HXD3G型机车空心轴装配精加工浅谈

HXD3G型机车空心轴装配精加工浅谈

刘欢王羽

中车集团大连机车车辆有限公司辽宁大连116200

摘要：HXD3G型电力机车是我公司自主研发设计的新型高速列车，最大行驶速度200km/h，由于其功率大，运行速度高，对零部件的要求较以往车型相比更为严格。空心轴装配（包括空心轴和非齿侧连杆盘）是其驱动装置的重要组成部分。本文就空心轴装配加工中出现的主要问题及加工难点，从加工工艺、专用工装夹具、刀具等方面进行分析、研究、改进、总结，优化生产过程。

关键词：形位公差；定位基准；切削加工；胎具设计

【前言】随着社会经济的发展，铁路现代化进程的加快，对铁路运输能力和运输质量都提出了更高的要求。HXD3G型电机机车的研发填补了中国内地大功率交流传动机车在准高速范围内实际运用的空白。空心轴装配是该驱动装置重要组成部分，由于工件体积大，质量重，结构复杂，加工精度要求高，夹紧和定位困难，加大了加工的难度。因此分析图纸结合现场实际情况重新调整工艺、工装夹具及刀具等，保证批量生产的顺利进行。

空心轴装配零部件分析

空心轴装配是HXD3G电力机车的重要组成部分，在驱动装置中起到了传递力矩的作用。其材料为30CrMo。由于空心轴体积大、质量重，在精加工时容易产生以下现象：（1）切削热会引起工件热变形，从而使工件尺寸难以控制，如果在一次装夹中连续完成半精车和精车，由切削热引起工件的热变形，会对其尺寸精度产生极大影响。（2）在切削力（特别是径向切削力）的作用下，容易产生振动和变形，影响工件的尺寸精度，形状、位置精度和表面粗糙度。（3）在夹紧力作用下容易产生变形，从而影响工件尺寸精度和形状精度。为了使工件满足图纸要求，我主要从分解工序、细化工艺流程；设计专用夹具；合理选用刀具三个方面入手减少和防止加工变形。

一、分解工序、细化工艺流程

1、确定工艺流程

该工件的一个主要难度在于工序多，从毛坯到成品需要退火、粗车、探伤、调质、精车等大大小小20道工序，涉及多个车间。精镗铣端齿三爪及各孔，属于空心轴装配的精加工部分，所用机床为数控卧式加工中心。该工序的原始加工工艺流程为：粗铣端面—精铣端面—钻孔攻丝—铣端齿—装配空心轴与非齿侧连杆盘—粗加工、精加工Φ100内孔—粗加工、精加工花边—倒角—镗Φ230内孔—检查。

在对该工件进行加工过程中发现使用原始工艺流程工件的变形量很大，成品（尤其是Φ100内孔处）经检查无论是尺寸公差和形位公差均发现超差现象，因此我依据图纸要求总结现场实际操作所遇到的问题，分析得出了以下原因：

“装配空心轴与非齿侧连杆盘”工步之前没有问题，后面“粗加工、精加工Φ100内孔”和“粗加工、精加工花边”安排不当。由于镗孔时粗加工加工量比较大，产生大量切削热，不等热量散去直接进行精加工，自然影响加工精度。所以将装配后的工艺进行了调整：粗加工Φ100内孔—粗加工、精加工花边—精加工Φ100内孔。这样把精镗孔安排在铣花边之后，使热量得到消散，有效的提高了加工精度，减少了废品的产生。

2、定位基准和装夹方式的确定

（1）定位基准的确定

通过分析图纸结合现场实际情况，由于该工件需要把空心轴和非齿侧连杆盘装配起来整体加工，并且两侧的三爪盘上内孔的位置度及相位角要求较高（位置度要求0.1mm内），齿的加工精度又比较高。所以我建议以齿为定位基准。

（2）装夹方式的确定

由于该工件属于轴类工件，端面又需要加工端齿，所以在我的建议下采用了径向夹紧力的方法来进行空心轴装配的装夹。

二、专用胎具的设计

由于空心轴装配的特殊性（形状复杂，加工部位多），在加工中心加工时必须制作专用胎具，否则难以达到图纸要求。结合现场实际情况研究制作了两套加工中心加工空心轴专用胎具。见图一。

将工件吊放到胎具上，盖上上瓦，用螺栓把紧，工件X、Z两个方向得到固定，且不能旋转；端面处用顶子顶死，工件Y方向得到固定。工件得以固定在胎具上。

三、合理选用刀具

刀具的选用也至关重要。精车时，加工余量较小，切削时平稳无大冲击，要求工件的表面质量高，因此应选用刚性好、精度高、要求尺寸稳定、耐用度高，断屑排屑性能好的刀具，以保证加工精度的要求，为减少换刀时间和方便对刀，应尽量采用机夹刀和机夹刀片。需要注意的是在整个切削加工过程中必须连续、充分使用切削液，不仅可以使刀具的耐用度提高，工件表面粗糙度降低，同时工件也不会受切削热的影响，而影响它尺寸和精度，从而保证零件的加工质量。

【结论】空心轴体积大、质量重、加工精度要求高。由于工件结构复杂，加工部位多，从工艺的安排到胎具的设计以及刀具的选取，我都全身心的投入到其中。通过对工艺及刀具的改进缩短了加工时间，提高了效率，同时也提高了产品的质量。产品废品率由原来的%5降为%0.2，节约了成本。成功完成了车间的试制任务，自己也积累了很多经验，为今后的工作打下了坚实基础。

参考文献：

[1]《数控加工工艺及设备》高等教育出版社.赵长明、刘丁菊

[2]《机械设计》北京：高等教育出版社，2001.濮良贵、记名刚

[3]《金属切削机床夹具设计手册》.北京：机械工业出版社.1995.浦林祥.