抱軸箱加工工藝分析與胎具的改進

PAGEPAGE2抱軸箱加工工藝分析與胎具的改進姓名：宋繼勇大連機車車輛有限公司機二車間2011年6月30日滾動抱軸箱體加工工藝與胎具的改進[摘要]一個完整的工件從毛坯加工為成品，需要各個方面的準備，包括：性能良好的機床，完整科學的加工工藝，定位精準的工裝胎具，簡便實用的刀具。身為一名機械加工操作者，對待產品加工的時候，要盡量的在保證工件的公差尺寸要求的前提下通過各種有效的手段去提高生產效率，降低生產成本，減少工人的勞動強度，盡可能的去擴大利潤，降低成本。[關鍵字]：滾動抱軸箱體、一體式工裝、銷孔定位、加工工藝[前言]：滾動抱軸箱體（以下簡稱抱軸箱）是屬于機車走行部的工件，安裝在輪對中間的車軸上，屬于轉向架組裝中的高精度要求部件，其質量的好壞對機車質量有非常重要的影響，其中又以抱軸箱的孔與孔之間公差要求最為嚴格，因為重點加工部位多為孔徑，所以其加工部位的特殊性以及圖紙技術要求決定了對其加工必須一步到位，不能夠反復對其進行返修處理，否則必然無法保證各個孔的公差要求。具體外型形狀與內部尺寸要求以及技術要求如下：抱軸箱體圖（一）一、鋼板焊接胎具改成鑄造一體胎具抱軸箱圖紙尺寸要求很高，跳動度要求達到0.05mm。經過試制并檢測發(fā)現(xiàn)平行度、對稱度、同軸度、表面粗糙度、跳動量普遍存在超差現(xiàn)象，通過分析得出以下幾條影響產品質量的主要原因。機床—車間用來加工抱軸箱的機床經過多年使用，精度已經有所下降。工裝—目前使用工裝為鋼件焊接結構，剛性差，為最大影響因素。針對以上兩條主要原因，如果從第一條機床入手解決，會耗費相當大的時間和成本；所以應該從工裝上入手解決。工裝胎具一般有兩種，一種為鋼板焊接胎具：另一種為鑄造一體式胎具。鋼板焊接胎具在生產加工中為最常用的工裝組合方式，是通過將板件簡單的通過焊接方式連接在一起，然后對需要加工的基準面進行加工處理。鋼板焊接胎具具有結構簡單，制造方便以及制造工期短的優(yōu)點，但是相應的也有很多的缺點：1、由于是鋼板焊接，胎具底面即基準面容易發(fā)生變形；2、胎具上的幾個定位基準由于是焊接組合在一起的，時間長了會產生變形，各個定位基準也就不平行和垂直，進而影響了加工工件的精度要求；3、在生產加工中，由于胎具是板件焊接，各個支撐點都比較單薄容易產生震動，這樣加工出來的工件容易在吃刀量稍大的時候對表面粗糙度造成影響，容易因為工裝的震動而使加工面產生缺陷；由于以上不足，加工出來的工件，平行度、對稱度、同軸度、表面粗糙度、跳動量都互相產生了影響，所以產品的合格率必將受到影響，進而影響生產效率。鑄造一體胎具則是先用鑄造方式鑄造出毛坯，整個工裝為一個整體，胎具在加工前，先回火處理，最后進行時效處理，去除它的內部應力，這樣處理后的胎具不會因為內部應力的影響而再次變形，然后到數(shù)控加工中心進行加工，一次性完成所有的加工尺寸。鑄造一體的胎具缺點在于加工工藝復雜，加工周期長，并且比較沉重，不利于重復安裝實用。但是鑄造一體的胎具在加工中心加工后的平行度、垂直度都可以得到保證。為了便于兩種工裝胎具使用效果的對比，我們對兩個工件分別用兩種胎具加工199±0.05、162.5EQ\S(+0.035,0)尺寸進行測量的結果如下：X=199±0.05（鋼板焊接）Y=162.5EQ\S(+0.035,0)X=199±0.05（鑄造一體）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以上兩組數(shù)據(jù)可以清晰表明鑄造一體式胎具加工出的工件的公差要求要遠遠優(yōu)于鋼板焊接式胎具。實踐證明鋼板焊接胎具出現(xiàn)的不足，在鑄造一體式胎具上都可以得到有效解決。二、改進抱軸箱與胎具的定位方式傳統(tǒng)的工件與胎具的連接方式為通過螺柱聯(lián)結，然后通過壓板定位，這種連接方式的好處為組成簡單，操作方便。但是不足之處也很明顯，沒有過多的調節(jié)手段，只能通過壓板的擰緊力來控制各個方向的自由度。抱軸箱體圖（二）針對這個特點，在研究了抱軸箱的特點后，發(fā)現(xiàn)在抱軸箱的底面有兩個鍵槽，一個平行于軸線（即I），另一個垂直于軸線（即II）。這兩個鍵槽在轉向架裝配中用與安裝其他工件，因此對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臺面，再利用其工件自身的4個螺栓孔，找好相關位置后在胎具上加工相應的螺栓孔，則成功限制了兩個方向的自由度，最后把緊螺栓，X、Y、Z三個方向上的移動和轉動的自由度全部被限制。工件處于完全定位狀態(tài)。完全可以保證工件的定位精度和加工精度。根據(jù)這種設計的思想所設計的工裝簡圖如下：工裝胎具圖（三）工件工件胎具工作狀態(tài)簡圖（四）為節(jié)約成本和方便后續(xù)工裝制作工序，非關鍵部位采取減重設計。關鍵定位件采用45號鋼調質處理進行制作，定位面采取磨削加工，以確保其精度。后續(xù)組裝過程嚴格控制尺寸精度，以確保工裝對產品的精確定位，提高加工精度。三、改進抱軸箱胎具與工作臺接合方式上面所講述的方法是抱軸箱與胎具的定位方式，還有一個是改變胎具與工作臺面的接合方式。在批量進行抱軸箱加工時，由于最主要的技術要求就是孔與孔之間的同軸度要求，公差要求為0.02mm，此要求特別嚴格，所以每次加工抱軸箱的時候，胎具都需要重新裝夾，所有的坐標原點（X軸零點、Y軸零點、Z軸零點、W軸零點）都需要重新進行測量，測量完以后還要進行X軸與Y軸的同軸度檢測，因為抱軸箱的兩端的孔徑是利用工作臺的旋轉加工完成的，這樣一來工件兩端孔徑在X軸方向上的零點有兩個，這兩個零點保證抱軸箱的同軸度要求，為了達到要求在每次上胎具以后都要用工件先加工一個尺寸到其他車間利用三坐標測量儀進行檢測，檢測合格才可以再次加工，如若不然則需要重復上述步驟。因此每次上一次胎具都會浪費將近3天到一個星期甚至更長的時間，需要不斷檢測，不斷調試，浪費了時間、精力、耽誤了生產。但是如果把胎具固定在工作臺的某一個位置上不動的話，雖然每次加工抱軸箱時，就不用需要再去進行測量胎具、檢測半成品工件的工序，卻會出現(xiàn)其他問題，因為這臺機床并非專用機床，因此在加工其他工件的時候，由于胎具會占據(jù)一部分工作臺的空間，那么就會影響到其他工件的加工。在經過幾次試驗后我們采取了一種新的定位方式，就是利用工作臺上的四個工藝孔，選出在胎具底部的兩個，事先將這兩個孔的下半部分用鉸刀配鉸，釘入銷子過盈配合，高度不高于工作臺面，我們在這次加工完抱軸箱以后，先不要把胎具卸下來，用臺鉆在胎具與工作臺上鉆兩個直徑為10的銷孔（計算好胎具與工作臺工藝孔的尺寸）然后用銷子壓進孔內，這樣只要把這次加工抱軸箱的坐標尺寸全部記錄下來，等下次加工抱軸箱時只需要把胎具直接用銷子定位在工作臺的位置上，再用壓板固定胎具，即可進行加工，然后直接調用上次各軸坐標即可進行加工，雖然由于不可知因素影響，第一個加工出來的工件還是要進行檢測，但是這次檢測可以說校驗意義大于檢測，因此可以在精加工，也可以在半精加工后進行，通過加工后的校驗反饋來看，基本上第一個工件就可以達到圖紙要求的同軸度要求。在以后幾次加工中這種定位方法非常簡便實用，節(jié)省了大量的胎具調試裝夾和找正的時間，為完成生產任務奠定了基礎。四、改進抱軸箱體的工藝在加工抱軸箱的試運行工藝中工序安排，依照正常的機械加工原則，首先進行端面加工，先用粗端銑刀對軸箱兩端面進行半精加工，留量0.2mm，然后換槽銑刀把各個階臺孔的端面銑出來，留量0.2mm，再換端面精光刀把兩側端面精銑至要求尺寸，換槽銑刀把孔的各個端面加工出來，保證每個階臺面間的距離。然后用各種尺寸的雙刃鏜刀把每個孔留量φ0.6mm在加工完后在機床上進行測量的時候有幾個尺寸，例如：φ358.775EQ\S(-0.025,-0.075),805EQ\S(0,-0.3)等尺寸，上述尺寸在進行加工以及加工后的校驗中都在公差要求內，可是工件卸下之后以后再進行測量有的尺寸就會超差，而且都是在下差，經過仔細觀察，毛病出現(xiàn)加工順序不合理，加工后的熱量沒有有效進行釋放，產生了熱脹冷縮的現(xiàn)象，為了避免熱脹冷縮的發(fā)生，現(xiàn)在把加工工藝的順序顛倒，在本著先面后孔先粗后精的加工基本原則，首先，銑各個大端面留量，粗鏜各孔，鉆功兩側端面絲孔，然后再精銑每個端面，再精鏜，最后再倒角。工序經過上述調整后，有效的解決了加工下床后尺寸變形的問題。五、減少抱軸箱體加工的刀具種類上述的改進后的工藝安排雖然從工藝角度上來看沒有任何問題了，但是有一個缺點，就是刀具太多，加工端面粗精銑刀共4把，粗精鏜孔共需要12把，鉆孔攻絲加上其他刀具一共需要27把刀，才能完成一個完整的抱軸箱加工。由于刀具太多，換刀，磨刀等輔助時間大大延長，來回換刀也給操作者帶來了很大的麻煩，首先每換一把刀需要機床停止，卸刀，然后人工將刀具搬下來，然后安裝新的刀具，開動機床……每換一次刀具對操作者的體力就會造成一部分損耗。這樣一天下來就只能加工出2件成品，遠遠達不到生產需要。由于加工機床是數(shù)控控制，具有其他加工設備不具有的先進性及屬性特點，所以經過研究試驗改變一下它的加工方法，即把直線進給改成曲線進給，利用一把φ80玉米銑刀，這樣一把刀具接合數(shù)控機床特性即可完成端面粗精加工以及粗鏜各孔徑，精銑階臺孔端面則利用一把φ80，75°厚30mm的鋸齒銑刀代替以前的槽銑刀，這樣就可以減少了9把刀具，經過幾次試驗加工后發(fā)現(xiàn)，一把φ80的玉米銑刀完全可以完成工藝要求。利用坐標直接跑位加工，因此，現(xiàn)在只需要一把玉米銑刀用圓弧差補的方式可以把端面和半精孔全部一次加工出來，這樣大大節(jié)省了輔助時間同事也節(jié)省了刀具損耗，節(jié)約了生產成本，提高了生產效率。為了直觀顯示，把工件同一部位前后兩種加工的部分程序列表如下:1、刀具減少前部分加工程序列表如下:G0G54X0Y0S300M03Z0.2//端銑刀G0|F300X195G02X-195G0X0Z400M05M00//換刀S300M03//槽銑刀G0X-87.2//留量G0|F300X79G02I-79Z-80X0Z-109//留量G0|F300X67.5G0G0X0Z400M05M00//換刀G0Z0.2S200M0.3//雙刃鏜刀（φ361.7）G0|T-60Z-32.44G0Z400M05M00//換刀S200M03//雙刃鏜刀（φ358.775）G0Z-32G01F60Z-87.44G0Z400M00M05//換刀S200M03G0Z-87.44//雙刃鏜刀（φ335）G0|F60Z-109G0Z400M00M05//換刀S200M03//雙刃鏜刀（φ256.6G0Z-108G0|F60Z-130G0Z400M05M00……由上述部分程序可以看出，換刀次數(shù)相當多，這僅僅是一端加工需要的工作，工人體力是有限的，這么頻繁的換刀大大的加劇了工人的體力消耗。2、刀具減少后部分加工程序列表如下:G0G54X0Y0S400M0.3//φ80玉米銑刀Z0.2X140G0|F400X205G0|I-205G0X0Z-32.44X130G0|F400X140.5G02I-140.5G0X0Z-87.44X88G0|F400X139G02Z-139G0X0Z-109G0X88G0|F400X127.5G02Z-127.5G0X0Z-130G0X80G0FG02Z-88G0X0Z400M05M00……從兩種程序對比可以明顯看出：用第二種程序根本不需要頻繁的換刀，極大程度上減少了工人體力的消耗，提高了生產效率。六、結論通過從工裝，工藝，刀具三個方面對抱軸箱加工的優(yōu)化改進，使抱軸箱的生產效率比以前提高了兩倍，原來每天加工二件達到現(xiàn)在每天加工四~五件。并且大大的減少了殘次品的出現(xiàn)，降低了生產成本。隨著全球經濟的發(fā)展，我公司正在走技術引進和技術創(chuàng)新之路。像抱軸箱