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1、文章编号:100726034(2003)0320013203 地铁齿轮箱加工工艺的优化 刘孝峰,丛云中 (中国北车集团长春轨道客车股份有限公司,吉林 长春130062) 摘 要:分析了地铁齿轮箱整体精加工的工艺方案,设计制作了齿轮箱孔加工的专用夹具。提高 了齿轮箱的成品率。 关键词:齿轮箱;中心距;工艺;夹具 中图分类号:U231.94 文献标志码:B 1 概述 齿轮箱是大型薄壁不规则的铸钢箱体,生产工 序多且周期长。工艺上采取把齿轮箱体和齿轮箱盖 合成整体后进行精加工各部。在生产中,由于齿轮 箱的主动轴承座孔和从动轴承座孔的中心距在生产 加工中不能采用通用量具直接检测,造成齿轮箱在 最后的精
2、加工工序中报废比例达50 %左右,严重影 响到齿轮箱的最终成品率和生产效率。因此必须要 有一套合理的工艺方案来保证齿轮箱中心距这一关 键尺寸的合格率,同时尽可能地提高其生产效率。 2 工艺方案的选择 图1表示3个孔的尺寸精度及三个孔的位置关 系。430 mm孔和 180 mm孔的中心距要求为 (374 0. 045) mm ,因此,可以从保证该中心距来制 定齿轮箱整体加工工艺方案,从而最终提高产品 图1 整体齿轮箱加工的位置关系 收稿日期:2003205212 作者简介:刘孝峰(19702 ) , 男,吉林长春人,工程师,1993年毕业于延 边大学农机专业,工学学士,现从事机械制造技术工作。
3、的成品率。 2. 1 方案一 齿轮箱按图2方式装夹加工,即齿轮箱 430 mm孔加工后,机床主轴中心从O1到O2加工 180 mm孔时,机床需走X和Y2个坐标轴才能达到 180 mm孔中心O2,即机床通过走O1A和O2A两直 角边来间接保证斜边即中心距O1O2。 图2 按方案1装夹加工尺寸图示 O2A= 13 mmO1O2= 374 mm 所以 O2O1A= arcsin(O2A/ O1O2)= 2 (O1 A) max= (374 + 0. 045)cos2 = 373. 817 mm (O1 A) min= (374 - 0. 045)cos2 = 373. 727 mm (O2A)max
4、= (374 + 0. 045)sin2= 13. 054 mm (O2A)min= (374 - 0. 045)sin2= 13. 051 mm 即机床X轴须保证O1A在373. 727373. 817 mm之间,Y轴须保证O2A在13. 05113. 054 mm之 间,才能保证O1O2中心距 (374 0. 045) mm的加 工精度要求。 2. 2 方案二 齿轮箱按图3方式装夹加工,将齿轮箱整体旋 转2,使O1O2成为一条水平线。即齿轮箱 430 31 冷加工工艺 mm孔加工后,机床主轴中心直接以O1O2为参考 基准加工 180 mm孔。 图4 齿轮箱整体加工专用夹具 图3 按方案二装
5、夹加工尺寸图示 2. 3 方案的比较 (1)方案一中,由于受到机床坐标轴系统误 差的影响,Y轴不可能保证O2A在13. 051 13.054 mm之间,造成O1O2中心距加工精度 不易保证,并且在生产中难以对O1O2中心距 的加工精度进行程序补偿。 (2)方案二中,机床只须走X一个坐标轴 就能到达 180 mm孔中心O2,直接保证O1 O2中心距。由于只有一个机床坐标轴参与切 削,减少了机床系统误差累积,并且容易对O1 O2中心距的加工精度进行程序补偿,使得齿 轮箱O1O2中心距这一关键尺寸更容易得到 保证。 通过以上对比及分析,选方案二作为该齿 轮箱整体加工工艺方案。 360 mm孔中心O3
6、的确定 加工方案中的 430 mm孔中心O1和 180 mm孔中心O2的机床坐标通过O1O2中 心距已经确定,齿轮箱 60 mm孔中心O3的 机床坐标可以通过如下方法确定: 将齿轮箱整体旋转2 使O1O2成为一条 水平线后,齿轮箱3个孔的相互位置关系见图 3。由于 O2O1A=CO2B= 2O3B= 50 mmO2B= 180 mm , 所以O2O3= ( O 3B2+O2B2) 1/2 = 186. 815 mm O3O2B= arctg(O3B/ O2 B) = 15. 524 O3O2C=O3O2B- 2= 13.524 从直角三角形O3O2C可得出: O2C=O2O3cosO3O2C=
7、 181. 629 mm O3C=O2O3sinO3O2C= 43. 713 mm 即齿轮箱 180 mm孔加工后,机床主轴中心分 别沿X、Y轴从O2走O3C(43. 713 mm)和O2C (181. 629 mm)就到达了齿轮箱 60 mm孔中心 O3。由于 齿轮箱 60 mm孔中心O3和 180 mm孔O2的位 置关系是通过O3B= 50 mm和O2B= 180 mm确定 的,其均为自由尺寸,因此在加工方案中,机床主轴 中心通过走O2C和O3C两直角边保证 60 mm孔 中心O3完全可以满足这2个孔的相互位置精度要 求。 4 专用夹具 为了保证齿轮箱整体旋转2 的要求,通过专用 夹具来实
8、现,见图4。 4. 1 工作原理 通过左边可调支承的左右移动和右边可调支承 的上下移动使齿轮箱整体旋转,用划针找正 430 mm孔中心O1和 180 mm孔中心O2的连心线,使 O1和O2的连心线与机床工作台水平,从而保证齿 轮箱整体旋转的加工要求。 4. 2 夹具的特点 (1)采用了左边可调支承和右边可调支承2个 机构,使齿轮箱整体旋转得以实现,同时将原来的点 支承改为面支承,以增加齿轮箱加工中的稳定性。 (2)左立柱和右立柱的柱体由原来的圆形改为 箱形结构,提高了夹具的整体刚性,减小了加工中的 颤振。 (3)增加了端面可调支承,避免铣削 430 mm 41 冷加工工艺 机车车辆工艺 第3期
9、2003年6月 孔端面时产生让刀现象,以保证孔与端面的垂直度 要求。 (4)增加辅助夹紧装置,使齿轮箱夹紧点由原来 的2点改为3点,即由原来的线形夹紧变为面形夹 紧,以增加齿轮箱加工中的稳定性。 (5)压板由窄头单点压紧改为大距离双点压紧 的宽头压板,并配以球面垫圈进行压紧,以增加齿轮 箱加工中的稳定性。 5180 mm孔中心O2的划线确定 从图1可见 180 mm孔中心比 430 mm孔中 心水平方向高出13 mm ,虽然该尺寸在精加工中可 以准确保证,但在齿轮箱加工前的整体划线工序中 须确定好 180 mm孔中心O2,否则容易使加工后的 180 mm孔产生偏心。由于划线中累积误差的影 响,
10、往往很难准确找到 180 mm孔的中心。 可制作样板直接准确找到 180 mm孔中心 O2,见图5。由分析可知 O2O1A= 2,DO1A= 30,得到 O2O1D= 32,因此,根据O2O1中心距和 O2O1D即可确定一个直角三角形样板O2O1D。 使用该样板可准确地找出 180 mm孔的中心O2。 在齿轮箱整体划线时划出 430 mm孔中心O1 和 180 mm孔中心O2的连接线,并延长两端的A 图5 找中心样板示意 点和B点打上样冲眼以便于找正。将齿轮箱吊放 到专用夹具上,然后用划线盘上的划针检测齿轮箱 A点和B点是否等高,若不等高,根据两点的高低状 况,调整专用夹具上的可调支承左和可调
11、支承右,使 齿轮箱整体旋转以保证A点和B点等高。齿轮箱 整体夹紧后,重复上述过程即可。 6 效果 通过对加工工艺的优化,齿轮箱的主动轴承座 180 mm孔和从动轴承座 430 mm孔的中心距合 格率达97 %以上,同时各孔的尺寸精度也大幅提 高。该工艺方案已经运用到了伊朗地铁217辆车的 生产中,取得了满意的效果。 (编辑:杨向明) (上接第12页) 5 生产应用 生产中以68 # 油+ 10 %复合添加剂的混合油作 为淬火油,用于渗碳齿轮的淬火冷却,对齿轮渗碳淬 火层组织与硬度、 齿轮表面硬度均匀性、 齿轮心部组 织与硬度进行了检查。对DF4、ND5、 北京地铁主动齿 轮,DF8B从动齿轮的
12、渗碳淬火指标进行统计,结果见 表5。 表5 齿轮渗碳淬火指标统计 齿轮名称材料表面组织 表面硬度 / HRC 心部组织 心部硬度3 / HRC DF4主动齿轮20CrMnMo ND5主动齿轮20CrMnMo 微细M+AR(10 %) + 少量碳化物 63.064.5 63.564.5 低碳马氏体 37.0 38.0 北京地铁主动齿轮20CrNi2Mo微细M+AR(10 %)62.564.0 低碳马氏体+细条状铁素 体( 2 %) 34.5 DF8B从动齿轮15CrNi6 微细M+AR(20 %) + 弥散碳化物 62.064.0 低碳马氏体+细条状铁素 体( 2 %) 35.0 注:3 为统计
13、平均值。 从表5的统计结果来看,齿轮的渗碳淬火质量 指标均满足技术要求,齿轮表面硬度均匀性较好。 6 结论 (1)淬火油中加入复合添加剂,提高了淬火油的 高温冷速及特性温度。 (2)68 # 淬火油+ 10 %复合添加剂的混合油用于 渗碳齿轮的淬火,减少了齿轮心部铁素体含量、 提高 了齿轮的心部硬度;齿轮的表面组织与硬度均匀、 光 亮性较好,可以满足渗碳齿轮的淬火质量要求,并且 节约了淬火油改造成本。 参考文献: 1曾广益.淬火油的选用、 管理与维护,天津:天津市热处理研究所 D ,1994. 2 TB/ T2254 - 1991 ,机车牵引齿轮用渗碳淬硬齿轮金相检验标准 S. 3钟顺思,王昌生.轴承钢M.北京:冶金工业出版社.2000. (编辑:杨向明) 51 地铁齿轮箱加工工艺的优化