如下圖所示。由于輪箍和輪心是獨(dú)立生產(chǎn)的，而相對整個車輪來說，它們的形狀都比較簡單，所以生產(chǎn)過程中，產(chǎn)品的成品率較高，質(zhì)量也較好。但是由于增加了裝配過程，所以生產(chǎn)工序相應(yīng)增加，降低了其經(jīng)濟(jì)性和可靠性，隨著軌道車車速的提高，對車輪質(zhì)量進(jìn)一步提高，所以現(xiàn)在這種車輪的使用量較小。2.2.2 鑄造車輪法利用澆注模型進(jìn)行澆注，

13、鋼水進(jìn)入模型直接鑄成輪坯，簡化了生產(chǎn)工藝，同時降低了能耗。鑄造車輪法的優(yōu)點(diǎn)在于模具能重復(fù)使用，降低了生產(chǎn)成本，鑄造精度高，能在踏面部形成較厚的細(xì)晶層，提高了車輪的質(zhì)量和性能。但是鑄件的質(zhì)量取決于成形工藝、鑄型材料、合金的熔煉與澆注等諸多因素，易出現(xiàn)澆不到、縮孔、氣孔、裂紋等缺陷，且往往組織疏松，經(jīng)理粗大，各方面的性能都遠(yuǎn)不及塑性成形件。所以鑄造車輪法制造的車輪現(xiàn)在使用量較小，只在部分貨車中使用。2.2.3 全模鍛法采用全模鍛法生產(chǎn)車輪可以降低車輪的尺寸公差，減小加工余量，減少了金屬的消耗量。制造過程中車輪各部分尺寸容易控制，車輪整體的偏心量較小，輻板的幾何形狀較準(zhǔn)確，車輪的表面質(zhì)量也有提高。由

14、于所需設(shè)備較少，同時減少了工序數(shù)，從而大大簡化了工藝流程。但是由于必須使用大功率的鍛壓設(shè)備，致使生產(chǎn)效率低下，故該方法沒有得到廣泛的使用。2.2.4 整體軋制車輪法整體軋制車輪法類似于組合車輪生產(chǎn)法，但該方法加工的車輪是一個整體，不能拆卸。盡管整軋車輪法達(dá)到踏面磨損極限時（磨損報廢線），必須更換整個車輪，但是生產(chǎn)整軋車輪遠(yuǎn)比生產(chǎn)一對輪箍和輪心成本低廉，所以整軋車輪在經(jīng)濟(jì)上仍有優(yōu)勢，特別是踏面部分經(jīng)過耐磨處理后，其壽命也會大幅度提高。整體軋制車輪法由于在生產(chǎn)過程中經(jīng)過了較大塑性變形，故內(nèi)在質(zhì)量比鑄造車輪好。由于整體軋制車輪法的優(yōu)勢突出，所以被廣泛應(yīng)用。尤其是在客車包括現(xiàn)在的高速列車都是使用這種車

15、輪。所以下面討論的車輪加工工藝也是指整體軋制車輪法加工工藝。2.3 整體軋制車輪法加工工藝分析車輪制造工藝一般包括鋼錠切割、加熱、鍛壓軋制、等溫、沖孔、緩冷、粗加工、淬火、回火、預(yù)加工、精加工、探傷、噴丸和表面防護(hù)。2.3.1 坯料準(zhǔn)備所有生產(chǎn)整軋車輪的方法都要求使用圓柱形或近似于圓柱形的坯料這種坯料有兩種方法得到：一種是一般用切錠機(jī)床、圓盤鋸將多坯鋼錠切割成一定規(guī)格的坯料，精確的坯料尺寸可以節(jié)省材料，保證后續(xù)軋制的質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率；二是直接采用單坯鋼錠。現(xiàn)基本采用多坯鋼錠，這是因為多坯鋼錠與單坯鋼錠相比，其優(yōu)越性如下：（1）減少由于縮孔和非金屬夾雜物所造成的廢品；（2）降低坯料的單重；（3

16、）能使用現(xiàn)代化容量大的平爐來冶煉車輪鋼。所以第一步就是鋼錠切割，即利用鋼錠鋸切機(jī)將多坯鋼錠按照單個車輪加工的需要切斷成鋼坯。鋼坯尺寸精確可以保證鋼坯重量的精確，在保證車輪實際尺寸的前提下節(jié)省材料，減少加工余量，進(jìn)而提高生產(chǎn)效率。坯料加熱對熱變形過程有著決定性的影響，因此影響車輪的質(zhì)量。在選擇坯料的加熱方法時，必須考慮鋼的化學(xué)成分、高溫下的機(jī)械性能和壓力加工時的變形特性。影響成品車輪質(zhì)量的主要加熱因素，是加熱溫度、加熱速度和加熱均勻性以及爐子氣氛的特性。由于在熱壓力加工過程中，坯料要在整套機(jī)組上連續(xù)變形，因而就要求仔細(xì)而均勻地加熱坯料的整個斷面，以保證工藝過程各個階段都能達(dá)到要求的溫度，在變形時

17、避免因金屬流動不均而使車輪的形狀不正。在車輪的軋制過程中，坯料加熱的均勻性更顯得重要。整軋車輪有許多尺寸需要控制，這些尺寸之間是相關(guān)聯(lián)的，只要車輪上某一部分發(fā)生畸形，就會破壞與斷面上其它非畸形部分相關(guān)聯(lián)的尺寸。所以斷面的畸形部分按現(xiàn)行公差來說可能是合格的，但是如果與斷面上其它部分相關(guān)聯(lián)的尺寸超出了規(guī)定的公差范圍，那么車輪也將會報廢。2.3.2 輪坯壓軋成形輪坯成形是壓軋工段沖壓工序中最復(fù)雜的工序之一。成形壓力機(jī)的沖模，在自己的中心與周圍，構(gòu)成兩個同心的環(huán)形錐體空腔，形狀如圖2.1所示。 沖模形狀示意圖2.1圓坯在成形壓力機(jī)沖模內(nèi)壓縮成形，便成了近似車輪復(fù)雜外形的輪坯。在中央空腔充填之后，即形成

18、了輪轂，而外圍空腔填實之后，即形成了輪輞。兩部分之間的材料就形成了車輪的輻板部分。由于車輪造型的原因，中央空腔和外圍空腔的各個側(cè)壁都有一定的斜度。在中央空腔上部和外圍空腔的下部，兩側(cè)壁是同一方向傾斜的，而在中央空腔下部和外圍空腔上部兩側(cè)壁的傾斜方向則是相反的。從上、下模側(cè)壁對金屬的作用來看，中央空腔下部和外圍空腔上部沿沖模移動中心線方向的分壓力妨礙著金屬進(jìn)入空腔，而中央空腔上部和外圍空腔下部的充填強(qiáng)度，大于下沖模的中央空腔下部和外圍空腔上部，后兩個地方音側(cè)壁作用的原因，使金屬流動遲緩。和沖模壁對金屬的壓力一樣，沖模與變形金屬之間的摩擦力也在一定程度上影響著空腔的充填。成形加工后的輪坯形狀如圖2

19、.2所示。成形加工成的輪坯2.2車輪軋制過程主要是對車輪的兩個部分進(jìn)行加工，即車輪在軋制過程中有兩個變形區(qū)。在第一個變形區(qū)里，變形是用兩個斜輥進(jìn)行的。斜輥布置在同一個垂直平面上，斜輥與軋制水平面有一定的角度，為的是易斜輥的特殊形狀端部壓擠輪坯的輪輞內(nèi)面和側(cè)面。第二個變形區(qū)要軋制車輪的踏面并軋出輪緣。這道變形是用布置同一水平面上的主軋輥和圓柱形的壓緊輥進(jìn)行的。軋制過程如下圖2.3所示。 車輪軋制過程圖2.31主軋輥 2斜輥 3壓緊輥壓彎是將輻板壓成所設(shè)計的形狀，但是現(xiàn)代車輪的形狀種類很多，并不是所有的車輪都需要壓彎。輻板壓彎是一道特殊工序，一方面使車輪輪轂同輪輞錯開，即便于輪對在車軸上的安裝，又

20、保證在使用時檢查軸瓦的方便，而這些軸瓦是必須經(jīng)常檢查的。另一方面，彎曲的輻板及輪轂同輪輞錯開可以吸收車輪中的熱應(yīng)力。這樣就避免了在成品車輪中產(chǎn)生巨大的殘余應(yīng)力，這種巨大的殘余應(yīng)力能使車輪在行駛中產(chǎn)生破裂。輻板壓彎后形狀如下圖2.4所示。 壓彎后輪坯形狀圖2.4沖孔是沖制車輪的中心孔，即車輪與車軸的聯(lián)結(jié)部。中心孔沖出塊正是允許有縮孔殘跡及收縮疏松的鋼錠中心部分，把這塊組織最差的金屬沖掉，可使輪坯質(zhì)量得到改善。沖孔后形狀如圖2.5所示。 沖孔完成后輪坯形狀圖2.5緩冷能使車輪內(nèi)部的應(yīng)力分布均勻。待冷卻后進(jìn)行粗加工。2.3.3 車輪熱處理車輪淬火工藝非常重要，車輪淬火可以是整體淬火，也可以是輪輞表面

21、淬火，后者應(yīng)用比較廣泛：采用軋制余熱淬火時，一般只是表面淬火；采用單獨(dú)加熱進(jìn)行輪輞表面淬火時，由于再結(jié)晶的結(jié)果得到了細(xì)粒組織，因而有助于輻板和輪輞機(jī)械性能的提高。淬火的時間長短是影響車輪機(jī)械性能和動荷強(qiáng)度的重要因素之一。為了使車輪具有高的機(jī)械性能而進(jìn)行表面淬火時，淬火深度必須很大。同時，考慮到車輪內(nèi)蓄積了大量可供以后自回火用的熱，在一般加熱淬火時，必須根據(jù)下列必要條件規(guī)定出淬火工藝：1.具有較深的淬火層；2.造成良好的自回火條件。在以軋制余熱進(jìn)行淬火時，車輪淬火時間長一些，車輪中所蓄積的熱量失去的也就多一些，因而降低了自回火的溫度?？s短淬火時間，自回火溫度便會提高，但會出現(xiàn)強(qiáng)度極限不夠的危險。

22、因此，以軋制余熱進(jìn)行熱處理時，熱處理各個工序的相互關(guān)系，使熱處理制度的選擇在整個車輪生產(chǎn)工藝中變得非常復(fù)雜。而車輪以單獨(dú)加熱進(jìn)行淬火時，對車輪溫度的控制比較容易實現(xiàn)，然后再自回火時，則保證車輪機(jī)械性能穩(wěn)定的自回火工藝也易于確定。典型的熱處理方法是單獨(dú)加熱熱處理踏面用水淬火在坑中自回火。其中淬火主要是對車輪踏面和外側(cè)輪輞面噴水激冷，以提高輪輞硬度，降低硬度差，從而改善了輻板的性能。再經(jīng)過回火后，就制成了車輪半成品。2.3.4 車輪機(jī)加工車輪的機(jī)加工分為粗加工、預(yù)加工、精加工，粗加工主要對車輪的外輞面，踏面進(jìn)行車削；預(yù)加工部位為粗加工加工過的車輪其余部位。預(yù)加工是精加工之前的粗加工，減小車輪各部分

23、的加工余量，提高精加工的效率，采用雙刀同時切削，即在雙刀架立式車床上加工。車輪經(jīng)過粗加工和預(yù)加工之后，進(jìn)行精加工。精加工時，先用西德立車對車輪外側(cè)面進(jìn)行精車加工；之后用日本立車對車輪內(nèi)側(cè)面進(jìn)行精車加工。鉆孔是在搖臂鉆床上完成的，得到六個所需的內(nèi)孔。接下來是在日本立車上鉆取注油孔。下一步就是在加工中心對六個內(nèi)孔進(jìn)行鏜孔的加工，最后在對六個鏜孔進(jìn)行反面倒角的加工，經(jīng)過精整得到所需的車輪。2.3.5 車輪加工處存在的問題目前國外先進(jìn)制造工藝均采用先熱處理后機(jī)加工的流程，以保證最終產(chǎn)品的尺寸精度。而馬鋼貨車車輪沿用原先設(shè)計的先加工后熱處理的流程。熱處理后無法消除車輪變形翹曲，致使車輛廠組裝輪對時還要進(jìn)

24、行再次加工，造成極大浪費(fèi)，同時降低了車輪的使用壽命。雖然我國目前客車輪的生產(chǎn)工藝是參照國外工藝進(jìn)行的，采用先熱處理后機(jī)加工的工藝制度，熱處理后產(chǎn)生車輪的變形可以消除，但由于熱處理后車輪硬度提高特別是現(xiàn)有的淬火工藝使得車輪硬度從外向內(nèi)呈梯度降低，而車輪的工作狀態(tài)要求的是踏面下5左右的硬度，最高達(dá)到320HB，這就需要切除更高硬度的表層材料，惡化了車輪的切削加工性能。整體車輪毛坯硬度大強(qiáng)度高，斷屑困難，加工效率低，刀具磨損嚴(yán)重消耗量巨大，車輪加工質(zhì)量不高。2.4 車輪的三維建模2.4.1 零件建模步驟（1）規(guī)劃零件分析零件的特征組成、特征之間的關(guān)系、特征的構(gòu)造順序機(jī)器構(gòu)造方法、確定最佳的輪廓等。（

25、2）創(chuàng)建基礎(chǔ)特征基本特征是零件的第一個特征，它是構(gòu)成零件基本形態(tài)的特征，也是構(gòu)造其他特征的基礎(chǔ)，可以看作是零件模型的“毛坯”。2.4.2 草圖繪制原則草圖服務(wù)于零件的各個特征，如何合理快速地建立零件的特征，與繪制草圖的過程有很大的關(guān)系。在繪制草圖的過程中應(yīng)該注意以下幾個原則：（1）根據(jù)建立特征的不同以及特征間的相互關(guān)系，確定草圖的繪制平面和基本形狀。（2）每一幅草圖應(yīng)盡量簡單，不要包含復(fù)雜的嵌套，有利于草圖的管理和特征的修改。（3）任何草圖在繪制是只需要繪制大概形狀以及位置關(guān)系，要利用幾何關(guān)系和尺寸標(biāo)注來確定幾何體的位置和大小，這有利于貫徹設(shè)計意圖和提高工作效率。（4）零件的第一幅草圖應(yīng)和原點(diǎn)

26、定位，以確定特征在空間的位置。（5）先確定草圖各元素之間的幾何關(guān)系，其次是定位尺寸，最后標(biāo)注的草圖的形狀尺寸。（6）盡管SolidWorks不要求完全定義的草圖，繪制草圖過程最好使用完全定義的草圖。（7）繪制實體的時候要注意SolidWorks的系統(tǒng)反饋和推理線，可以在繪制的過程中確定實體間的關(guān)系。在特定的反饋狀態(tài)下，系統(tǒng)會自動添加草圖元素間的幾何關(guān)系。（8）中心線（構(gòu)造線）不參與特征的生成，只起到輔助作用。2.4.3 草圖繪制步驟創(chuàng)建草圖的過程是：選平面繪形狀定位置設(shè)大小。即（1）選平面選定繪制二維幾何圖形（草圖）的平面（草圖平面）。（2）繪形狀用草圖工具（如直線、圓弧和矩形等）繪制或編輯二

27、維幾何形狀。（3）定位置確定草圖的定位關(guān)系和定位尺寸，如直線水平或垂直、元素間的距離等。（4）設(shè)大小確定草圖的定形尺寸，調(diào)整幾何體的大小。如下圖2.7所示。 車輪草圖2.62.4.4 零件建模過程建模過程包括繪制草圖，建立凸臺特征、切除特征和圓角特征。建立新零件建立基礎(chǔ)特征凸臺特征切除特征孔特征圓角特征車輪三維實體圖2.7車輪三維實體圖2.83 機(jī)床夾具設(shè)計方法夾具是一種裝夾工件的工藝設(shè)備，它廣泛地應(yīng)用于機(jī)械制造過程的切削加工、熱處理、裝配、焊接和檢測等工藝過程中。在金屬切削機(jī)床上使用的夾具統(tǒng)稱為機(jī)床夾具。在現(xiàn)代生產(chǎn)中，機(jī)床夾具是一種不可缺少的工藝設(shè)備，它直接影響著工件加工的精度、勞動生產(chǎn)效率

28、和產(chǎn)品的制造成本等。應(yīng)用機(jī)床夾具，有利于保證工件精度，溫度產(chǎn)品質(zhì)量；有利于提高勞動生產(chǎn)效率和降低成本；有利于改善工人勞動條件，保證安全生產(chǎn)；有利于擴(kuò)大機(jī)床工藝范圍，實現(xiàn)“一機(jī)多用”。3.1 使用的夾具 在數(shù)控機(jī)床上加工零件時，為保證加工精度，必須先使工件在機(jī)床上占據(jù)一個正確的位置，即定位，然后將其夾緊。這種定位和夾緊的過程必須稱為工件的裝夾，而用于裝夾工作的工藝裝備就是機(jī)床夾具。在數(shù)控機(jī)床上，工件在一次安裝條件下，完成過去要多道工序才能完成的多個加工表面的加工。數(shù)控加工機(jī)床的上述特點(diǎn)對夾具的設(shè)計產(chǎn)生了直接的影響，傳統(tǒng)夾具以專用夾具為代表的主要有定位、夾緊、導(dǎo)向和對刀四種功能。3.2 夾具的組成

29、夾具按其作用和功能通?？捎啥ㄎ辉A緊裝置、安裝連接元件和夾具等幾個部分組成。（1）定位元件用于確定工件在夾具中的位置，使工件在加工時相對刀具及運(yùn)動軌跡有一個正確的位置。常用的定位元件有V型塊、定位銷、定位塊等。被加工工件的定位基面與夾具定位元件直接接觸或相配合實現(xiàn)定位。定位裝置是由定位元件及其組合構(gòu)成的，用于確定工件在夾具中的正確位置。（2）夾緊裝置夾緊裝置用于保持工件在夾具中的既定位置，保證定位可靠，使其在外力作用下不致產(chǎn)生移動，包括夾緊元件、傳動裝置及動力裝置等。（3）安裝連接元件連接元件是指用于確定夾具在機(jī)床上具有正確位置并與機(jī)床連接的元件，例如安裝在銑床夾具底面上的定位鍵等。從而保

30、證工件與機(jī)床之間的正確位置。（4）夾具體用于連接夾具元件及裝置，使其成為一個整體的基礎(chǔ)件定位元件、夾緊裝置和夾具體是夾具的基本組成部分，其他部分可根據(jù)需要設(shè)置，以保證夾具的精度、強(qiáng)度和剛度。夾具通過夾具體與機(jī)床連接。（5）對刀元件對刀元件是指夾具中用于確定刀具相對于夾具定位元件具有正確位置關(guān)系，例如鉆套、鏜套、對刀塊等。（6）其他元件及裝置根據(jù)加工要求，有些夾具尚需設(shè)置分度轉(zhuǎn)位裝置、靠模裝置、工件抬起裝置和輔助支承等裝置。如定位鍵、操作件、分度裝置及連接元件。3.3 夾具的作用與分類3.3.1 夾具的作用（1）易于保證工件的加工精度。使用夾具的作用之一就是保證工件加工表面的尺寸精度與位置精度。

31、如在搖臂鉆床上使用鉆夾具加工平行孔時，位置精度可達(dá)0.100.20，而按劃線找正加工時，位置僅能控制在0.41。用機(jī)床夾具裝夾工件，能準(zhǔn)確確定工件相對于刀具與機(jī)床的位置關(guān)系，可以減少加工誤差，提高加工精度。同時，由于受操作者技術(shù)的影響，同批生產(chǎn)零件的質(zhì)量也不穩(wěn)定，因此在成批生產(chǎn)中使用夾具就顯得非常必要。（2）可改變和擴(kuò)大機(jī)床的功能實現(xiàn)“一機(jī)多用”。例如，在車床的床鞍上或搖臂轉(zhuǎn)床的工作臺上裝上鏜模，就可以進(jìn)行箱體或零件的鏜孔加工，以替代鏜床加工；在刨床上加裝夾具后可代替拉床進(jìn)行拉削加工。（3）不僅可省去劃線找正等輔助時間，而且有時還可采用高效率的多件、多位、機(jī)動夾緊裝置，使機(jī)床夾具能快速地將工件定位和加緊，縮短輔助時間，從而大大提高勞動生產(chǎn)率。（4）裝夾工件方便、省力、安全。當(dāng)采用氣動、液壓等夾緊裝置時，可減輕工人的勞動強(qiáng)度，以保證安全生產(chǎn)。（5）在批量生產(chǎn)中，由于勞動生產(chǎn)效率的提高和允許使用技術(shù)等級較低的工人操作，因此可明顯地降低生產(chǎn)成本。但在單件生產(chǎn)中，使用夾具的生產(chǎn)成本扔較高。夾具裝配圖3.13.3.2 夾具的類型夾具的種類繁多