鐵路客運電力機(jī)車分箱型齒輪箱加工概述

劉日誠

摘要：隨著我國鐵路交通的發(fā)展，鐵路車輛各個部件的生產(chǎn)工藝及技術(shù)也在不斷創(chuàng)新。其中齒輪箱作為和諧型電力機(jī)車、和諧型內(nèi)燃機(jī)車以及諸多城市軌道交通車輛驅(qū)動裝置中較為重要的部件，其制造質(zhì)量將直接影響鐵路車輛運行的可靠性、安全性。本文主要對現(xiàn)有加工條件進(jìn)行分析，設(shè)計出一套滿足質(zhì)量要求并可投入批量生產(chǎn)的加工工藝。

關(guān)鍵詞：分箱型齒輪箱;加工

1加工設(shè)備的選擇

在機(jī)械自動化和柔性自動化高速發(fā)展的大環(huán)境下，諸如像齒輪箱體這種薄壁類箱體的加工多采用加工中心來完成。而加工中心中多采用臥式加工中心。

臥式加工中心是指主軸軸線與工作臺平行設(shè)置的加工中心。主要適用于加工箱體類零件。它的工作原理是工件在臥式加工中心上經(jīng)一次裝夾后，數(shù)字控制系統(tǒng)能控制機(jī)床按不同加工工序，自動選擇及更換刀具，自動改變機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度和刀具相對工件的運動軌跡及其他輔助功能，依次完成工件對個面上多工序的加工。并且有多種還到或選刀功能，從而使生產(chǎn)速率大大提高。

與立式加工中心相比較，臥式加工中心結(jié)構(gòu)復(fù)雜，占地面積大，價格也比較高。而且臥式加工中心在加工時不便觀察，零件在裝夾和測量時不方便，但加工時排屑容易，對加工有利。

2.加工工藝的分析與制定

根據(jù)齒輪箱傳動原理，若滿足主動軸、從動軸之間齒輪正常嚙合和轉(zhuǎn)動，就必須保證主動軸與從動軸之間軸線平行度要求、孔距公差要求。通常情況下，分箱型齒輪箱依照設(shè)計結(jié)構(gòu)，主動軸、從動軸是通過4組滾動軸承及其安裝座定位安裝在齒輪箱上的，并且為了安裝和拆卸方便，這4組軸承安裝座孔尺寸各不相同。因此這4組軸承安裝座孔之間的形位公差、尺寸公差是加工工藝重點保證的目標(biāo)。

從設(shè)計基準(zhǔn)要求分析工藝基準(zhǔn)：①主動軸兩側(cè)的軸承安裝座孔的兩個設(shè)計基準(zhǔn)分別由他們各自對應(yīng)的軸承安裝座孔空間軸線確定，并擬定出主動軸空間軸線;②從動軸兩側(cè)的軸承安裝座孔的兩個設(shè)計基準(zhǔn)分別由他們各自對應(yīng)的軸承安裝座孔空間軸線確定，并擬定出從動軸空間軸線;③主動軸空間軸線與主動軸兩側(cè)的軸承安裝座孔端面有垂直度要求，從動軸空間軸線與從動軸兩側(cè)的軸承安裝座孔端面有垂直度要求且兩條軸線有平行度要求。

為確?？紫抵g的形位公差、尺寸公差要求，精加工必須在同一個工序、同一臺設(shè)備以及同一步裝夾上進(jìn)行。

綜上所述：分箱型齒輪箱加工工藝分為兩個階段進(jìn)行，第一階段為單件加工，即上箱體、下箱體分別加工。但要保留合箱后的整體加工余量和工藝定位基準(zhǔn)。第二階段為合箱后整體加工，即上箱體、下箱體在單件加工后，按照裝配要求，采用定位銷定位、螺栓連接的方式，將上箱體、下箱體合箱成為一體，再進(jìn)行齒輪箱整體加工。

3加工胎具的設(shè)計

分箱型齒輪箱加工胎具主要分為單箱加工胎具和合箱加工胎具。

3.1單箱加工胎具

單箱加工胎具主要用于加工齒輪箱上箱體和下箱體結(jié)合面的粗銑、精銑以及結(jié)合面螺紋孔、工藝銷孔等。其只要由一個底板、三個主要支撐頂子、兩到三個輔助支撐頂子以及若干雙頭螺柱、壓板組成。其示意圖如圖1（a）所示。

此胎具應(yīng)用于臥式加工中心，胎具固定在設(shè)備工作臺上，通過支撐頂子和輔助頂子可以將工件調(diào)整至工件中心線與工作臺相平行，與主軸相垂直。此時加工面與主軸相垂直，便于加工。

3.2合箱加工胎具

合箱加工胎具主要用于齒輪箱體精加工，是齒輪箱體加工最重要的胎具。其示意圖如圖1（b）所示。

此胎具的組成部分與單箱加工胎具類似并應(yīng)用于臥式加工中心。胎具安裝至加工中心工作臺上后將胎具基準(zhǔn)面調(diào)整至與主軸相垂直，工件通過定位銷孔固定工件與胎具的相對位置，利用壓板和輔助頂子對工件進(jìn)行固定，在加工時只需選取加工零點便可對工件進(jìn)行加工。

4齒輪箱加工過程中的時效處理

時效處理是指合金工件經(jīng)固溶處理，冷塑性變形或鑄造、鍛造后，在較高的溫度或室溫放置，其性能、形狀、尺寸隨時間而變化的熱處理工藝。若采用將工件加熱到較高溫度，并較短時間進(jìn)行時效處理的時效處理工藝，稱為人工時效處理。若將工件放置在室溫或自然條件下長時間存放而發(fā)生的時效現(xiàn)象，稱為自然時效處理。第三種方式是振動時效，從80年代初起逐步進(jìn)入使用階段，振動時效處理在不加熱也不像自然時效那樣費時的情況下，給工件施加一定頻率的振動使其內(nèi)應(yīng)力得以釋放，從而達(dá)到時效的目的。通過時效處理可以消除工件的內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定組織和尺寸，改善機(jī)械性能。

齒輪箱在鑄造凝固和以后的冷卻過程中，體積的變化不能自由的進(jìn)行，于是在產(chǎn)生變形的同時還產(chǎn)生應(yīng)力，而現(xiàn)階段通過人工時效的方式從而達(dá)到消除這種鑄造應(yīng)力的目的。

在齒輪箱機(jī)械加工過程中，機(jī)床在加工過程中會對箱體產(chǎn)生一定擠壓、切割等作用，這些作用都會改變金屬離子的位置和狀態(tài)，離子之間發(fā)生相互作用，從而在金屬內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力，這些應(yīng)力在加工完成之后還不能完全釋放出來，就形成殘余應(yīng)力。若不盡早消除箱體內(nèi)部的殘余應(yīng)力，待應(yīng)力釋放后會對箱體尺寸產(chǎn)生一定影響，因此在箱體表面粗加工后進(jìn)行一次人工時效處理以達(dá)到消除箱體在加工過程中形成的殘余應(yīng)力。因為人工時效處理會對箱體表面的尺寸以及粗糙度產(chǎn)生一定影響，因此在粗加工工藝編排時也要對時效變形等相關(guān)因素進(jìn)行分析。

5.結(jié)語

在該類齒輪箱加工過程中，通過單件試制、小批量驗證后，證明上述工藝分析及對策行之有效。在完善后續(xù)工藝能力、解決批量生產(chǎn)問題后，投入批量生產(chǎn)。經(jīng)過上線運用，證明加工質(zhì)量可靠，質(zhì)量特性穩(wěn)定，滿足安全運用要求。

參考文獻(xiàn)

[1]呂明.機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ).武漢：武漢理工大學(xué)出版社，2010.

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