（机械工程专业论文）转Klt2gt型货车转向架侧架加工生产线设计.pdf

大连理工大学专业学位硕士学位论文 摘要 机械制造技术是设计高性能产品、保证产品质量、提高经济效益的基本手段和方法， 它是以制造一定质量的产品为目标，研究如何以最少的消耗、最低的成本和最高的效率 进行生产制造的综合性技术。柔性化、自动化及高效率是机械制造技术发展的方向。 目前，随着我国干线旅客列车的普遍提速，货车的提速也势在必行。货车提速中的 关键部位在于转向架，但是我国主要的铁路货车转向架转8 a 型转向架，却不能满 足铁路货车提速的要求，必须对其进行改造。很快，新型转k ：型货车转向架被设计出来 了，并被广泛的应用在我国干线铁路货车的提速上面。然而，做为转k 2 型货车转向架的 重要组成部分铡架，其大批量的生产却十分困难。因此，研究和开发高效、柔性的 铁路货车转向架修造专用设备，就成为了提高车辆修造质量，确保铁路运输安全、高速， 以及企业生产效益的一项重要的基础性的技术工作。 本论文面向转k ：型转向架的生产和检修，以转k 。型转向架的侧架加工工艺为课题， 设计了由两台专用铣床和一台组合钻床组成的转k ：型货车转向架侧架加工生产线，提出 了新的侧架平面和孔的加工解决方案。并分析说明了侧架加工工艺方案的拟订，专用机 床的总体设计，专用夹具、液压系统、电气控制和可编程序控制器使用技术，以及计算 机辅助工艺控制和计算机辅助制造技术等的运用。 本论文的研究结果为今后开展货车转向架侧架加工工作提供了有益的参考，对生产 实践具有很好的实用价值。 关键词：机械制造；货车转向架；侧架；专用设备 转k 2 型货车转向架侧架加工生产线设计 d e s i g no f p r o d u c t i o nl i n ef o rp r o c e s s i n gt u mk 2b o g i es i d ef r a m e a b s t r a c t m e c h a n i c a lm a n u f a c t u r et e c h n o l o g yi sab a s i cw a yo fd e s i g n i n gh i g h - q u a l i t yp r o d u c t s ， m a n u f a c t u r i n gp r o d u c t se n s u r i n gp r o d u c t s q u a l i t ya n di m p r o v i n g e c o n o m i cb e n e f i t s w i t ht h e g o a lo fm a n u f a c t u r i n gc e r t a i n - q u a l i t yp r o d u c t s ，i t sac o m p r e h e n s i v et e c h n o l o g yt h a ts t u d i e s h o wt o p r o d u c tm a c h i n e r yg o o d sw i t hl e a s tw a s t e s ，l o w e s tc o s t sa n dh i g h e s te f f i c i e n c y m a c h i n e r ym a n u f a c t u r et e c h n o l o g yt r e n d st ob ef l e x i b l e ，a u t o m a t i ca n de f f i c i e u t n o w , w i t l lt h ea c c e l e r a t i o no f p a s s e n g e rt r a i n ss p e e da l o n gt h ek e yr a i l w a y si nc h i n a , i t b e c o m e su r g e n tt oi n c r e e s ef z e i g h tc a rs p e e d , i nw h i c hb o g i e sp l a yak e yr o l e b u tt h e m a j o r i t i e so ff r e i g h tc a rb o g i e si nc h i n aa r et h et u r n8 ab o # e w h i c hc 瓤tm e e tt h ed e m a n d s o fa c c e l e r a t i o na n dm u s tb er e c o u s t r u c t e d t h e r e f o r e ，t h ek 2t y p eb o g i eo ff r e i g h tc a ra r e d e s i g n e dq u i c k l y c u r r e n t l y , i ti sb r o a d l ya p p l i e di nt h ea c c e l e r a t i o no f f r e i g h tc a rs p e e da l o n g t h ek e yr a i l w a y si nc h i n a n l es i d ef r a m ei sa ni m p o r t a n c ep a r ti nt h es t r u c t u r eo f t h ek 2t y p e b o g i ef r e i g h tc a l b u t t h ep r o d u c t i o no fa m o u n t so fs i d e f r a m e si s v e r yd i f f i c u l t s o ， d e v e l o p i n gh i g h e f f i c i e n c y , f l e x i b l ev a r i o u ss p e c i a le q u i p m e n t sf o rp r o d u c i n ga n dr e p a i r i n g b o g i eo ff r e i g h tc a ri sa b a s i ct e c h n i c a lw o r kw i t hg r e a ti m p o r t a n c et o 觑i s u r eh i g h - s p e e d , s a f e r a i l w a yt r a n s p o r t a t i o n , i m p r o v et h eq u a l i t yo fr o l l i n gs t o c km a n u f a c t u r ea n dr e p a i ra n d i n c r e a s ep r o d u c tp r o f i t so f e n t e r p r i s e 。 f a c i n gt h ep r o d u c t i o n , i n s p e c t i o na n dr e p a i r , t h i sa r t i c l e ，谢t ht 毗nk 2b o g i es i d ef r a m e m a n u f a c t u r ep r o c e s s 勰t o p i c p u t sf o r w a r dan e ws o l u t i o nm e t h o do np r o c e s s i n gh o l ea n d s u r f a c e t h ep r o d u c t i o nl i n eo ft h et u r nk 2b o 百es i d ef r a m ei sd e s i g n e d , w h i c hi n c l u d st w o m i l l i n gm a c h i n e so fs p e c i a lp u r p o s em a c h i n et o o la n do n ed r i l l i n gm a c h i n eo fm o d u l a r m a c h i n et 0 0 1 i na d d i t i o n , i te x p l a i n sm a i nt e c h n i c a lw o r ks u c h 鹬t h ed r a f to fp r o c e s s i n g m e t h o d ，t h eg e n e r a ld e s i g no fs p e c i a lp u r p o s em a c h i n et o o l ，s p e c i a lf i x t u r e ，h y d r a u l i c sa n d e l e c t r i cc o n t r o l ，p l ca p p l i c a t i o n , c o m p u t e r - a i d e dt e c h n o l o g yc o n t r o l ，c o m p u t e r - a i d e d m a n u f a c t u r i n g ，a n ds oo n t h er e s e a r c hw o r kd o n ei nt h i sp a p e rc a l lg i v es o m er e f e r e n c ef o rp e o p l ew h os t u d yo u s i d ef r a m e so fb o g i em a n u f a c t u r ei nt h ef u t u r e i ti so fc e r t a i np r a c t i c a lv a l u eo np r o d u c t i v e a p p l i c a t i o n k e yw o r d s ：m a c h i n e d rm a n u f a c t u r e ；b o g i e ；s i d ef r a m e ss p e c i a le q u i p m e n t 独创性说明 作者郑重声明：本硕士学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得大连理 工大学或者其他单位的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志 对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：铧f 豳日期：芝笸丝丝 大连理工大学硕士研究生学位论文 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解“大连理工大学硕士、博士学位论文版权使用 规定”，同意大连理工大学保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连理工大学可以将本学位论文的全部或部分内 容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论 文。 作者签名： 绁妇 导师虢毖亟 丝6 年三月立日 大连理工大学专业学位硕士学位论文 1 绪论 1 1 课题提出的时代和工程背景 铁路运输自1 9 世纪初投入运营以来，以其运量大、速度快、安全、节能等优势成 为人类最重要的交通运输方式，对世界各国的经济发展起着十分重要的作用。 8 0 年代以后，铁路运输以其节省能源，对环境污染最少等优点，再次成为各国政府 大量投资发展的对象，尤其是对高速铁路的发展。但是，在客货混跑的线路上，提高旅 客列车速度的同时，必然会减少货物列车的运行对数。因此，铁路要想全面增加运能， 提高货物列车速度势在必行。如今北美快运货车运行速度达到1 2 0 k a n h ，欧洲快运货车 速度普遍达到1 2 0 1 6 0 k m h “1 在我国，尽管近年来全国货运总量在逐年递增，但铁 路在运输市场的占有份额仍有所下降，中国铁路正面临着严峻的挑战，而货车装备落后 导致货运速度低是使中国铁路陷入这一局面的主要原因之一 中国铁路货运要走出这一困境，实现重载、高速已成为其发展方向。在即将开始的 铁路第六次大提速中，铁道部将提速后的旅客列车运行平均速度定为1 6 0 k m h ，货车运 行平均速度定为1 2 0 k m h ，并首次在提速干线上同时开行时速2 0 0 k m h 动车组和时速 1 2 0 k m h 、载重5 0 0 0 吨货运重载列车。但是，我国主要的铁路货车转向架转8 a 型转 向架，却不能满足铁路货车提速的要求。为满足货车提速的需要，铁道部对货车迸行了 全面的提速改造，主要采用新型转k 2 型货车转向架。然而，做为转k 2 型货车转向架的重 要组成部分侧架，其大批量的生产却十分困难。 因此，研究和开发高效、柔性的铁路转k ：型货车转向架侧架修造专用生产线，就成 为了提高车辆修造质量，确保铁路运输安全、高速，以及企业生产效益的一项重要的基 础性的技术工作。 1 1 1 国内外货车转向架现状及发展 铁路货车主要用于运送各种货物，它的走行部分一转向架是构成铁路货车的关键 部件，在车辆组成中是一个相对独立的部件，因而对各种铁路车辆具有较大的适应性。 当前要实现铁路货运高速重载的要求，发展和采用高速货车转向架是关键之所在。 目前，世界各国针对本国国情，兼顾铁路高速、重载要求，研制出了具有代表性的 货车转向架，它们有法国国铁于2 0 世纪8 0 年代在y 。和k 型转向架基础上开发的k 型货车转向架；德国t a l b o t 工厂研制的d r r s 型高速货车转向架；瑞典a b b t r a c t i o n 公 司采用三大件模式研制出的s j 型高速货车转向架；美国b a r b e r 公司研制开发出的三大 件式s w i n gm o t i o n ( 摇动式) 转向架；南非研制出的具有自导向功能的s c h e f f e l 三大 转k 2 型货车转向架侧架加工生产线设计 件转向架，更是占到南非货车总量的3 0 ，对南非产生了巨大的经济效益和社会效益圆。 所有这些货车转向架的运行时速均可达到1 2 0 1 6 0 k m h 啪。 在我国，正在运用的5 0 多万辆货车中，转向架型式约有3 0 多种，其中8 0 左右的车 辆装用的是转8 a 型转向架。该转向架属“三大件”式转向架，是在美国b a r b e r 转向 架和前苏联哈宁转向架的基础上，结合我国实际情况研制的，并于1 9 6 6 年通过铁道 部鉴定后投入批量生产。2 0 世纪9 0 年代末，针对该型号的转向架运行速度不高、抗菱 刚度不足等缺点，确定了以交叉支撑技术做为首选方案对其进行提速改造。自2 0 0 1 年8 月份开始，我国已停止了生产转8 a 型转向架，改为生产转8 g 型转向架。至此，下交叉 支撑转向架技术开始在我国铁路全面推广应用。 同时，为了不断满足货运列车提速的迫切要求，新型转向架研制相继取得了可喜的 成果，推出了侧架中交叉支撑方案转向架，即转k ，型转向架；侧架下交叉支撑方案转向 架，即转k ：型转向架：坝4 架摆动式转向架，即转k 4 型转向架。“九五”期间，围绕铁路 2 5 吨轴重转向架，铁道部列专题对新型2 e 轴货车转向架进行攻关。相继开发出2 5 吨轴 重侧架下交叉支撑转向架，即转k 。型转向架；2 5 吨轴重摆式转向架，即转k ；型转向架， 并通过铁道部级技术审查，同意投入小批量生产，进一步扩大运用考验唧。 从我国基本国情出发，转向架的基本型式可以以运行速度1 2 0 k m h 为分界线，速度 在此线以下，宣采用铸钢三大件结构( 即转向架的构架由分离的两片侧架和一根摇枕组 成，故名4 三大件”。) ，具有结构简单，检修方便，坚固和均载性好等特点。速度在 此线以上，可采用整体构架焊接结构，进一步提高其抗菱刚度和减轻转向架质量。现阶 段我国货车主型转向架主要是采用2 1 吨轴重的转k 2 型转向架。 1 1 2 货车转k 2 型转向架结构介绍 转k 。型转向架是通过引进美国s c $ 公司交叉杆支撑技术和s - 2 一h i ) 悬挂支撑技术而 研制的适合我国国情的新型2 d 轴铸钢三大件式货车转向架。此类型的转向架通过交叉 支撑装置把两个侧架从其下部弹性的连接在一起，从而提高了转向架的抗菱刚度，由于 交叉杆设置在侧架下部，故习惯称之为下交叉支撑转向架。 如图1 1 所示，转k 2 型转向架主要由侧架、摇枕、轮对、枕簧、变摩擦减振装置和 交叉支撑装置等组成。由于转k z 型转向架安装了弹性下交叉支撑装置，车辆运行时，拉 杆有效地阻止两侧架成菱形错位，即阻止两侧架之间作相对的纵向错动，而且，由于该 弹性连接及其弯曲柔性不会引起过大的刚度。选择橡胶套是为了使转向架产生所希望的 剪切柔性，以便获得动力稳定的结构。目前，转k 2 型转向架是我国提速货车的主型转向 架，适用于标准轨距、轴重2 1 吨、最高运行速度为1 2 0 k m h 的各型铁路货车“1 。 大连理工大学专业学位硕士学位论文 一轮对制动装置一摇枕 坝i 架交叉支撑装置 图1 1 转l 【2 型转向架的结构 f i g i is t r u c t u r eo f t u r ek 2b o g i e 可以预见，在今后的若干年内，我国主型铁路货车转向架仍将是铸钢三大件式转向 架，其主导技术是交叉杆支撑技术和摆动式技术，核心是克服原三大件式转向架抗菱刚 度低、蛇形稳定性差、轮缘磨耗严重等问题。采取的方法是通过交叉杆和弹簧托板增加 转向架抗菱刚度，提高蛇形运动临界速度。通过对两片侧架的约束，使轮对通过曲线时 处于径向位置，提高曲线通过性能。 这一切都为开展转k z 型货车转向架侧架加工生产线的研制提供了广阔的前景。 1 2 课题研究的意义及主要工作 从2 0 0 3 年开始，大连机车车辆有限公司大批量转产装备有转k 2 型转向架的c 6 4 k 型 敞车，并且每年还要承担2 0 0 0 辆以上的转k ：型转向架路用配件的生产任务。由于转k 2 型转向架侧架结构的特殊性，采用普通加工设备很难对其加工”1 。因此，要在短时间内 实现大批量的侧架生产十分困难。 转k 2 型货车转向架侧架加工生产线设计 目前，国内外对货车转向架侧架加工方法各不相同，没有标准的侧架加工线可以引 用。国外先进的工业国家由于铁路覆盖地域有限，且铁路运输装备基础较好，因此对货 车转向架的需求量远远逊色于国内，有条件采用通用设备进行不同型号的侧架加工。例 如：采用龙门式数控铣削加工中心、卧式万能铣床或插床等进行侧架平面加工，而采用 数控钻床、摇臂钻床等完成侧架孔的加工，均可以获得较高的加工质量。在我国，由于 国情的制约，采用通用设备进行侧架加工显然无法满足铁路运输的需求。于是，各铁路 车辆生产厂家纷纷根据自己的实际情况设计和制造了各式各样的专用设备用于各种侧 架的大批量生产加工。其中，在侧架平面加工专用设备中，比较有代表性是侧架平面加 工机床、侧架数控组合铣床州和转k ：型侧架专用组合铣床山3 等，他们加工侧架时的共 同特点是：侧架导框向上竖立放置，一次装夹完成侧架平面加工。在侧架孔加工中，主 要借鉴齐齐哈尔车辆厂运用的通用摇臂钻床和专用多轴钻床相结合的方式“。 结合国内外对货车转向架侧架加工方法，通过竞标方式，大连机车车辆有限公司对 现有的转k ：型转向架侧架生产线及其设备进行了反复论证，但均无法满足公司生产的迫 切需要。主要体现在： ( 1 ) 设备体积受到车间有限作业场地的限制。 ( 2 ) 设备制造费用太高。 ( 3 ) 设备制造商对铁路车辆提速产品涉足尚浅，没有成熟技术经验可以借鉴。 ( 4 ) 设备制造周期过长，无法满足铁路市场对转k 。型转向架侧架的需求。 因此，本文面向转k 2 型转向架的生产和检修，以转k ：型转向架的侧架的加工工艺为 课题，设计了由两台专用铣床和一台组合钻床组成的转k 2 型货车转向架侧架加工生产 线，实现了侧架承载鞍承台面、导框承载鞍定位块面、磨耗板安装孔和挡键安装孔四部 分的新加工方法的创新，解决了生产中的燃眉之急。并且，还围绕其生产线中专用设备 的研制、工艺装备的设计、生产流程的布置等方面，分析说明了机械制造、液压系统、 电气控制、以及计算机辅助工艺控制和计算机辅助制造等技术的运用“”，为适应今后不 断变化中的新型货车转向架侧架加工需要贡献了力量。 1 3 本章小结 1 、随着铁路大提速的发展，以转8 a 型为代表的货车转向架暴露出抗菱冈度值低， 运行中容易产生蛇行运动等缺陷，已不能满足铁路大提速的要求。 2 、以交叉支撑技术为核心的三大件式新型转k 2 型转向架以优良的性能成为我国提 速货车的主型转向架。 3 、由于转k ：型转向架侧架结构的特殊性，使得其生产线的研制迫在眉睫。 一4 一 大连理工大学专业学位硕士学位论文 2 转k ：型转向架侧架a n t 生产线设计方案拟订 任何一条加工生产线都是由一定数量的机床构成的，任何一台机床所能加工的工件 类型、尺寸和毛坯形式都是有一定范围的。盲目扩大机床工艺范围，必将使机床结构趋 于复杂，不能充分发挥各部件性能，甚至影响机床主要性能的提高。而适当将机床工艺 范围缩小，虽然会限制加工工艺和产品的更新，但却会使机床设计结构简单，容易实现 自动化，生产效率也较高，适用于大批量单一产品的生产。因此，在设计转k ：型转向架 侧架加工生产线时，力争从生产的实际需要出发，在不断开拓创新的基础上，设计和制 造出结构简单、造型美观、使用方便、生产效率高，能耗少、成本低的现代化机床。 2 。1 转k 2 型转向架的侧架结构 转k 2 型转向架的构架由分离的左右两片侧架和一根摇枕组成。每一侧架联系前后两 个轮对- - 俱r j 的承载鞍( 或轴箱) ，左右两个侧架之间在中央部位用一根横向放置的摇枕 联系在一起，侧架和摇枕可以有上下方向的相对移动，而前后、左右方向的相对位移则 限制在间隙容许的范围之内，一般移动量t 6 t ：j , 一导框一承载鞍定位块挡键安装孔一检查孔一制动梁滑槽 一弹簧承台一园脐子一承载鞍承台面蘑耗板安装面 图2 i 转配型转向架侧架结构 f i g 2 1s t r u c t u r eo f t u r nk 2b o g i es i d e 舶m e 转型货车转向架侧架加工生产线设计 如图2 1 表述，转k 2 型转向架的侧架采用g b 9 7 9 6 7 规定的z g 2 5 一碳素钢( 新牌 号：z g 2 3 0 - - - 4 5 0 ) 铸钢件，铸件应能保证机械性能，而化学成分容许略有偏差。侧架重 约3 4 5k g ，采用导框式承载鞍定位，在侧架的两端具有宽度较大的导框，导框内的承载 鞍定位块插入到承载鞍的导槽之内，于是导框和导槽限制了承载鞍与侧架之间前后、左 右方向的相对位移，轮对的轴承落于承载鞍内，再由承载鞍限制下方轮对与侧架的相对 位移。而挡键孔处安装的挡键在轮对轴承下方，起到防止轴承从下方脱出的作用。侧架 中部是一较大的方形孔，在这个空间内安装摇枕和摇枕弹簧。方形孔两侧的立柱内侧平 面用于固定和安装磨耗板，行车中当摇枕在允许范围内发生移动时，装有磨耗板的面成 为与楔块相接触的主摩擦面，对减振装置的正常工作是非常重要的。在侧架方孔后面焊 有两个楔块挡，防止左右两侧架与摇枕分离。方形孔的下部为面积较大的弹簧承台，承 台上铸造有7 个固定弹簧用的园脐子。在侧架内侧还铸造有制动梁滑槽。采用滑槽式制 动装置比悬吊式制动装置零件少，安全可靠，制造也方便。铸钢侧架两边开有三角形检 查孔，一方面可以减轻侧架重量，另一方面，设置检查孔便于检修基础制动装置和更换 闸瓦。为了合理利用材料，减轻侧架自重，侧架各部分截面均做成槽形或空心箱形，壁 厚为1 6 m m 左右。 多年运用经验及研究结果表明，货车转向架前后两轮对中心线保持平行，对轴承的 正常工作有很重要的作用。为了使前后两轮对的中心线保持平行，转向架上左右两侧架 的导框中心距离应相等。但在实际生产中，导框中心距离很难控制完全一致。要保证导 框中心距离一致而又不因尺寸要求过严格而增加报废的数量，可采用选配的方法，即把 生产出的侧架，按前后导框内侧面距离l 数值分成六种型号：矿侧架i _ , = 1 9 3 10 1 ；1 4 侧 架- , = 1 9 3 2 ：；矿侧架i , = 1 9 3 4 习 ；3 0 侧架i , = 1 9 3 6 嚣 ；矿侧架i , = 1 9 3 8 士o 9 9 ； 5 0 侧架l = 1 9 3 9 茗。为显示型号，在侧架内侧、制动梁滑槽上方的斜杆上，铸出一排六 个突起的锥体。如果侧架尺寸属于0 8 者，铲去最上面的一个突起锥体；尺寸属于1 0 者， 铲去第二个突起锥体，依次类推。在组装转向架时，同一转向架选用同型号的侧架。根 据这种选择，同一转向架左右两侧架的导框中心距最大可以不超过2 m m ，基本上保证 了导框中心距一致“”。 2 2 转k 2 型转向架侧架加工工序设计 工件是机床的工作对象，是总体设计的主要依据。因此，在转k 2 型转向架侧架加工 前要认真查看图纸，注意其完整性、合理性、工艺性等要求。在充分了解转k ：型转向架 侧架结构及技术要求的基础上，完成加工工序方案制订、定位及夹紧装置设计、刀具类 型确定、切削用量选择等等工作，为侧架加工流水线机床的设计打下坚实的基础。 6 一 大连理工大学专业学位硕士学位论文 飘 嬲髀 注1 ) ：图中标有“ ”号标记的使用表面要求光滑、平整、平行或成直角。 图2 2 转型转向架侧架零件的主要尺寸 f i g 2 2m a md i m e m i o no f t u r ek 2b o g i es i d ef r a m e 如图2 2 表述，转k ：型转向架侧架工艺基准面选择以弹簧承台面铸造毛面为主要定 位面。需要加工的部位主要有四部分：承载鞍承台面、导框内侧承载鞍定位块面、挡键 安装孔、磨耗板安装孔。其加工技术要求和加工工序安排如下： 第一步：来料侧架划线检查。 工艺基准面用铸造毛面定位，即主要以弹簧承台面为主要水平定位面。铸件应符合 t b t 2 2 3 8 9 1 铁道货车铸钢侧粲技术条件，表面涂清漆。 第二步：承载鞍承台面加工。 加工平面尺寸长宽= 1 4 5 m m x1 8 4 m m ，租糙度为r a 5 0 ，需要保证的相关尺寸有： 1 7 5 0 m m 、3 0 7 士3 2 m m 、1 1 5 m m 、1 6 1 9 m m 。 第三步：承载鞍定位块面加工。 导框内侧面承载鞍定位块加工平面尺寸长宽= 2 7 r a m 8 5 m m ，加工后的粗糙度为 r a 5 0 ，对承载鞍承台面的垂直度不得大于0 5 m m ，需要保证的尺寸有：1 8 4 二；m l n 、 5 0 m m ，侧架左右两侧的“l 1 ”尺寸之差不大于3 m m 。 第四步：挡键安装孔加工。 转k 2 型货车转向架侧架加工生产线设计 每个侧架纵向中心线上左右对称有两个挡键安装孔，直径为由1 7 r a m ，粗糙度为 r a 5 0 ，需要保证的相关尺寸有：7 9 i m m 。 第五步：磨耗板安装孔加工。 每个侧架中部方形孔的两侧，需加工四个孔用于安装磨耗板，直径为由2 0 6 m m ， 粗糙度为r a 5 0 ，要保证的相关尺寸有：1 4 5 m m 、7 4 6 m m 、1 2 0 7 0 5 m m 。 第六步：成品检查。 日常使用标准检测样板检查：同时，每月抽检2 5 台份，采用平台划线的方法检测。 经实践证明，此工序方案符合生产实际和技术要求。 2 3 转k 2 型转向架侧架加工方案的讨论 侧架加工专用生产线和设备是专为侧架这一固定产品和工序服务的，其总体设计的 特点是针对侧架结构特点拟定的，它的工艺方法、运动和布局、传动和控制、结构和性 能等都与侧架结构特征紧密联系。 因此，选用常见的普通加工设备组成侧架加工生产线，显然不适合大批量侧架的生 产需要。而且，由于当时全国各车辆厂对转k 。型转向架的生产都处于起步阶段，均对加 工的核心技术采取保密或回避态度，没有成熟的模式可以照搬，更没有现成的加工生产 线和设备可以采购，立即投入生产，这一切都给大批量侧架的生产带来了困难。然而， 通过分析转k 。型转向架侧架加工技术要求可知，侧架的四个加工部位主要集中在平面和 孔的加工，而且要求的加工精度和表面质量并不十分精密。 在此基础上，拟定出各种加工方案，进行比较，确定出最佳方案，以便实现用最小 的投入，获得经济效益的最大化。 2 3 1 侧架平面加工方案的确定 传统的平面加工方案有车削、铣削、刨削、插削、拉削、磨削等几种方式n 4 1 。 拉削虽然一次行程完成整个平面的粗精加工，效率高，但刀具设计剑造困难，价格 昂贵，除小平面采用外，大平面加工则很少采用。 针对单件或小批量的侧架平面加工，采用适应性大、调整方便的刨削和插削方式比 较简单灵活，但生产效率低，无法满足大批量的生产需要。 车削方式虽然生产效率较高，但主要适用于外圆柱面及端面加工，不适用复杂零件 的平面加工。 磨削方式则适用精度要求高，平面质量要求好的平面加工，同样不适合侧架平面的 加工。 平面加工方案比较如表2 1 表述。 大连理工大学专业学位硕士学位论文 因此，对于转k ：型转向架侧架这样品种单一，数量巨大的产品，需要的选择具有生 产效率高，质量稳定，高自动化的加工方式。铣削加工恰好符合上述要求，是侧架平面 加工的最佳方案。 2 3 2 侧架孔的加工方案 传统孔的加工方案有钻孔、铰孔、扩孔、镗孔、拉孔、磨孔等几种方式。 孔的加工方案比较如表2 2 表述。 表2 2 孔的加方案 t a b 2 2p r o c e s sw a yo f h o l e 显而易见，针对转k 2 型转向架侧架孔的加工，采用适应性大、调整方便的钻削方式 比较简单灵活，且生产效率较高，可以满足大批量侧架产品的生产。 综上所述，针对转k z 型转向架侧架平面和孔的加工，采用铣削加工和钻削方式比较 简单灵活，经济合理，且生产效率较高，可以充分满足大批量侧架的生产加工需要。所 转k 2 型货车转向架侧架加工生产线设计 以，在侧架加工生产线和专用设备的设计方向上，攻关重点将主要集中在对专用铣床和 专用钻床的研究方面。 2 4 侧架加工生产线的组成 通过上述对转k ：型转向架侧架加工工艺性的分析，并结合大连机车车辆有限公司的 生产实际情况，当时的技术能力、加工手段，以及考虑到场地和制造费用等因素的限制， 最终决定立足创新，自主研制侧架承载鞍承台面铣床、侧架导框铣床、侧架组合钻床等 三台专用加工设备，再配套以相应的工装、夹具等，共同组成转k 2 型转向架侧架加工生 产线，在最快的时间内实现侧架大批量生产的实际要求。 转k 2 型转向架侧架加工生产线的组成： ( 1 ) 以侧架承载鞍承台面专用铣床铣削承载鞍承台面作为首道加工工序，完成承载 鞍承台面的加工。 ( 2 ) 以侧架导框专用铣床铣削导框内侧承载鞍定位块面作为第二道加工工序，完成 承载鞍定位块面的加工。 ( 3 ) 以侧架组合钻床钻削侧架挡键安装孔和磨耗板安装孔作为第三道加工工序，完 成挡键安装孔和磨耗板安装孔的加工。 三台侧架专用加工设备构成了侧架加工生产线的核心部分，它们在设计和制造过程 中所是贯彻的设计思想和采用的制造方法基本相同。 因此，在接下来的论述中，以侧架承台面专用铣床的设计为重点，详细论证其设计 思想和运用的方法，而对其他两台设备重点阐述其机械设计中的独到之处，对雷同之处 不做过多叙述，努力将该加工生产线的设计精髓阐释清楚。 2 5 本章小结 ( i ) 转k 2 型转向架侧架加工部位主要集中在平面和孔的加工，虽然要求的技术尺寸 不十分精密，但对加工效率要求很高。 ( 2 ) 研制高效可行的转k z 型转向架侧架加工生产线，改进侧架加工方法是保证侧架 加工质量和提高生产效率的有效途径。 ( 3 ) 研制转k 2 型转向架侧架加工生产线技术上不仅可行，而且利用现有的技术能力 能够保证专用设备在短时间内顺利制造和投产。 ( 4 ) 根据转k ：型转向架侧架的技术特点，加工生产线及专用设备的攻关重点将主要 集中在对专用铣床和专用钻床的研究方面。 ( 5 ) 侧架加工生产线由侧架承载鞍承台面铣床、侧架导框铣床、侧架组合钻床等三 台专用加工设备组成。 大连理工大学专业学位硕士学位论文 3 侧架承载鞍承台面专用铣床设计 根据上述对转k ：型转向架侧架加工工艺性分析可知，在转型转向架侧架加工过程 中，其承载鞍承台面的加工量最大，同时也是侧架加工中的第一道工序，不仅对后续部 分的加工精度产生较大的影响，而且也决定了其他两台专用设备的设计思路。 因此，在侧架加工生产线的三台专用设备设计中，将以侧架承载鞍承台面专用铣床 ( 简称承台面专用铣床) 作为设计重点，进行详细论述。 3 1 承台面专用铣床的总体布局 机床总体布局是指确定机床的组成部件及其在整台机床中的配置，包括各部件位置 和运动方向的配置、主轴轴线方向的配置、操作部件的配置等。合理的机床总体布局的 基本要求是o 。： ( 1 ) 保证工艺方法所要求的工件与刀具之间的相对位置和相对运动。 ( 2 ) 保证机床具有与所要求的加工精度相适应的刚度和抗振性。 ( 3 ) 使用方便。具体来说，便于看管、操作、调整、修理机床，便于输送、装卸工 件，排除铁屑通畅等。 ( 4 ) 经济效果好。如节省材料、机床占地面积小等。 ( 5 ) 造型美观。 其总体布局设计的内容包括：运动的分配，传动形式选择、结构形式的确定、操作 部位的配置等。 上述内容有着密切联系，必要时可互相穿插进行，或同时并进。 3 1 1 运动的分配 在承台面专用铣床设计中，我们明确了对转k 2 型转向架侧架承载鞍承台面采用铣削 加工的工艺方法，于是加工时刀具与工件的相对运动亦随着被规定了。 但是该相对运动可分配给刀具，也可分配给工件，或者由刀具和工件共同来完成。 从简化机床的传动和结构的角度出发，在其他条件相同的情况下，运动部件( 刀具或工 件执行件) 的重量越小，所需电动机功率和传动件尺寸也越小。因此，应把运动分配给 重量小的执行件。 具体到承台面专用铣床的设计上，转k 2 型转向架的侧架重约3 4 5 k g ，要驱动它，非 但需要庞大的工作台和传动装置，而且为了承受工件的重量和惯性力，机床的结构也将 会比较复杂。因此，为了简化机床的传动和结构，令工件不动，把运动分配给刀具部分 应该是最佳的设计方案。 转k 2 型货车转向架侧架加工生产线设计 3 1 2 机床传动形式的选择 机床传动有机械传动、液压传动、气动传动、电气传动等多种形式以及上述形式的 综合，合理的机床传动形式应满足运动功能要求、运动性能要求和经济性要求。典型的 机床传动形式可分以下三类： ( 1 ) 回转运动的驱动 可以是机械的，也可是液压或电气的。机械的驱动形式，一般利用齿轮变速机构， 实现有级变速。机械驱动其工作可靠，要求一般制造水平，因此被广泛的应用。液压机 驱动形式和直流电机驱动形式，可实现机床在工作中无级变速，与机械驱动相比，简化 了机械结构，但增加了液压或电气装置。 ( 2 ) 直线运动的驱动 对于直线运动的驱动，机械和液压驱动都得到了广泛的应用。机械驱动形式一般为 有级变速，而采用机械无级变速器，可进行无级变速。液压驱动形式由于传动平稳，容 易实现无级变速和实现运动控制的自动化，在机床设计中应用也十分广泛。 另外，还有由数控装置控制的步进电动机驱动，则主要是被广泛的应用在数控机床 的设计当中。 ( 3 ) 内联系传动 内联系传动可以是机械，也可以是电气传动或液压传动。机械传动形式，工作可靠， 传动比准确，广泛应用于齿轮及螺纹加工机床中。电气传动形式，由脉冲发生器、数控 装置及步进电机实现运动的内联系。液压传动形式，利用液压随动系统，保证仿形机床 上的刀具和触指之间的运动联系，实现复杂表面加工的自动化。 通过分析，从满足运动功能、运动性能和经济性要求等角度出发，在承台面专用铣 床的设计中对传动形式的选择将主要采用机械和液压的形式。 3 1 3 机床的结构形式 一台机床常用的结构件主要是指床身、底座、立柱、横梁、横臂等大件，数量虽不 多，但重量可占其总重量的8 0 8 5 ，主要作用是支承机床的零部件，并保证它们的相 互位置以及承受各种作用力，因此，对机床性能影响很大“”。 虽然，机床支承件的种类很多，其形状、尺寸和材料也多种多样，或单独使用，或 组合使用；但是，不论选择哪种支承件和哪种结构形式，都应使机床具各刚度大、抗振 性强、热变形小、内应力少、加工及装配工艺性好等特点，其设计思路主要是根据同类 型的机床来进行类比设计。 典型的机床结构形式可归纳为下列五种，如表3 1 表述。 大连理工大学专业学位硕士学位论文 卧式 凹 卧式机床支承部件是床身或床身 与底座的组合。其特点：占地面积大， 机床重心低，减少机床振动，执行部 件可分置工作台两侧和项面加工 立式 立式机床支承部件是立柱或立柱 与底座的组合其特点：占地面积小， 运动自由度大，操作方便。当工件较 高对，机床重心也高，易产生振动 机床的动力部件配置在工作台上方 注1 ) ；_ 宋身底座立柱一中间底座二覆桑面二面曛 根据转k 2 型转向架侧架的加工工艺性，并结合生产场地限制等实际情况，通过比较， 对于承台面专用铣床采用立式机床支承形式，可以保证其结构简单，工艺性好，有足够 的刚度和较好的受力状况，且占地面积最小，工件也便于安装和吊运。 3 1 4 机床的总体布置 通过上述对机床运动的分配、传动形式的选择和结构形式的确定三方面的讨论，可 以明确承台面专用铣床机械部分的结构组成，即包括底座、立柱及液压滑台组成、铣削 转k 2 型货车转向架侧架加工生产线设计 动力头、工作台及夹具组成等。在此设计基础上，根据承台面专用铣床所应具备的各种 性能，完成其液压系统、电气控制系统等部分设计，最终完成机床的总体结构设计。 承台面专用铣床总体结构设计，如图3 1 表述。 ( 卜立柱一底座铣削动力头组成一工作台及夹具组成 ( 沪地基一液压滑台组成一电气控制一液压系统装配 图3 1 承载鞍承台面专用铣床的总体结构 f i g 3 1 t h ec o m p r c h c r h i v es t r u c t u r e o f s p e c i a l m i l l i n g m a c h i n e f o r p r o c e s s i n g a d a p t e r a s s e m b l i n gs u 血c c 大连理工大学专业学位硕士学位论文 该设计方案充分考虑机床标准化和模块化设计，配置型式为立式单工位加工机床， 采用双立柱相互独立的动力头铣削加工。其特点：机床结构强度高，适用于大件生产。 夹具和工件固定，工件一次安装一次铣削加工完毕，由于无重复定位，故加工精度高， 满足了承台面大面积和大加工余量的强力铣削的要求。同时，机床中的一些零部件选用 标准的通用部件，最大程度上的缩短了设计和制造周期。 3 2 承台面专用铣床的机械部分 承台面专用铣床机械部分由通用部件和专用部件组成，包括底座、立柱、液压滑台、 铣削动力头、工作台及夹具等。 3 j2 1 立柱及液压滑台组成 承台面专用铣床的立柱及液压滑台组成可以分为三大部分：立柱、液压滑台组成和 机械平衡重。它们是机床支承件的重要组成部分，再与底座组装联结便保证了零部件的 相互位置及承受的各种作用力。 l b b 一立柱钢丝绳滑轮支架一顶罩卅哥轮 拉杆架滑台 一滑座平衡重 一滑轮轴 图3 2 机床立柱及液压滑台结构 f i g 3 2s t r u c t u r eo f c o l u m na n dh y d r a u l i cg l i d i n gt a b l eo f m a c h i n et o o l 转k 2 型货车转向架侧架加工生产线设计 目前，立柱及液压滑台的种类很多，它们的形状、尺寸和材料也是各种各样，但都 应满足刚度、抗振性、热变形、内应力等的技术要求。在该专用铣床立柱及液压滑台组 成的选择上均采用了通用部件，箕品种、规格、性能及其配套关系已经形成了系列化的 产品，技术成熟可靠，可以进行方便的选用订购。 3 2 1 1 机床立柱 立柱是滑台的支承部件，它以相应的液压滑台或机械滑台配套，用以组成立式组合 机床及其自动线。承台面专用铣床立柱选用c l 6 3 a 型标准立柱，符合g b3 6 6 8 9 - 8 3 要 求，具有足够的刚度和工作稳定性“”。选购时根据j - b t 9 8 8 3 - 1 9 9 9 立柱检验标准对立柱 进行验收，c l 6 3 a 型标准立柱如表3 2 表述。 表3 2c l 0 3 a 型标准立柱的主要尺寸 t a b 3 2m a i nd i m e n s i o no f c l 6 3 a t y p es t a n d a r dc o l u m n 型号 bb hh 1sb lb 2 b 3b ib r l r l i l 而 c l 6 3 a1 0 0 0 8 0 02 6 2 04 5 01 52 4 52 5 02 4 5 1 5 01 5 0 2 7 5 1 5 03 51 3 2 0 、 lj 一 一 孑e 仁 i) i lk2 lb3 h 厂 、 l _ s 向曰唾 b b 。b 。lb 。l3 5 i r 图3 3c l 6 3 a 型立柱的主要尺寸 f i g 一3 3m a i nd i m e n s i o no f c l 6 3 at y p es t a n d a r dc o l u m n 大连理工大学专业学位硕士学位论文 立柱的选择过程中，在满足机械性能使用的前提下，主要考虑空间的约束条件。因 为，该专用铣床采用专用夹具对工件进行定位和夹紧，再加之必要的加工行程的要求， 都需要立柱留有足够的空间进行夹具的安装和工件的吊装。 3 2 1 2 液压滑台组成 承台面专用铣床的液压滑台选用与c l 6 3 a 型标准立柱相配套的h y 6 3 a 型液