【正文】 11 緒論 課題研究的背景與意義高速動(dòng)車組技術(shù)是我國(guó)近年來(lái)從國(guó)外引進(jìn)的先進(jìn)交通運(yùn)輸技術(shù)之一，是輪軌技術(shù)的顛峰之作，可與磁懸浮技術(shù)相提并論。轉(zhuǎn)向架構(gòu)架是轉(zhuǎn)向架的基體，其制造精度直接影響著轉(zhuǎn)向架的裝配精度、安全性能，進(jìn)而影響到動(dòng)車組的運(yùn)行品質(zhì)及安全性。鐵道部高速動(dòng)車組聯(lián)合辦公室明確提出在高速動(dòng)車組制造過(guò)程中要實(shí)現(xiàn)零缺陷，如何能夠提高轉(zhuǎn)向架構(gòu)架加工的精度和效率是眾多軌道交通裝備企業(yè)所面臨的難題。新一代高速動(dòng)車組持續(xù)運(yùn)營(yíng)時(shí)速 350 公里，試驗(yàn)時(shí)速將超過(guò) 400 公里，屆時(shí)將成為世界上商業(yè)運(yùn)營(yíng)速度最快、科技含量最高、系統(tǒng)匹配最優(yōu)的動(dòng)車組。在未來(lái) 5－10 年，我國(guó)將有約 2022 多列的高速動(dòng)車組需求，約合 1 萬(wàn)億的商業(yè)價(jià)值 【1】 。 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀分析 自二十世紀(jì) 60 年代末輪軌蠕滑理論有了突破性的進(jìn)展以來(lái)，對(duì)輪軌接觸面上的作用力有了真正的認(rèn)識(shí)，機(jī)車車輛動(dòng)力學(xué)得到了迅猛的發(fā)展，使重載牽引、高速列車得以順利發(fā)展。 車輛轉(zhuǎn)向架的結(jié)構(gòu)及作用相對(duì)比較簡(jiǎn)單，其徑向轉(zhuǎn)向架在 70 年代初便開始出現(xiàn)并陸續(xù)投入運(yùn)用，目前已有不少國(guó)家作為貨車轉(zhuǎn)向架的一種重要形式。這通常是由輪對(duì)定位的縱向方向來(lái)傳遞的，因而輪對(duì)定位的縱向剛度通常都很大，否則無(wú)法傳遞牽引力。這就是通常所說(shuō)的牽引和導(dǎo)向的矛盾。機(jī)車徑向轉(zhuǎn)向架的導(dǎo)向機(jī)理、設(shè)計(jì)方法以及結(jié)構(gòu)形式遠(yuǎn)較車輛徑向轉(zhuǎn)向架復(fù)雜。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的技術(shù)積累，到 80 年代末 90 年代初，機(jī)車長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)學(xué)士畢業(yè)論文2徑向轉(zhuǎn)向架的技術(shù)出現(xiàn)了突破，德國(guó)、瑞士、南非、奧地利等國(guó)家相繼在電力機(jī)車轉(zhuǎn)向架上采用了徑向調(diào)節(jié)技術(shù)。該機(jī)車取得了極大的成功，達(dá)到了前所未有的輪軌粘著水平和牽引能力，并可用于過(guò)去三軸轉(zhuǎn)向架難以涉足的多小半徑曲線的困難區(qū)段，擴(kuò)大了三軸轉(zhuǎn)向架的應(yīng)用范圍。這將大大節(jié)約燃料、減少維修、節(jié)省人力物力，成為美國(guó)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)近年來(lái)最大的一筆機(jī)車訂貨。 小結(jié)隨著機(jī)車不斷向高速、重載方向發(fā)展，必然會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)向架的強(qiáng)化提出越來(lái)越高的要求，為適應(yīng)這種狀況，必須對(duì)轉(zhuǎn)向架的可靠性提出更高的要求，相關(guān)企業(yè)為此也投入相當(dāng)大的精力去研發(fā)各種新的工藝來(lái)適應(yīng)這種要求。長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)學(xué)士畢業(yè)論文32 動(dòng)車轉(zhuǎn)向架構(gòu)架橫梁的加工工藝分析 動(dòng)車轉(zhuǎn)向架構(gòu)架橫梁的數(shù)控加工 數(shù)控加工的簡(jiǎn)介數(shù)控加工，泛指在數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行零件加工的一種工藝過(guò)程。只要改變程序，就可以在數(shù)控機(jī)床上加工新的零件，且又能自動(dòng)化操作，柔性好，效率高，因此數(shù)控機(jī)床能很好適應(yīng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。帶來(lái)的好處很明顯。并且，數(shù)控工在數(shù)控機(jī)床上加工出的零件比普通工在傳統(tǒng)機(jī)床上加工的零件精度要高，時(shí)間要省。（3）產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定：數(shù)控機(jī)床的加工自動(dòng)化，免除了普通機(jī)床上工人的疲勞、粗心、估計(jì)等人為誤差，提高了產(chǎn)品的一致性。工序集中：數(shù)控機(jī)床一般帶有可以自動(dòng)換刀的刀架、刀庫(kù)，換刀過(guò)程由程序控制自動(dòng)進(jìn)行，因此，工序比較集中。（2）減少或沒(méi)有中間環(huán)節(jié)（如半成品的中間檢測(cè)、暫存搬運(yùn)等） ，既省時(shí)間又省人力。 動(dòng)車轉(zhuǎn)向架構(gòu)架橫梁結(jié)構(gòu)復(fù)雜，多孔多圓弧曲線，五面體加工，重量大，最好能一次裝夾。 動(dòng)車轉(zhuǎn)向架構(gòu)架橫梁數(shù)控加工工藝分析 零件圖分析分析零件圖，就是根據(jù)零件圖了解零件的名稱，材料和用途，弄清零件各部分的結(jié)構(gòu)形狀及相對(duì)位置關(guān)系，了解零件的制造方法和技術(shù)要求，從而找出制定零件各項(xiàng)技術(shù)要求的根據(jù)。本設(shè)計(jì)只對(duì)零件的技術(shù)要求做出分析 【3】 。根據(jù)圖紙標(biāo)注（圖 、圖 ）可確定，零件的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)是以 A 面作為 XY 面，以轉(zhuǎn)向架構(gòu)架橫梁的中間空腔的中心線作為 XZ 基面和 YZ 基面，三個(gè)平面的空間坐標(biāo)作為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)。1mm 處，表面粗糙度 。圖 和圖 中以 YZ 為基準(zhǔn)的加工表面有 X55X590、X580,以 XZ 為基準(zhǔn)的加工面有 Y60Y7Y374。四個(gè)空心圓柱端面 Y740 與 XZ 面的平行度誤差為 1。其中距XZ 基面 374mm，距 YZ 基面 475mm 處有兩個(gè)；距 XZ 基面 602mm，距 YZ 基面 475mm 處有兩個(gè)。槽寬 40K6，槽深 5mm，表面粗糙度為 ?？准庸ぴ谂c基面 YZ 距離 590mm 的側(cè)面上有四處，坐標(biāo)為（415，）、（535，）、（415，）、（535，418. 5），尺寸精度 M24。圖 和圖 中，孔的加工部位有十處，在與基面 XZ 距離 602mm 的側(cè)面長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)學(xué)士畢業(yè)論文5上，其中八個(gè) M24 螺紋孔，坐標(biāo)（420，）、（530，）、（420，）、（530，）、（420，）、（420，）、（530，）、（530，），攻絲深度 45mm,鉆孔深度 55mm；兩個(gè)配合孔 φ20H7，坐標(biāo)（425，）、（425，），孔的內(nèi)表面粗糙度 。在四個(gè)空心圓柱端面的下方,距離YZ 面 400 處有四個(gè)加工部位，R20 的圓角，表面粗糙度為 。表面粗糙度為 。角，表面粗糙度 。毛坯的種類、形狀、尺寸及精度對(duì)機(jī)械加工工藝過(guò)程、產(chǎn)品質(zhì)量、材料消耗和生產(chǎn)成本有著直接的影響。如鑄件采用金屬模機(jī)器造型或精密鑄造；鍛件采用模鍛、精鍛；型材件選用冷拉和冷軋型材。零件材料的工藝性　　例如材料為鑄鐵或青銅等的零件應(yīng)選擇鑄造毛坯；鋼質(zhì)零件當(dāng)形狀不復(fù)雜，力學(xué)性能要求又不太高時(shí)，可選用型材；重要的鋼質(zhì)零件，為保證其力學(xué)性能，應(yīng)選擇鍛造件毛坯。一般用途的階梯軸，如各段直徑相差不大，可選用圓棒料；如各段直徑相差較大，為減少材料消耗和機(jī)械加工的勞動(dòng)量，則宜采用鍛造毛坯，尺寸大的零件一般選擇自由鍛造，中小型零件可考慮選擇模鍛件。 常見的毛坯種類常見的毛坯種類有以下幾種： 鑄件　 對(duì)形狀較復(fù)雜的毛坯，一般可用鑄造方法制造。鍛件鍛件毛坯由于經(jīng)鍛造后可得到連續(xù)和均勻的金屬纖維組織。其中自由鍛件的精度和生產(chǎn)率較低，主要用于小批生產(chǎn)和大型鍛件的制造。長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)學(xué)士畢業(yè)論文11型材　　型材主要有板材、棒材、線材等。就其制造方法，又可分為熱軋和冷拉兩大類。冷拉型材尺寸較小，精度較高，主要用于毛坯精度要求較高的中小型零件。其優(yōu)點(diǎn)是制造簡(jiǎn)單、生產(chǎn)周期短、節(jié)省材料、減輕重量。其它毛坯　 其它毛坯包括沖壓件，粉末冶金件，冷擠件，塑料壓制件等。但是，由于現(xiàn)有毛坯制造技術(shù)及成本的限制，以及產(chǎn)品零件的加工精度和表面質(zhì)量要求愈來(lái)愈來(lái)高，所以，毛坯的某些表面仍需留有一定的加工余量，以便通過(guò)機(jī)械加工達(dá)到零件的技術(shù)要求。余量有總加工余量和工序余量之分。工序余量是相鄰兩工序的工序尺寸之差，毛坯余量是毛坯尺寸與零件圖樣的設(shè)計(jì)尺寸之差。 動(dòng)車轉(zhuǎn)向架構(gòu)架橫梁的毛坯的選擇轉(zhuǎn)向架的功能是承載、牽引、緩沖、導(dǎo)向，所用材料要有好的抗彎矩和扭矩的能力。由于動(dòng)車轉(zhuǎn)向架構(gòu)架橫梁的形狀結(jié)構(gòu)復(fù)雜，尺寸與重量都很大，難于用鑄、鍛方法整體生產(chǎn)，屬于復(fù)雜結(jié)構(gòu)件。對(duì)形狀較復(fù)雜的部分，選用鑄造；零件中對(duì)力學(xué)性能要求高，受力復(fù)雜的重要部分，選用鍛件；對(duì)形狀不復(fù)雜，力學(xué)性能要求又不太高的部分，選用型材；用焊接的方法將以上的鍛件、型材或局部加工的半成品組合為一個(gè)整體的毛坯。由于焊接的接頭組織不均勻使得整體尺寸誤差較大和抗震性較差，并有焊接應(yīng)力和變形存在，所以毛坯需經(jīng)時(shí)效處理后長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)學(xué)士畢業(yè)論文12才能進(jìn)行機(jī)械加工。它包括零件的各個(gè)制造過(guò)程中的工藝性，有零件結(jié)構(gòu)的鑄造、鍛造、沖壓、焊接、熱處理、切削加工等工藝性。 機(jī)械加工對(duì)零件局部結(jié)構(gòu)工藝性的要求便于刀具的引進(jìn)和退出：如圖 中邊緣孔的鉆削；圖 保證刀具正常工作：例如圖 所示結(jié)構(gòu)，孔的入口端和出口端都是斜面或曲面，鉆孔時(shí)鉆頭兩個(gè)刃受力不均，容易引偏，而且鉆頭也容易損壞，宜改用圖b 所示結(jié)構(gòu)。 圖 保證能以較高的生產(chǎn)率加工：例如①被加工表面形狀應(yīng)盡量簡(jiǎn)單 圖 所示鍵槽形狀只能用生產(chǎn)率較低的鍵槽銑刀加工，圖 b 所示結(jié)構(gòu)就能用生產(chǎn)率較高的三面刃銑刀加工。 圖 所示箱體零件耳座結(jié)構(gòu)，圖 b、圖 c 所示結(jié)構(gòu)不但省料而且生產(chǎn)效率高，它的工藝性就優(yōu)于圖 a 所示結(jié)構(gòu)。如果設(shè)計(jì)允許，宜將螺孔 A 改成圖左上角的結(jié)構(gòu)。圖 左邊平面結(jié)構(gòu)需作 3 次工作行程才能加工完，工藝性差。 圖 ⑥避免深孔加工例如圖 中，左圖為深孔加工，工藝難；采用右圖結(jié)構(gòu)，避免深孔加工，節(jié)約了零件材料。例如：在大批量生產(chǎn)中，圖 所示箱體同軸孔系結(jié)構(gòu)是工藝性好的結(jié)構(gòu)；在單件小批生產(chǎn)中，則認(rèn)為圖 是工藝性好的結(jié)構(gòu)。采用專用組合鏜床，一次性投資雖然高，但因產(chǎn)量大，分?jǐn)偟矫總€(gè)零件上的工藝成本并不多，經(jīng)濟(jì)上仍是合理的。例如圖 圖 ⑩零件要有足夠的剛性，便于采用高速和多刀切削。圖示兩種零件結(jié)構(gòu)，圖 所示結(jié)構(gòu)有加強(qiáng)筋，零件剛性好，加工時(shí)不易產(chǎn)生變形，其工藝性就比圖 所示結(jié)構(gòu)好。 在滿足產(chǎn)品使用性能的條件下，零件圖上標(biāo)注的尺寸精度等級(jí)和表面粗糙度要求應(yīng)取最經(jīng)濟(jì)值 盡量選用切削加工性好的材料 有便于裝夾的定位基準(zhǔn)和夾緊表面。圖 中對(duì) Y740 平面加工時(shí)，由于加工表面比較大，壁厚較薄，結(jié)構(gòu)性較好但是力學(xué)性能較差，不便于刀具進(jìn)給。圖 中 X55X590、X580 加工平面,結(jié)構(gòu)性和力學(xué)性能較好，便于刀具的切削和進(jìn)給。圖 中槽的加工部位在側(cè)面有兩處，表面精度 ，表面精度要求較高，在加工時(shí)要注意刀具的切削速度和進(jìn)給，以保證加工部位的表面精度。刀具的選擇上要注意刀具的半徑小于或等于工件圓弧。長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)學(xué)士畢業(yè)論文17圖 中,螺紋孔 M24 要注意刀具的走刀路線，避免刀具和零件的干涉。在槽里面鉆孔時(shí)，要特別注意入刀點(diǎn)的選擇，避免干涉到 Y590 面,造成其表面劃傷。長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)學(xué)士畢業(yè)論文183 工藝路線的擬定包括選擇定位基準(zhǔn)、確定各表面的加工方法、劃分加工階段、確定工序的集中和分散的程度、合理安排加工順序等； 基準(zhǔn)的選擇 基準(zhǔn)的基本概念基準(zhǔn)就是確定生產(chǎn)對(duì)象上的某些點(diǎn)、線、面的位置所依據(jù)的那些點(diǎn)、線、面。設(shè)計(jì)基準(zhǔn)是設(shè)計(jì)工作圖上所采用的基準(zhǔn)。又分為有工序基準(zhǔn)、定位基準(zhǔn)和測(cè)量基準(zhǔn)等。(2) 定位基準(zhǔn)是在機(jī)械加工中用作工件定位的基準(zhǔn)。此外還有裝配過(guò)程中用于確定零、部件間相互位置的裝配基準(zhǔn)。定位基準(zhǔn)包括粗基準(zhǔn)和精基準(zhǔn)。精基準(zhǔn)：用已加工過(guò)的表面做基準(zhǔn) 。當(dāng)零件上有幾個(gè)不加工表面時(shí)，應(yīng)選擇與加工面相對(duì)位置精度要求較高的不加工表面作粗基準(zhǔn)。（4）粗基準(zhǔn)一般不得重復(fù)使用的原則：在同一尺寸方向上粗基準(zhǔn)通常只允許使用一次，這是因?yàn)榇只鶞?zhǔn)一般都很粗糙，重復(fù)使用同一粗基準(zhǔn)所加工的兩組表面之間位置誤差會(huì)相當(dāng)大，因此，粗基一般不得重復(fù)使用。長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)學(xué)士畢業(yè)論文19（2）基準(zhǔn)統(tǒng)一原則： 在大多數(shù)工序中，都使用同一基準(zhǔn)的原則。（3）互為基準(zhǔn)原則： 加工表面和定位表面互相轉(zhuǎn)換的原則。（4）自為基準(zhǔn)原則： 以加工表面自身做為定位基準(zhǔn)的原則， 如浮動(dòng)鏜孔、拉孔。 動(dòng)車轉(zhuǎn)向架構(gòu)架橫梁的定位基準(zhǔn)的選擇動(dòng)車轉(zhuǎn)向架構(gòu)架橫梁的定位基準(zhǔn)是以經(jīng)過(guò)兩個(gè)空心圓柱軸線的平面作為 XY 面，以轉(zhuǎn)向架構(gòu)架橫梁的中間空腔的中心線作為 XZ、YZ，三個(gè)平面的空間坐標(biāo)作為定位基準(zhǔn)。由分析可知，動(dòng)車轉(zhuǎn)向架構(gòu)架橫梁零件的定位基準(zhǔn)和設(shè)計(jì)基準(zhǔn)是不重合的。1mm 處，表面粗糙度 。 動(dòng)車轉(zhuǎn)向架構(gòu)架橫梁各表面的加工方法的選擇加工方法的選擇應(yīng)以滿足加工精度和表面粗糙度的要求為原則。 選擇加工方法應(yīng)考慮因素選擇加工方法應(yīng)考慮每種加工方法加工經(jīng)濟(jì)精度、零件材料可加工性、工件結(jié)構(gòu)形狀和尺寸，生產(chǎn)類型及工廠現(xiàn)有身產(chǎn)條件。 平面加工平面加工的方法通常有刨、銑、拉、車、磨及光整加工等。采用哪種加工方法較合理，需根據(jù)零件的形狀、尺寸、材料、技術(shù)要求、生產(chǎn)類型及工廠現(xiàn)有設(shè)備來(lái)決定。如果對(duì)機(jī)床進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整或使用專用夾具，還可用于加工齒條、齒輪、花鍵以及母線為直線的成形面等。刨削加工的工藝特點(diǎn)如下：(1) 刨床結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)整、操作方便；刀具制造、刃磨容易，加工費(fèi)用低。(3) 刨削加工精度較低。因刨削有空行程損失，主運(yùn)動(dòng)部件反向慣性力較大，故長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)學(xué)士畢業(yè)論文20刨削速度低，生產(chǎn)率低。銑削　銑削是平面加工中應(yīng)用最普遍的一種方法，利用各種銑床、銑刀和附件，可以銑削平面、溝槽、弧形面、螺旋槽、齒輪、凸輪和特形面。(1) 銑削的工藝特征及應(yīng)用范圍　　銑刀由多個(gè)刀齒組成，各刀齒依次切削，沒(méi)有空行程，而且銑刀高速回轉(zhuǎn)，因此與刨削相比，銑削生產(chǎn)率高于刨削，在中批以上生產(chǎn)中多用銑削加工平面。(2) 銑削工藝特點(diǎn)：①生產(chǎn)效率高但不穩(wěn)定　　由于銑削屬于多刃切削，且可選用較大的切削速度，所以銑削效率較高。②斷續(xù)切削　　銑刀刀齒切入或切出時(shí)產(chǎn)生沖擊，一方面使刀具的壽命下降，另一方面引起周期性的沖擊和振動(dòng)。③半封閉切削　　由于銑刀是多齒刀具，刀齒之間的空間有限，若切屑不能順利排出或有足夠的容屑槽，則會(huì)影響銑削質(zhì)最或造成銑刀的破損，所以選擇銑刀時(shí)要把容屑槽當(dāng)作一個(gè)重要因素考慮。平面磨削的加工質(zhì)量比刨和銑都高，而且還可以加工淬硬零件，因而多用于零件的半精加工和精加工。平面加工方案的正確選擇應(yīng)根據(jù)零件的形狀、尺寸、材料、技術(shù)要求和生產(chǎn)類型等情況。長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)學(xué)士畢業(yè)論文21表 21 平面加工方法序號(hào) 加工方法 經(jīng)濟(jì)精度（用公差等級(jí)表示）經(jīng)濟(jì)粗糙度 值 RA∕um適用范圍1 粗車 IT11～13 ～2 粗車半精車 IT8～10 ～3 粗車半精車精車 IT7～8 ～4 粗車半精車磨削 IT6～8 ～端面5 粗刨（或粗銑） IT11～13 ～6 粗刨（或粗銑）精刨（或精銑）IT8～10 ～一般不淬硬平面7