抱軸箱加工工藝分析與胎具的改進(jìn)

PAGEPAGE2抱軸箱加工工藝分析與胎具的改進(jìn)姓名：宋繼勇大連機(jī)車車輛有限公司機(jī)二車間2011年6月30日滾動(dòng)抱軸箱體加工工藝與胎具的改進(jìn)[摘要]一個(gè)完整的工件從毛坯加工為成品，需要各個(gè)方面的準(zhǔn)備，包括：性能良好的機(jī)床，完整科學(xué)的加工工藝，定位精準(zhǔn)的工裝胎具，簡便實(shí)用的刀具。身為一名機(jī)械加工操作者，對(duì)待產(chǎn)品加工的時(shí)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(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，減少工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，盡可能的去擴(kuò)大利潤，降低成本。[關(guān)鍵字]：滾動(dòng)抱軸箱體、一體式工裝、銷孔定位、加工工藝[前言]：滾動(dòng)抱軸箱體（以下簡稱抱軸箱）是屬于機(jī)車走行部的工件，安裝在輪對(duì)中間的車軸上，屬于轉(zhuǎn)向架組裝中的高精度要求部件，其質(zhì)量的好壞對(duì)機(jī)車質(zhì)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(yán)格，因?yàn)橹攸c(diǎn)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(shù)要求決定了對(duì)其加工必須一步到位，不能夠反復(fù)對(duì)其進(jìn)行返修處理，否則必然無法保證各個(gè)孔的公差要求。具體外型形狀與內(nèi)部尺寸要求以及技術(shù)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(dòng)度要求達(dá)到0.05mm。經(jīng)過試制并檢測(cè)發(fā)現(xiàn)平行度、對(duì)稱度、同軸度、表面粗糙度、跳動(dòng)量普遍存在超差現(xiàn)象，通過分析得出以下幾條影響產(chǎn)品質(zhì)量的主要原因。機(jī)床—車間用來加工抱軸箱的機(jī)床經(jīng)過多年使用，精度已經(jīng)有所下降。工裝—目前使用工裝為鋼件焊接結(jié)構(gòu)，剛性差，為最大影響因素。針對(duì)以上兩條主要原因，如果從第一條機(jī)床入手解決，會(huì)耗費(fèi)相當(dāng)大的時(shí)間和成本；所以應(yīng)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(chǎn)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(duì)需要加工的基準(zhǔn)面進(jìn)行加工處理。鋼板焊接胎具具有結(jié)構(gòu)簡單，制造方便以及制造工期短的優(yōu)點(diǎn)，但是相應(yīng)的也有很多的缺點(diǎn)：1、由于是鋼板焊接，胎具底面即基準(zhǔn)面容易發(fā)生變形；2、胎具上的幾個(gè)定位基準(zhǔn)由于是焊接組合在一起的，時(shí)間長了會(huì)產(chǎn)生變形，各個(gè)定位基準(zhǔn)也就不平行和垂直，進(jìn)而影響了加工工件的精度要求；3、在生產(chǎn)加工中，由于胎具是板件焊接，各個(gè)支撐點(diǎn)都比較單薄容易產(chǎn)生震動(dòng)，這樣加工出來的工件容易在吃刀量稍大的時(shí)候?qū)Ρ砻娲植诙仍斐捎绊?，容易因?yàn)楣ぱb的震動(dòng)而使加工面產(chǎn)生缺陷；由于以上不足，加工出來的工件，平行度、對(duì)稱度、同軸度、表面粗糙度、跳動(dòng)量都互相產(chǎn)生了影響，所以產(chǎn)品的合格率必將受到影響，進(jìn)而影響生產(chǎn)效率。鑄造一體胎具則是先用鑄造方式鑄造出毛坯，整個(gè)工裝為一個(gè)整體，胎具在加工前，先回火處理，最后進(jìn)行時(shí)效處理，去除它的內(nèi)部應(yīng)力，這樣處理后的胎具不會(huì)因?yàn)閮?nèi)部應(yīng)力的影響而再次變形，然后到數(shù)控加工中心進(jìn)行加工，一次性完成所有的加工尺寸。鑄造一體的胎具缺點(diǎn)在于加工工藝復(fù)雜，加工周期長，并且比較沉重，不利于重復(fù)安裝實(shí)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(duì)比，我們對(duì)兩個(gè)工件分別用兩種胎具加工199±0.05、162.5EQ\S(+0.035,0)尺寸進(jìn)行測(cè)量的結(jié)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(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于鋼板焊接式胎具。實(shí)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(jìn)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(jié)，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(diào)節(jié)手段，只能通過壓板的擰緊力來控制各個(gè)方向的自由度。抱軸箱體圖（二）針對(duì)這個(gè)特點(diǎn)，在研究了抱軸箱的特點(diǎn)后，發(fā)現(xiàn)在抱軸箱的底面有兩個(gè)鍵槽，一個(gè)平行于軸線（即I），另一個(gè)垂直于軸線（即II）。這兩個(gè)鍵槽在轉(zhuǎn)向架裝配中用與安裝其他工件，因此對(duì)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(tái)面，再利用其工件自身的4個(gè)螺栓孔，找好相關(guān)位置后在胎具上加工相應(yīng)的螺栓孔，則成功限制了兩個(gè)方向的自由度，最后把緊螺栓，X、Y、Z三個(gè)方向上的移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)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(shè)計(jì)的思想所設(shè)計(jì)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(guān)鍵部位采取減重設(shè)計(jì)。關(guān)鍵定位件采用45號(hào)鋼調(diào)質(zhì)處理進(jìn)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(yán)格控制尺寸精度，以確保工裝對(duì)產(chǎn)品的精確定位，提高加工精度。三、改進(jìn)抱軸箱胎具與工作臺(tái)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(gè)是改變胎具與工作臺(tái)面的接合方式。在批量進(jìn)行抱軸箱加工時(shí)，由于最主要的技術(shù)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(yán)格，所以每次加工抱軸箱的時(shí)候，胎具都需要重新裝夾，所有的坐標(biāo)原點(diǎn)（X軸零點(diǎn)、Y軸零點(diǎn)、Z軸零點(diǎn)、W軸零點(diǎn)）都需要重新進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量完以后還要進(jìn)行X軸與Y軸的同軸度檢測(cè)，因?yàn)楸лS箱的兩端的孔徑是利用工作臺(tái)的旋轉(zhuǎn)加工完成的，這樣一來工件兩端孔徑在X軸方向上的零點(diǎn)有兩個(gè)，這兩個(gè)零點(diǎn)保證抱軸箱的同軸度要求，為了達(dá)到要求在每次上胎具以后都要用工件先加工一個(gè)尺寸到其他車間利用三坐標(biāo)測(cè)量儀進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)合格才可以再次加工，如若不然則需要重復(fù)上述步驟。因此每次上一次胎具都會(huì)浪費(fèi)將近3天到一個(gè)星期甚至更長的時(shí)間，需要不斷檢測(cè)，不斷調(diào)試，浪費(fèi)了時(shí)間、精力、耽誤了生產(chǎn)。但是如果把胎具固定在工作臺(tái)的某一個(gè)位置上不動(dòng)的話，雖然每次加工抱軸箱時(shí)，就不用需要再去進(jìn)行測(cè)量胎具、檢測(cè)半成品工件的工序，卻會(huì)出現(xiàn)其他問題，因?yàn)檫@臺(tái)機(jī)床并非專用機(jī)床，因此在加工其他工件的時(shí)候，由于胎具會(huì)占據(jù)一部分工作臺(tái)的空間，那么就會(huì)影響到其他工件的加工。在經(jīng)過幾次試驗(yàn)后我們采取了一種新的定位方式，就是利用工作臺(tái)上的四個(gè)工藝孔，選出在胎具底部的兩個(gè)，事先將這兩個(gè)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(tái)面，我們?cè)谶@次加工完抱軸箱以后，先不要把胎具卸下來，用臺(tái)鉆在胎具與工作臺(tái)上鉆兩個(gè)直徑為10的銷孔（計(jì)算好胎具與工作臺(tái)工藝孔的尺寸）然后用銷子壓進(jìn)孔內(nèi)，這樣只要把這次加工抱軸箱的坐標(biāo)尺寸全部記錄下來，等下次加工抱軸箱時(shí)只需要把胎具直接用銷子定位在工作臺(tái)的位置上，再用壓板固定胎具，即可進(jìn)行加工，然后直接調(diào)用上次各軸坐標(biāo)即可進(jìn)行加工，雖然由于不可知因素影響，第一個(gè)加工出來的工件還是要進(jìn)行檢測(cè)，但是這次檢測(cè)可以說校驗(yàn)意義大于檢測(cè)，因此可以在精加工，也可以在半精加工后進(jìn)行，通過加工后的校驗(yàn)反饋來看，基本上第一個(gè)工件就可以達(dá)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(shí)用，節(jié)省了大量的胎具調(diào)試裝夾和找正的時(shí)間，為完成生產(chǎn)任務(wù)奠定了基礎(chǔ)。四、改進(jìn)抱軸箱體的工藝在加工抱軸箱的試運(yùn)行工藝中工序安排，依照正常的機(jī)械加工原則，首先進(jìn)行端面加工，先用粗端銑刀對(duì)軸箱兩端面進(jìn)行半精加工，留量0.2mm，然后換槽銑刀把各個(gè)階臺(tái)孔的端面銑出來，留量0.2mm，再換端面精光刀把兩側(cè)端面精銑至要求尺寸，換槽銑刀把孔的各個(gè)端面加工出來，保證每個(gè)階臺(tái)面間的距離。然后用各種尺寸的雙刃鏜刀把每個(gè)孔留量φ0.6mm在加工完后在機(jī)床上進(jìn)行測(cè)量的時(shí)候有幾個(gè)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(jìn)行加工以及加工后的校驗(yàn)中都在公差要求內(nèi)，可是工件卸下之后以后再進(jìn)行測(cè)量有的尺寸就會(huì)超差，而且都是在下差，經(jīng)過仔細(xì)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(jìn)行釋放，產(chǎn)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(gè)大端面留量，粗鏜各孔，鉆功兩側(cè)端面絲孔，然后再精銑每個(gè)端面，再精鏜，最后再倒角。工序經(jīng)過上述調(diào)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(jìn)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(gè)缺點(diǎn)，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(gè)完整的抱軸箱加工。由于刀具太多，換刀，磨刀等輔助時(shí)間大大延長，來回?fù)Q刀也給操作者帶來了很大的麻煩，首先每換一把刀需要機(jī)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(dòng)機(jī)床……每換一次刀具對(duì)操作者的體力就會(huì)造成一部分損耗。這樣一天下來就只能加工出2件成品，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到生產(chǎn)需要。由于加工機(jī)床是數(shù)控控制，具有其他加工設(shè)備不具有的先進(jìn)性及屬性特點(diǎn)，所以經(jīng)過研究試驗(yàn)改變一下它的加工方法，即把直線進(jìn)給改成曲線進(jìn)給，利用一把φ80玉米銑刀，這樣一把刀具接合數(shù)控機(jī)床特性即可完成端面粗精加工以及粗鏜各孔徑，精銑階臺(tái)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(jīng)過幾次試驗(yàn)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(biāo)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(bǔ)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(shí)間同事也節(jié)省了刀具損耗，節(jié)約了生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)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(dāng)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?qū)Ρ瓤梢悦黠@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(chǎn)效率。六、結(jié)論通過從工裝，工藝，刀具三個(gè)方面對(duì)抱軸箱加工的優(yōu)化改進(jìn)，使抱軸箱的生產(chǎn)效率比以前提高了兩倍，原來每天加工二件達(dá)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(chǎn)成本。隨著全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我公司正在走技術(shù)引進(jìn)和技術(shù)創(chuàng)新之路。像抱軸箱