（车辆工程专业论文）货车轮轴基础工艺线设计及轮轴信息化管理.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第l 页 摘要 为满足铁路高速、重载提出的新要求，近年来在轮轴设计方面围绕提高 强度、降低噪声、减轻重量、增加安全性、便于检修等，许多国家做了不少 有价值的工作。同时制造和工艺方面也有很大改进，轮轴的制造水平显著提 高。轮轴运用管理对提高运输效率、保障运输安全是十分重要的，计算机和 信息技术的广泛应用将成为今后轮轴运用与检修中的趋势。 根据济南机车车辆厂轮轴工艺线建设项目，本文提出了“货车轮轴基础 工艺线设计及轮轴信息化管理”研究课题，并主要进行了以下几方面工作： 通过对目前国内外轮轴加工组装的新技术新工艺进行研究，结合工厂轮 轴生产现状，对货车轮轴生产线进行了工艺方案设计。车轴、车轮加工及组 装工艺线和无轴箱滚动轴承组装工艺线的应用，使工厂轮轴生产达到加工数 控化、检测及组装自动化、过程管理信息化。 从轮轴制造工艺流程出发，阐述了工艺线设计中采用的加工组装新技术。 选用进口车轴数控成型磨床及数控外圆磨床，其磨削质量稳定，磨削过程具 备跟踪测量检测功能，实现磨削尺寸和过程的自动控制；轴径和防尘板座直 径实现静态或动态检测、储存和传输，在线测量。采用车轴全自动测量机可 自动完成车轴部分参数的自动测量，取代传统的人工测量方法，保证数据的 可靠性；测量数据可与h m i s 系统共享。采用进口车轮车床及镗床，设备利用 微机控制，能实现自动定心夹紧，封闭式切削，完成轮孔直径半精车、精车 及圆弧r 5 和r 3 的精加工。采用全自动轮对压装机能使轮轴一次组装完成， 自动控制内侧距和轮位差等组装尺寸，利用计算机控制系统，能自动记录压 装曲线，并按标准自动判断曲线是否合格，自动打印曲线图及输出数据。 利用成熟的铁路货车技术管理信息系统( 删i s ) 工厂级应用系统、删i s 车辆工厂轮轴工位系统，实现车辆信息系统和微控、工控智能设备数据的共 享，使车辆信息系统能够快捷、方便地采集数据，并制定了数据接口协议。 货车轮轴管理系统在轮轴加工组装过程中的应用，实现了车轴、车轮、轴承 新制的在线数量管理、状态管理和质量信息管理要求。 关键词：轮轴；工艺线；组装；信息化管理 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 l 页 a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，f o rs a t i s f y i n gt h en e wr e q u e s to fr a i l w a yh i g hs p e e d ， h e a v yl o a d i n g m a n yc o u n t r yh a v ed o n ew o r t h yw o r k si nw h e e la n da x l e d e s i g nt or a i s es t r e n g t h ，l o w e rn o i s e ，d e c r e a s ew e i g h t ，i n c r e a s es a f e t y a n de a s yc h e c k i n ga n df i x i n g a tt h es a m et i m e ，g r e a ti m p r o v e m e n t sh a v e b e e no b t a i n e di nm a n u f a c t u r ea n dt e c h n o l o g y ，a n dt h em a n u f a c t u r i n gl e v e l o ft h ea x l er a i s e do b v i o u s l y t h eu s a g ea n dm a n a g e m e n to fw h e e la n da x l e a r ev e r yi m p o r t a n tf o ri m p r o v i n gt r a n s p o r t a t i o ne f f i c i e n c ya n dg u a r a n t e e t r a n s p o r t a t i o ns a f e t y t h ew i d e l ya p p l i c a t i o no fc o m p u t e ra n d i n f o r m a t i o nt e c h n o l o g yw i l lb et h et r e n di nt h eu s a g ea n dm a i n t a i n i n g o fw h e e la n da x l e a c c o r d i n gt ot h ew h e e l a x l ep r o d u c t i o nl i n ep r o j e c to fj i n a n l o c o m o t i v ea n dr o l l i n gs t o c kp l a n t ，t h i sd i s s e r t a t i o np u tf o r w a r d d e s i g n i n go fw h e e l a x l ef o u n d a t i o np r o d u c t i o n1 i n ea n dm a n a g e m e n to f w h e e l a x l ei n f o r m a t i o n4 ，a n dm a i n l yc a r r i e do nf o l l o w i n gs e v e r a la s p e c t w o r k s ： a c c o r d i n gt oc u r r e n tn e wt e c h n i q u eo ft h ed o m e s t i ca n di n t e r n a t i o n a l w h e e l a x l ea s s e m b l i n gi sr e s e a r c h e d ，a n dc o m b i n i n gp r e s e n tp r o d u c e c o n d i t i o n ，w eh a v ed e s i g n e dt h em a c h i n i n ga n da s s e m b l i n gp r o d u c t1 i n e o fa x l ea n dw h e e la n dn o na x l eb o xr o lli n gb e a r i n ga s s e m b li n gp r o d u c t l i n e t h a tm a d ep r o d u c eo b t a i n e dm a c h i n i n gb yn u m e r i c a lc o n t r o l ， a u t o m a t i o ni n s p e c t i n ga n da s s e m b l i n g ，i n f o r m a t i o n b a s e dp r o c e s s m a n a g e m e n t t h i sp a p e re x p a t i a t e ss o m en e wm a c h i n i n ga n da s s e m b l i n gt e c h n i q u e w h i c ha r eu s e di nt h ed e s i g n n u m e r i c a lc o n t r o lf o r m i n gg r i n d e ra n d c y l i n d r i c a lg r i n d e ra r eu s e d ，a n dt h eq u a l i t yi sf i n e t h e yh a v et r a c k i n g f u n c t i o ni ng r i n d i n gp r o c e s s ，a n da r ea b l et oa u t o c o n t r o lt h ed i m e n s i o n a n dp r o c e s s t h e yc a nm e a s u r e ，s t o r ea n dt r a n s m i ts t a t i co rd y n a m i c a l l y f o ra x l ej o u r n a la n dd u s t p r o o fs e a ti n f o r m a t i o n a u t o m a t i cm e a s u r i n g m a c h i n ei sa d o p t e dt oi n s p e c ts o m ed i m e n s i o no ft h ea x l e ，i n s t e a d t r a d i t i o n a lm a n u a lm e a s u r i n ga n di ti sm o r ec r e d i b l e t h em e a s u r i n gd a t a c a nb es h a r ew i t h 0 4 i ss y s t e m w h e e ll a t h ea n db o r i n gm a c h i n ea r eu s e d ， w h i c ha r ec o n t r o l l e db ym i c r o c o m p u t e r t h e yc a nc e n t e r i n ga n dc l a m p a u t o m a t i c a l l y ，a n dc u tc l o s e t h e yc a na c c o m p l i s hw h e e lh o l es e m i p r e c i s i o nc u t t i n g ，p r e c i s i o nc u t t i n ga n dp r e c i s i o nf i n i s h i n go fa r cr 3 a n dr 5 1 r 1 e e ls e tm o u n t i n gp r e s si su s e dt oa s s e m b l ew h e e la n da x l e o n e o f f t h ed i m e n s i o n s ，s u c ha sw h e e l si n n e rd i s t a n c ee t c a r es e tu p 西南交通大学硕士研究生学位论文第lii 页 一。_。_h。-。-。-_。_。_。-_-。_-。_。_。_一 a u t o m a t i c a ll y c o m p u t e rc o n t r o l m o u n t i n ga n dj u d g ei ft h ec u r v e o u t p u td a t a s y s t e mi sa d o p t e dt on o t et h ec u r v eo f i se l i g i b i l i t y ，t h e n p r i n tg r a p ha n d u s i n ga d u l tf a c t o r yg r a d e 删i ss y s t e mf o rw h e e l a x l e s h a r et h e d a t ao fr o l l i n gs t o c ki n f o r m a t i o ns y s t e ma n dm i c r o c o m p u t e rc o n t r o l e q u i p m e n t s ，j o i n ta g r e e m e n ti se s t a b l i s h e d ，a n dt h ec o l l e c t i o no fd a t a i sm o r ec o n v e n i e n ta n dq u i c k e r t h ea m o u n t m a n a g e m e n t ，s t a t em a n a g e m e n t a n dq u a l i t yi n f o r m a t i o nm a n a g e m e n to f a x l e ，w h e e la n db e a r i n gi n p r o d u c ep r o g r e s sa r ea c h i e v e d k e y w o r d s ：w h e e l a x l e ；p r o d u c t i o nl i n e ；a s s e m b l i n g ：i n f o r m a t i o n m a n a g e m e n t 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 第1 章绪论 1 1 选题意义及课题来源 中国北车集团济南机车车辆厂始建于1 9 1 0 年，是我国铁路货车制造的大 型骨干企业。济南机车车辆厂占地面积8 3 2 万平方米，固定资产原值3 6 亿 元，拥有各类设备1 8 0 0 多台( 套) ，员工总数4 0 0 0 多人。济南机车车辆厂拥 有完善的计算机网络系统和c a d 、p d m 、c a p p 等计算机辅助设计系统，拥有美 国数控成型磨床、1 0 米大型卷板机、3 6 4 2 m n 型预紧力框架式双动板冲压油 压机等关键设备1 0 0 多台，具有铸造、锻造、冲压、铆焊、装配、金属切割 等配套生产能力，拥有先进的敞、平、罐车生产线，具备了年产铁路货车4 0 0 0 辆的生产能力。 随着铁路运输向“提速、重载”方向的不断发展，对机车车辆的制造质 量提出了更高的要求，特别是走行部位涉及行车安全，其中轮轴是走行部中 的关键部件，提高轮轴的加工组装质量对行车安全尤为重要。 济南机车车辆厂在货车轮轴基础工艺线建设之前，轮轴组装工艺装备未 进行更新改造，轮轴压装工序未实现自动化，在用设备陈旧、落后，故障率 高，与国内先进厂家的轮轴组装工艺水平相比存在较大差距。 为提高货车轮轴加工、组装质量，适应铁路装备现代化、货车提速重载 的发展需求，落实装备部关于“以工装保工艺、以工艺保质量、以质量保安 全”的部署要求，济南机车车辆厂自2 0 0 3 年9 月起对转向架车间轮轴工艺线 实施建设工作，成立了工艺线建设领导小组和工作小组，下设两个专业组。 明确“建设一流、运转有效、提高水平”的工作思路及目标，以济南机车车 辆厂 2 0 0 3 3 5 9 号文明确了相关单位的职责。济南机车车辆厂组织工艺、生产、 规划、质保等职能部门及生产单位，先后赴齐齐哈尔车辆厂、株洲车辆厂、 沈阳机车车辆厂等多家工厂，开展了工艺装备考察调研工作。结合济南机车 车辆厂的轮轴加工组装工艺及装备现状和货车产品技术发展需要，制定了轮 轴工艺线建设总体实施方案，投资约3 0 0 0 万元，实施轮轴工艺线建设工作。 2 0 0 5 年8 月，为组织贯彻落实运装货车 2 0 0 5 3 3 1 1 号关于印发货车轮 轴基础工艺线建设指导意见的通知，济南机车车辆厂研究编制上报了关于 工厂货车轮轴基础工艺线改造计划实施方案。按照运装货车 2 0 0 5 33 1 1 号文 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 件对货车新造厂提出的车轴、车轮加工及组装和无轴箱滚动轴承压装两条工 艺线建设要求，济南机车车辆厂对正在实施的轮轴两条工艺线建设方案进行 了补充完善，补充投资1 0 0 多万元。到2 0 0 5 年底，所需主要设备、工装及配 套设施全部安装到位。经过近一年使用，现场使用设备运转正常，均满足2 5 t 轴重车轴及h e s a 、h e z b 型车轮加工、组装及无轴箱滚动轴承压装技术质量要 求。 1 2 国外轮轴生产技术的发展概况 1 2 1 国外轮轴技术发展 轮轴是车辆的重要部件，它的优劣直接关系到行车安全。经过半个多世 纪的努力，目前高速、重载及轻轨轮轴技术的发展已取得很大成就。 ( 1 ) 高新技术在轮轴技术进步中应用：采用有限元法对轮轴结构进行优 化设计是二十世纪轮轴技术进步的主要标志。大量采用高新技术，提高轮轴 的质量检测及故障诊断水平。 ( 2 ) 二十世纪轮轴发展采用的新工艺有：新的低压铸造的石墨模铸钢工 艺、s k f 炼钢工艺旋转锻造工艺、间歇淬火工艺等。 美国、澳大利亚、巴西及南非等国家的铁路重载运输比较发达，其货车 的轴重达到了3 0 t 及以上，实现重载的铁路绝大多数执行北美铁道协会制订 的标准。 1 2 2 国外轮轴生产线发展 为保证加工组装质量和提高劳动生产率，随着计算机技术的发展，世界 各国铁路轮对加工组装相继采用先进的设备和建成了不同类型的生产线、自 动化车间。如前苏联乌拉尔车辆制造厂二十世纪7 0 年代末建成了车轮、车轴 机械加工自动化系统；德国联邦铁路慕尼黑诺奥宾工厂在二十世纪7 0 年代末 建成了新型半自动化轮对生产线；美国伯林顿北方林肯工厂在二十世纪7 0 年 代和二十世纪8 0 年代两次改造建成了自动化的机车车辆轮轴加工组装多条自 动线，自动化水平很高。 1 3 我国轮轴技术的发展概况 中国是一个铁路大国，也是世界上铁路轮轴需求量最多的国家之一。车轮、 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 车轴和轴承质量的好坏直接关系到运输安全和效率的提高。 1 3 1 中国铁路车辆轮轴简要回顾 我国铁路的发展主要在二十世纪后5 0 年，即从1 9 4 9 年以后开始，特别是 二十世纪8 0 年代至二十世纪9 0 年代，是中国铁路发展最快的时期。 二十世纪5 0 年代初，中国铁路客车基本上使用传统的带箍车轮、铸钢车 轮和滑动轴承；货车则使用铸铁车轮和滑动轴承；客货车辆轴型以b 型、c 型系列为主。随着国家总体经济水平和铁路运输发展对车辆轮轴要求的提高， 特别是铁路机车车辆制造工业体系的形成和与之配套的冶金、机械、化工等 相关行业的发展，从二十世纪6 0 年代中期开始，中国铁路用了大约1 0 年的 时间，首先完成了客车以滚动轴承替代滑动轴承、以国产整体碾钢车轮替代 带箍车轮和铸钢车轮的技术改造，继之又在二十世纪8 0 年代着手进行了主型 客车r c 型系列车轴向r d 型系列车轴的过渡。在淘汰客车带箍车轮和铸钢车 轮的同时，货车也大范围地以整体碾钢车轮替代了铸铁车轮和铸钢车轮。从 二十世纪8 0 年代开始，新造货车停止了滑动轴承轮对的生产，进行“滑改滚” 的技术改造。淘汰装用b 型、c 型车轴的货车，使货车基本上以r d 型车轴替 代了其他车轴。 1 。3 2 轮轴技术发展 1 9 6 4 年，我国新建的马鞍山车轮轮毂厂生产轮毂和碾钢轮，经过多次技 术改造，生产能力和产品质量均有大幅度提高。1 9 9 6 年，中国最大货车制造 厂齐齐哈尔车辆厂与美国西蒙斯公司合作建成先进的轮轴加工组装生产 线。1 9 9 7 年太原重型机械有限公司从加拿大引进碾钢车轮生产设备，建成了 第二条碾钢车轮生产线。我国轮对的加工工艺水平与国外先进水平相当，车 轴制造部门已普遍采用超声波和电磁探伤技术，车轴的运用安全性得到了必 要的保障。 中国铁路机车车辆轴箱滚动轴承开始应用于二十世纪6 0 年代初期，并首 先在机车和客车上应用。中国铁路货车滚动轴承是于1 9 8 0 年开始批量投产应 用，截至1 9 9 7 年底，装用滚动轴承的货车己达5 0 万辆，占其总拥有量的9 0 以上。经过2 0 多年的发展，中国铁路客货车已基本实现滚动轴承化，在轴 承的运用、技术管理和设备等方面也得到了完善，应用可靠性大大提高。 随着货运高速重载的发展，货车轮轴技术得到了快速发展。( 1 ) 成功设计 推出机车车辆车轮磨耗型踏面，延长车轮使用寿命。( 2 ) 修改车轴型式尺寸 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 标准，提高了车轴结构强度，开展提高车轴疲劳可靠性研究。( 3 ) 进行了s 型辐板车轮研究，其优点是可以减少裂纹，节省能耗，延长寿命等。( 4 ) 不 断完善轴承运用检修装备，降低轴承事故。 铁路车辆轮轴技术水平的提高，是中国铁路装备现代化的重要标志，是中 国铁路提速、重载技术发展的重要技术支撑点。 在重载方面，我国最早用于2 5 t 轴重铁路货车的滚动轴承车轴为r e 2 型， 1 9 9 8 年设计了r 既型车轴，为满足货车提速、重载的需要，提高车轴使用可 靠性，防止货车车轴冷切事故的发生，2 0 0 5 年又为7 0 t 级货车设计了r e 。型 车轴。 1 4 济南机车车辆厂轮轴生产线现状 济南机车车辆厂自1 9 9 3 年转产以来，生产能力已达到4 0 0 0 辆年的设计 纲领。轮轴加工组装的生产能力目前虽能满足生产需要，但其工艺装备、工 艺方法较落后，难以保证车轴的加工质量。更新设备、改进工艺方法是提高 车轴加工精度的关键。 为此，济南机车车辆厂按照运装货车 2 0 0 5 3 0 3 号关于建设货车轮轴管 理子系统有关工作安排的通知文件要求，对货车轮轴过程管理信息化进行 了设计建设，采用哈科所北京京天威公司“货车轮轴管理系统方案”，建立并 实施了“铁路货车技术管理信息系统( t l m i s ) 工厂级和h m i s 车轴工厂轮轴工 位级系统”，对现场操作者和技术管理人员进行了培训，经过调试运行，现场 操作人员、专检人员均能按照车统一5 1 1 ) 轮轴卡片要求，正确有效录入所需数 据，并经驻厂车辆验收员确认后，实施轮轴数据信息上传，实现了车轴、车 轮、轴承新制在线的数量管理、状态管理和质量信息管理要求。 实施车轴、车轮加工及组装和无轴箱滚动轴承压装两条工艺线设计建设， 济南机车车辆厂对相关工序进行了调整，对配套设施进行了改造和完善，使 工艺流程合理顺畅，各工序岗位均配备了工艺文件，对原工艺文件进行了修 订和完善，进一步明确工艺标准，达到了具体规范可行。各工序检测器具配 备齐全，均在有效期内。依据物流方向，在多个工序设置了数据采集点，保 证物流、信息流同步转序。根据工艺流程和i m i s 系统，对轮轴部件检验点进 行了调整，结合自动测量设备的投用，修改完善了检验指导书。按照质量管 理体系的要求，明确相关人员职责，制定了管理办法，对轮轴部件在制品的 检验和试验状态实施全过程追溯管理，产品质量达到稳定可控。 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 自1 9 9 3 年转产以来，生产能力已达到4 0 0 0 辆年的设计纲领。轮轴加工 组装的生产能力目前虽能满足生产需要，但其工艺装备、工艺方法较落后， 难以保证车轴的加工质量。更新设备、改进工艺方法是提高车轴加工精度的 关键。 为此，济南机车车辆厂按照运装货车 2 0 0 5 3 0 3 号关于建设货车轮轴管 理子系统有关工作安排的通知文件要求，对货车轮轴过程管理信息化进行 了设计建设，采用哈科所北京京天威公司“货车轮轴管理系统方案”，建立并 实施了“铁路货车技术管理信息系统( 删i s ) 工厂级和h m i s 车轴工厂轮轴工 位级系统”，对现场操作者和技术管理人员进行了培训，经过调试运行，现场 操作人员、专检人员均能按照车统一5 1 d 轮轴卡片要求，正确有效录入所需数 据，并经驻厂车辆验收员确认后，实施轮轴数据信息上传，实现了车轴、车 轮、轴承新制在线的数量管理、状态管理和质量信息管理要求。 实施车轴、车轮加工及组装和无轴箱滚动轴承压装两条工艺线设计建设， 济南机车车辆厂对相关工序进行了调整，对配套设施进行了改造和完善，使 工艺流程合理顺畅，各工序岗位均配备了工艺文件，对原工艺文件进行了修 订和完善，进一步明确工艺标准，达到了具体规范可行。各工序检测器具配 备齐全，均在有效期内。依据物流方向，在多个工序设置了数据采集点，保 证物流、信息流同步转序。根据工艺流程和h m i s 系统，对轮轴部件检验点进 行了调整，结合自动测量设备的投用，修改完善了检验指导书。按照质量管 理体系的要求，明确相关人员职责，制定了管理办法，对轮轴部件在制品的 检验和试验状态实施全过程追溯管理，产品质量达到稳定可控。 加强货车轮轴组装及检修工作，适应货车装备现代化对轮轴的发展要求， 满足货车提速、重载需要，贯彻“以工装保工艺、以工艺保质量、以质量保 安全”的指导思想，不断提高轮轴组装及检修质量。 提高认识，充分认识货车轮轴工作对铁路货车安全的重要性，认识货车 轮轴对货车技术进步、特别是货车提速、重载的影响，进行货车轮轴基础工 艺线建设，实现货车轮轴“检修及加工数控化、检测及组装自动化、过程管 理信息化”。 1 5 论文研究内容 对目前国内外铁路行业的轮轴加工新工艺新技术进行探讨研究，并根据 济南机车车辆厂轮轴基础工艺线初设方案，在设计中应用成熟的加工新技术， 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 使货车轮轴制造工艺水平和产品质量显著提高，制造理念得到提升，数控化、 智能化、柔性化在轮轴加工组装工艺中充分体现。论文研究的主要内容有： ( 1 ) 对国内外货车轮轴工艺线的发展作概述，并对国内货车轮轴加工组 装和济南机车车辆厂轮轴生产线的现状作仔细的分析。 ( 2 ) 对济南机车车辆厂轮轴工艺线进行科学、合理设计，采用国内外新 技术、新工艺，并提出满足工艺条件的各部份设备的技术要求。 ( 3 ) 总结新造货车车轴、车轮加工及组装工艺线，无轴箱滚动轴承压装 工艺线两条工艺线建设工作。 ( 4 ) 总结铁路货车技术管理信息( 咖i s ) 工厂级应用系统、h m i s 车轴工 厂轮轴工位级系统的建设工作。 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 第2 章济南机车车辆厂轮轴生产线的设计 轮对是铁路货车的关键部件，车轴、车轮的精加工及组装质量直接关系 到铁路运输的安全。轮对组装质量与车轴、车轮的材料、加工精度、过盈量、 加工工艺、检测技术及设备等因素有关。工厂以“装备保工艺、工艺保质量、 质量保安全”的指导思想，以实现货车轮轴“加工数控化、检测及组装自动 化、过程管理信息化”的目标，对转向架车间的轮轴加工及组装进行了工艺 设计和布局调整。 在工艺布局设计时，通盘考虑工厂整体生产用占地和厂房面积布局、能 源供应布局。在车间、工序进行充分论证，合理安排周期，规划厂房、地面、 采光、动能供应、安技环保等要素，力争从根本上系统提升工艺装备档次。 在工艺能力方面，按照行业先进水平的工艺能力( 生产能力和技术能力) 标准，结合工厂实际，规划各方面装备综合技术能力和水平，力争保持自身 特色和达到同行业的先进水平。 设计原则为： 1 ) 采用新工艺、新技术、新材料，积极采用节能措施，推广数控技术在工 艺线上的应用，提高生产线的机械化、自动化水平，提高轮轴的制造质量， 保证轮轴工艺线设备质量。 2 ) 轮轴加工装备的选择主要考虑技术成熟、可靠性、加工精度和效率及 其配套，考虑车轴与车轮的选配和预组装以及相对位置控制精度和可靠性。 同时考虑与i - i m i s 的接口，实现工位级信息传输功能。 3 ) 充分考虑轮轴工艺线的柔性，不仅能生产工厂现有轮轴产品，而且还应 着眼于将来货车其它型重载车轴的加工制造。生产线应考虑转k 2 型和转k 6 型转向架轮轴的加工能力，而且具有各种新开发车型轮轴加工的可能性。 4 ) 注重环境保护，贯彻执行有关国家标准，改进和完善安全防护措施， 保证生产安全、人员安全，符合环保要求。 2 1 轮轴工艺线设计 轮轴基础工艺线建设项目，为新设计制造生产线，对原有工艺布局进行改 造。实施两条工艺线建设：车轴、车轮加工及组装工艺线和无轴箱滚动轴承 组装工艺线。 车轴、车轮加工及组装工艺线生产包括车轴加工、车轮加工、轮对压装及 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 轮轴输送装置。 无轴箱滚动轴承组装工艺线生产包括轴承选配、轴承压装及检测。 2 1 1 工序设置及工艺流程 在车轴、车轮加工及组装和无轴箱滚动轴承压装两条工艺线设计过程中， 为使工艺流程合理顺畅，对相关工序进行了调整，对配套设施进行了改造和 完善，对车轴加工及检测、车轮加工、轮对组装及检测、轴承与轮对组装等 工序进行重新设置。具体调整设置如下： 2 1 1 1 工序设置 1 车轴加工工序，如图2 - 1 所示。 l 轮座磨削加工 图2 1 车轴加工工序图 2 车轮加工工序，如图2 2 所示。 图2 2 车轮加工工序图 3 轮对组装工序，如图2 - 3 所示。 巨j 互 4 亟亟五面丑区囝 一匝亟卜区亟习一臣垂亟困 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 图2 - 3 轮对组装工序图 4 轴承、轮对组装工序，如图2 4 所示。 图2 - 4 轴承、轮对组装工序图 2 1 1 2 工艺流程 轮轴加工及轴承压装工艺流程： 半光轴入e 殳- 一车轴三颈半精车一三孔加工( 钻、扩、攻丝) 一 车轴三颈精车一磨削轴颈、防尘板座，磨削轮座一车轴磁粉探伤 一车轴自动检测、数据传输 车轮入屡车轮轮孔粗镗一车轮轮孔精镗卜一轴 轮对压装一刻打标记，轮对轮座镶入部探伤轮对自动检测一 轮对入轴承间 轴承入组装间轴承选配一 轴承附件组装一磨合试验一交验 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 2 1 2 车间平面布置图 根据轮轴工艺线设计方案，结合摇枕、侧架现场实际生产情况，对转向 架生产车间的工艺布局进行了重新调整布置，绘制了新的货车轮轴基础工艺 线工艺平面布置图，如图2 5 所示。 h 1 j 一 tr 】 铲 ： 。 铲 t l o l 尝8口 _ 口 口 _ ：长 盼 i u些 鹱 轮 9i 最 轮 丽 吨争 ，d _ 瞄三鲴- 咤争 螽 固眵 奄争 皿 轴 】一 一 已 臼鸯 轴 e 正 l 、 萨 什 l孑 口 工 # d - n 曰 口皿 月 卧 q 堑 回 段 目 q i 0 图2 5 轮轴工艺线工艺平面布置图 西南交通大学硕士研究生学位论文第1i 页 2 1 3 工艺装备及要求 车轴、车轮加工及组装生产线和无轴箱滚动轴承压装生产线按功能可分 为加工装置、组装装置、物料输送装置、检测装置等几部分，各部分的要求 表述如下： 1 加工装置 采用数控车床对车轴进行半精车加工、轴端三孔加工，采用磨床进行车轴 成型加工。采用数控镗床对车轮进行加工。 2 组装装置 采用轮对压装机对车轴、轮对进行组装。 3 物料输送装置： 物料输送要充分结合厂房和装备布局、工艺流程等现场条件，在工艺布 局设计时实现工序间点到点的直接传输，并考虑各工序生产节拍不一致时输 送装置的适应性。 4 检测装置： 检测装置检测性能的重复精度和可靠性是关键，避免对测量结果产生异 议；同机加工装备一样，预留h m i s 接口。 2 2 轮轴生产线主要技术特点及组成 依据提高轮轴生产线机械化、自动化水平，提高轮轴制造质量的设计原 则，在关键工序采用进口车轴数控成型磨床，宽砂轮切入式磨削车轴轮座的 数控外圆磨床，实现车轴数控加工、自动检测；采用轮对组装单元，将车轴 自动测量机、车轮立式数控车床、车轮立式数控镗床、上下料机械手，用车 轴、车轮输送装置联系起来，形成物料输送线，由p l c 程序控制实现车轴、 车轮自动传输、自动涂油、车轮翻转、预压装及轮对全自动压装。 2 2 1 轮轴生产线装备的主要技术特点 轮轴加工装备的选择主要考虑技术成熟、可靠性、加工精度和效率及其 配套性，考虑车轴与车轮的选配和预组装以及相对位置控制精度和可靠性， 为此提出了工艺线装备的具体要求。 2 2 1 1 基本要求 i 具有合理的结构，高稳定性、可靠性和耐久性，设计寿命按双班工 作制，负荷8 0 的条件下，不少于1 4 年。 西南交通大学硕士研究生学位论文第12 页 2 有足够的刚度和耐磨性，热变形小，噪音7 0 d b ( a ) ，在环境温度+ 3 + 4 0 ，相对湿度9 0 条件下，能连续工作1 6 h ，性能稳定，精度可靠。 3 采用优质材料制造，所选用的机械、液压、电气、电子元件和控制系 统是先进的、优质的、成熟可靠的系列产品。 4 具有完善的液压装置、润滑及过滤装置、排屑装置，电子、电器设备 各部分应有可靠的安全保护、报警、保险措施，以防止误操作或意外事故致 使机器受损或造成人身伤亡。安全设计应符合中国国家标准g b l 5 7 6 0 1 9 9 5 金属切削机床安全防护通用技术条件。 5 控制系统应用f a n u c 1 8 t c ，或当前世界最新成熟控制技术并由买方认 可的数控技术。操作系统具备手动位和自动程序位。 6 技术先进，操作直观简便，符合人体工学，易于维护和维修。 7 液压控制装置及电气屏柜采用恒温装置，电气元件能适应当地气候条 件。外部配线部分有保护装置，能适应环境要求。 8 机床和仪器的金属构件除装配表面和电镀表面外，都应进行防锈处理 和油漆，对于封闭结构的部件内部，在组装封闭前完成表面防锈处理和油漆。 9 零部件和仪表的设计、制造和试验符合国际工业标准( i s o ) 和国际电 工标准( 1 e e ) ，度量单位采用国际单位制标准( s i ) 。 2 2 1 2 设备结构要求 1 机械及液压部分 机床结构设计合理，具有足够的刚性及强度、稳定性和抗热变形能力， 满足重切削能力和高精度重现的要求。 机床导轨采用优质材料制造，具有良好的刚度、耐磨和抗震性能，导轨滑 动面须采用自动润滑装置，精度稳定，经久耐用。 主轴系统具有温升低、热变形小，刚性强、精度高的特点，能保持主轴长 期工作的相对稳定。主轴轴承用( 免维护轴承) 满足高速度、高精度、高刚 性等要求。 2 夹紧装置 采用液压三爪卡盘自动夹紧工件，其夹紧力必满足工件加工要求。夹紧力 可自动( 或手动) 予以调整并能显示。 3 刀架及刀具 换刀速度快，确保换刀平稳。刀具易于安装固定，精度高，刚性强，能满 足重切削能力的要求。 4 润滑系统 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 3 页 采用中央集中式润滑系统，全自动强制润滑。 主轴箱具有自动循环、过滤的润滑系统，并具有主轴温度控制、报警和自 动保护装置。循环润滑时间可调整。 具有向各滑动面、传动齿轮、套筒及滚珠螺杆等定时定量自动供油润滑 系统，确保每一润滑位置确实得到润滑油。也可手动控制润滑。对需要人工 润滑的部位，能明确要求及标识。 其他各运动零部件均具备油或润滑脂的润滑，保证机床长期稳定地工作。 5 冷却系统 机床应配备自动循环切削冷却控制系统，可实现手动和自动控制。 6 安全防护罩及排屑装置 采用半封闭可移动自动安全防护罩，防止车轮上下料时与其发生碰撞。 机床配备自动排屑系统，排屑方便，确定排屑口位置。排屑时间进行设 定合理。 2 2 1 3 电气控制部分 1 电气元件和材料符合i s 0 、i e c 或其它等同标准。电气、电子元件应 工作可靠，无故障使用时间大于5 0 0 0 h ，不受机械震动和电、磁干扰影响并具 备良好的防湿性能。 2 电气系统具有自动诊断功能，操作及维修人员可根据指示灯及显示器 等随时观察到机床各部分的运行状态。 3 c n c 系统采用先进的微处理机或当前世界最新成熟并由买方认可的微 处理机技术，以满足各种动作的系统功能要求。 4 c n c 系统采用模块式标准总线布置，利于维修。 5 电气箱配有热交换器，散热容易，确保系统稳定。 6 机床随数控系统配备标准r s 2 3 2 外部接口及u p s 接口。 2 2 2 车轴、车轮a n t 及组装生产线组成 车轴、车轮加工组装生产线由2 3 台设备、一条轴输送线、一条轮输送线 组成。按加工、组装及轮轴输送控制，全线分为4 个单元。 2 2 2 1 车轴半精车、三孔加工及车轴精车单元 此单元的工艺装备包括2 台简易数控车床、1 台车轴仿形车床、2 台数控 车床( 单刀架) 、2 台车轴三孔钻、扩、攻丝机床及1 台数控车床( 双刀架) 。 其中简易数控车床、车轴仿形车床、l c 3 4 - 3 0 0 型数控车床及l c 3 4 x3 0 0 0 型数 控车床( 单刀架) 用于车轴三颈尺寸半精车加工，s j x 一9 0 1 3 型车轴三孔钻、 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 4 页 扩、攻丝机床用于车轴轴端三螺孔尺寸加工，l c 3 4 - 3 0 0 0 型数控车床( x 2 刀架) 用于车轴三颈尺寸精加工。单元工序间的物料传输通过天车实现。 1 l 0 3 4 x 3 0 0 0 型车轴数控车床 l c 3 4 3 0 0 0 型车轴数控车床( 表2 - 1 、图2 - 6 ) 用于r d ：和r e 2 等铁路货 车车轴两端三颈的半精车批量加工。满足加工工艺过程：以工件两端中心孔 6 0 0 锥面支撑定位，以车轴端面与轴颈圆柱面交点为起始点，依次加工轴颈倒 角、轴颈及圆弧、轴肩、倒角、防尘板座及圆弧和轮座倒角、轮座等各部尺 寸。工件加工采用单刀架，自动定心夹紧分两次( 工件调头) 完成车轴两端 的车削加工。两端三颈加工分别以车轴端面为加工纵向基准，以轴颈表面为 横向基准。采用干法切削。 表2 - 1 主要技术要求及参数 序号技术要求参数 备注 l床身上最大回转直径6 3 0o 2滑板上最大车削直径3 5 0 衄 3最大车削长度2 8 0 0 m 4顶尖间工件的最大重量1 5 0 0 l 唔 5主轴转速( 无级变速) 1 0 1 4 0 0 r p m 6快速移动速度 x 轴：1 2 m m i n ；z 轴：1 5 m m i n 7项尖套筒最大行程2 0 0 m m 定位精度x 轴0 0 0 5 m ：z 轴o o l o u 8 重复定位精度x 轴0 0 0 2 m m ；z 轴0 0 0 5 m 图2 - 6l c 3 4 3 0 0 0 型车轴数控车床 西南交通大学硕士研究生学位论文第15 页 2 s j x - 9 0 1 3 型车轴三孔钻、扩、攻丝机床( 图2 7 ) 机床采用十字滑台，主轴箱安装在十字滑台横滑板上，通过横向移动三 个工位以实现钻孔、铰螺纹底孔及倒角、攻丝的工艺要求，整机采用两端同 时加工的形式，工作台由液压驱动。 图2 7s j x 一9 0 1 3 型车轴三孔钻、扩、攻丝机床 2 2 2 2 车轴磨削及检测单元 此单元的工艺装备由1 台4 8 0 2 轴中心式步进磨床、1 台车轴数控成型磨 床( p f 6 1 s 3 0 0 0 ) 、1 台m k l 3 5 0 3 0 0 0 数控外圆磨床、3 台上海普通外圆磨床及1 台t g 0 1 1 0 型车轴自动测量机组成。 4 8 0 2 轴中心式步进磨床、车轴数控成型磨床( p f 6 1 s 3 0 0 0 ) 用于车轴轴颈 防尘座等部分的成型磨削，艇1 3 5 0 3 0 0 0 数控外圆磨床、上海普通外圆磨床用 于车轴轮座磨削，车轴自动测量机用于车轴加工相关尺寸的检测。 1 数控车轴成型外圆磨床 数控车轴成型外圆磨床( 图2 - 8 、图2 - 9 ) 用于货车车轴的轴颈、防尘板 座及圆弧部分成型磨削。 设备采用成型砂轮切入磨削的方式，分两次完成车轴两端的磨削。加工 一根车轴所需机动时间( 包括砂轮修型时间) 不超过8 m i n 。具备磨削过程跟 踪测量检测功能，实现磨削尺寸和过程的自动控制；能够实现轴径和防尘板 西南交通大学硕士研究生学位论文第16 页 座直径的静态或动态检测、储存和传输。采用m a r p o s s 在线测量装置。 砂轮修整采用数控修型，金刚石滚轮修整器转速应为恒速。 图2 - 8 美国4 8 0 2 轴中心式步进磨床 图2 - 9 德国p f 6 1 s 3 0 0 0 车轴数控成型磨床 2 车轴全自动测量机 t g 一0 1 1 0 车轴全自动测量机( 图2 - 1 0 ) 可以按照铁道部技术规程中有关 西南交通大学硕士研究生学位论文第17 页 车轴制造数据的检测方法，自动完成车轴部分参数的自动测量，取代传统的 人工测量方法，保证数据的可靠性。测量数据可与i t m i s 系统共享。 ( 1 ) 检测方法及适用范围 可测量的车轴轴型为r d ：、r e ：r e ：、r e ：。型车轴。检测项目是： 轴颈直径( 长度方向左、右均布各测三个位置) 、轴颈长度、防尘板座直径( 左 右各检测一个位置) 、轮座直径( 长度方向左、右均布各测三个位置) 、轴全 长等相关尺寸的测量。参数的检测方式：参数检测全部采用光栅尺接触式测 量。 ( 2 ) 技术参数 测量车轴的尺寸范围：轴直径( 1 3 0 1 5 5 r a m ) 、轴长度( 2 0 0 0 咖2 2 0 0 舢) ( 3 ) 检测操作方式 检测操作方式有三种操作方式。第一种方式只测轮座部分尺寸；第二种 方式轴颈、轮座测s 1 、s 3 、s 4 、s 6 等截面，其他按照铁标检测数据要求；第 三种方式完全按照铁标要求检测全部数据。控制软件具有智能化系统，并具 有设备故障报警、车轴数据超限报警等功能，在操作屏幕上直接提示。 ( 4 ) 车轴全自动测量机的组成 车轴全自动测量机由主机、液压系统、电控系统及数据采集通讯系统组 成。 主机包括车轴升降、分料机构、检测机构，计算机控制系统和驱动系统； 液压系统包括所有机构的液压驱动；电控系统控制整个装置的动作，采用对 话式计算机操作界面。 ( 5 ) 车轴测量主要工艺流程 在车轴料架上，由输送车将待检测车轴输送到测量位置，自动完成车轴 所有数据的测量与计算，再由输送车将车轴送至下工位。 西南交通大学硕士研究生学位论文第18 页 图2 1 0t g - 0 1 1 0 车轴全自动测量机 2 2 2 3 车轮轮孔加工单元 本单元由1 台y v - 1 2 0 0 a 型车轮立式数控车床、1 台s n 一8 4 1 型车轮立式数 控镗床、上下料机械手及车轮传送装置组成，完成车轮轮孔有关尺寸的加工。 1 台湾数控立式车床 采用台湾w 一1 2 0 0 a 型车轮立式数控车床( 表2 2 、图2 - 1 1 ) ，用于铁道 车辆车轮轮