高速机车轮钻铣加工方案

2021-12-22穆伟

金属加工(冷加工) 2021年12期

穆伟

太原重工轨道交通设备有限公司山西太原 030032

1 序言

φ1250mm车轮为我公司出口到欧洲某国的高端机车轮产品，在此之前我公司早已成功研制了时速160km客运机车φ1250mm车轮，但此车轮在结构复杂程度及尺寸精度要求方面与φ1250mm高速机车轮相比有一定差距。该车轮之前一直由欧洲某国际知名车轮厂商垄断生产，此次我公司能够成功开发并批量生产该车轮，不仅打破了国内外竞争对手在高端车轮产品制造领域的垄断，也对我公司在开发高端机车轮市场以及技术创新方面有着重要的战略意义。该车轮制造的最大难点和瓶颈基本都在加工环节，而加工最大的难点在钻铣工序，如何能够在保证产品加工质量的前提下尽可能地提升加工效率以保证产品交期为本文研究的主要内容。

2 车轮结构及技术参数

车轮三维模型如图1所示，主要技术参数为：滚动圆直径（1250±0.25）mm，材质为ER9，表面硬度265~302HBW；辐板厚度（31±0.3）mm，且均布6×φ25+0.052+0mm（Ra=2.5μm）、18×φ（20±0.2）mm（Ra=3.2μm）共24个辐板孔，上下孔口倒角1mm×45°，位置度要求≤0.1mm。外侧轮毂加工有注油孔，注油孔各阶直径分别为φ27mm、φ11.45 mm、φ6mm及φ3.5mm，各孔对应的深度分别为2mm、19mm、65mm及85mm。第二阶孔还需加工G1/4螺纹，螺纹深度16mm。此外该车轮外侧轮毂环槽还需铣削加工呈180°对称的凸台，且车铣接刀位置处不允许存在明显接刀痕迹。

图1 车轮三维模型

3 原钻铣加工方案

该车轮钻铣加工分三道工序（见表1），加工设备为五轴数控加工中心，刀具分别为TP测量探头、U钻（24.5mm×3D、19.5mm×3D）、精镗刀（φ25mm、φ20mm）、单边45°内外倒角刀（柄径φ13mm、φ19.5mm）、钻头（φ11.45mm、φ6mm、φ3.5mm）、螺纹铣刀G1/4-19、φ16R2×100L圆鼻铣刀、BAP400R玉米铣刀。

表1 车轮钻铣加工工序

上述工序中加工φ20mm与φ25mm辐板孔时采取了相同的方法：先用对应U钻开粗，然后用精镗刀镗至要求尺寸，最后使用倒角刀加工上下孔口倒角。此加工模式虽尺寸精度及表面粗糙度能够满足要求，但需使用6种刀具，加工效率低。

加工轮毂环槽凸台时先用玉米铣刀沿车轮径向分层粗铣侧壁（由于刀具原因铣削方式只能为顺铣），再用圆鼻铣刀精铣，图2为加工轮毂环槽凸台刀路，精铣时通过调整刀补实现铣削部位与车削部位平滑接刀。具体加工参数为：开粗吃刀量0.3mm，进给速度1300mm/min，转速2600r/min，粗铣后单边余量0.5mm；精铣吃刀量0.2mm，进给速度2000mm/min，转速3200r/min。

图2 铣削加工刀路

经上机试切，玉米铣刀粗铣时机床振动非常大，而且若采用逆铣方式机床振动更大，同时刀片磨损非常严重，加工效率极低，粗铣耗时约55min。圆鼻铣刀精铣时机床振动相对较小，精铣耗时约35min，整个铣削过程共计耗时约90min。图3为机床铣削加工过程及加工后车轮实物照片，从图中可以看出铣削后，零件表面质量很差，有明显的刀纹和台阶。

图3 改进前机床加工过程及加工后实物

4 改进后的钻铣加工方案

在原加工方案试切过程中，发现使用U钻19mm×3D加工辐板孔后，其尺寸精度完全能够满足±0.2mm的要求，且表面粗糙度值也能达到Ra3.2μm以下。因此改进后的加工方案中使用U钻20 mm×3D直接加工φ20mm辐板孔，不再使用精镗刀二次加工。经测试，改进后的加工方案较原加工方案效率可提高1.25倍左右。

另外原加工方案试切过程中在铣削轮毂环槽凸台时普通圆鼻铣刀较玉米铣刀加工振动较小，加工后表面质量较高。因此决定粗铣使用φ32mm平底铣刀、精铣使用φ16mmR0.8mm圆鼻铣刀，且走刀路径改为：粗铣时沿车轮轴向分层铣削，铣削方式为顺铣，粗铣后单边余量为0.8mm；精铣时沿车轮径向分层铣削，铣削方式改为顺铣＋逆铣，最后一刀为顺铣，图4为改进后的铣削加工刀路。修改加工参数为：开粗吃刀量0.5mm，进给速度3800mm/min，转速2000r/m i n；精铣吃刀量0.2mm，进给速度2500mm/min，转速3200r/min。