1、动车转向架构架横梁零件的数控加工工艺分析与设计毕业论文 精品摘 要转向架是高速动车组的核心组成部分，其制造技术是确保动车组能够实现安全、平稳、舒适、快捷运行的关键性技术之一。转向架构架是转向架的基体，其制造精度直接影响着转向架的装配精度、安全性能，进而影响到动车组的运行品质及安全性。本论文主要介绍了动车转向架构架横梁零件的数控加工工艺分析与设计。通过对零件图，毛坯件，以及其结构工艺性的分析，从定位基准入手，确定各个表面的加工方法，划分加工阶段，合理安排加工顺序，选择机床设备，确定切削用量得到最终的工艺规程。一个优化的工艺设计，为零件加工的可行性和经济性提供理论依据，从而可以减少零件的加工时间，
2、提高生产率，降低生产成本。关键字：转向架 数控加工 工艺 铣削 切削用量 AbstractBogie is a high-speed EMU core component of its manufacturing technology is to ensure that the DMUs to achieve safe, stable, comfortable, fast and run one of the key technologies. Bogie bogie frame is the matrix, and its direct impact on manufacturing pre
3、cision bogie assembly accuracy, security, performance, there by affecting the operation of EMU quality and safety. This paper introduces the vehicle bogie frame beams moving parts CNC machining process analysis and design. Map of parts, pieces of rough, and its structure analysis process, starting f
4、rom the base position to identify the various surface processing methods, dividing the processing stage, reasonable arrangements for processing the order, select the machine tool equipment, to determine the final cutting process has been a point of order. An optimized process design for the feasibil
5、ity of machining and economy and provide a theoretical basis, which can reduce machining time and improve productivity, reduce production costs.Keywords: Bogie CNC Machining Process Design Milling Cutting毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包
6、含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 1 绪论1.1 课题研究的背
7、景与意义高速动车组技术是我国近年来从国外引进的先进交通运输技术之一，是轮轨技术的颠峰之作，可与磁悬浮技术相提并论。转向架是高速动车组的核心组成部分，其制造技术是确保动车组能够实现安全、平稳、舒适、快捷运行的关键性技术之一。转向架构架是转向架的基体，其制造精度直接影响着转向架的装配精度、安全性能，进而影响到动车组的运行品质及安全性。铁路车辆的安全关系着全国千家万户的生命财产安全，每年因为机车车辆质量问题造成的运行事故屡见不鲜，其中绝大多数都与转向架相关。铁道部高速动车组联合办公室明确提出在高速动车组制造过程中要实现零缺陷，如何能够提高转向架构架加工的精度和效率是众多轨道交通装备企业所面临的难题。
8、随着国家因拉动内需对轨道交通运输领域的投入加大，铁道部组织北京铁路局与中国北车股份有限公司于2009年3月16日签署100列新一代高速动车组采购合同，合同总金额达到392亿人民币。新一代高速动车组持续运营时速350公里，试验时速将超过400公里，届时将成为世界上商业运营速度最快、科技含量最高、系统匹配最优的动车组。新一代高速动车组将在2011年用于京沪高速铁路。在未来510年，我国将有约2000多列的高速动车组需求，约合1万亿的商业价值【1】。在机械制造业中，对零件的加工工艺进行合理的优化设计可以提高生产效率、降低生产成本、提高加工质量。1.2 国内外现状分析 自二十世纪60年代末轮轨蠕滑理论
9、有了突破性的进展以来，对轮轨接触面上的作用力有了真正的认识，机车车辆动力学得到了迅猛的发展，使重载牵引、高速列车得以顺利发展。机车车辆径向转向架的发展是轮轨蠕滑理论在曲线通过领域应用的重要成果。 车辆转向架的结构及作用相对比较简单，其径向转向架在70年代初便开始出现并陆续投入运用，目前已有不少国家作为货车转向架的一种重要形式。 机车转向架除必须具备车辆转向架的所有功能外，还必须把轮周上的牵引力由车轴传递到转向架构架。这通常是由轮对定位的纵向方向来传递的，因而轮对定位的纵向刚度通常都很大，否则无法传递牵引力。定位纵向刚度大，轮对就无法向径向位置偏斜，机车径向转向架就难以实现。这就是通常所说的牵引
10、和导向的矛盾。所谓导向，这里是指使轮对占径向位置，利于通过曲线。机车径向转向架的导向机理、设计方法以及结构形式远较车辆径向转向架复杂。因此，机车径向转向架的发展远远滞后于车辆转向架。经过长时间的技术积累，到80年代末90年代初，机车径向转向架的技术出现了突破，德国、瑞士、南非、奥地利等国家相继在电力机车转向架上采用了径向调节技术。 值得特别提出的是，美国GM公司与德国西门子公司于19921993年联合开发了新一代的SD60M-AC及SD70M-AC内燃机车，其特征为交流传动、微机控制及径向转向架，被称为径向交流机车。该机车取得了极大的成功，达到了前所未有的轮轨粘着水平和牵引能力，并可用于过去三
11、轴转向架难以涉足的多小半径曲线的困难区段，扩大了三轴转向架的应用范围。1993年初，美国以承担重载运输著称的伯灵顿北方铁路提出一份350台SD70M-AC机车的订单，准备用来代替原有的600台直流电传动内燃机车。这将大大节约燃料、减少维修、节省人力物力，成为美国国内市场近年来最大的一笔机车订货。1.3 课题研究的方法、内容与目的加工工艺设计是一个长期现场实践和经验积累的过程，必须采用理论分析及实际相结合的方法，根据现场实际情况，通过查阅各种资料，了解相关工艺的基础上，在保证产品质量的前提下，以获得最大的经济效益（包括高效率和低成本等）为目标，通过大量对比试验，采集数据并进行优化处理，从而确定较
12、为合理的加工工艺解决生产难题。1.4 小结随着机车不断向高速、重载方向发展，必然会对转向架的强化提出越来越高的要求，为适应这种状况，必须对转向架的可靠性提出更高的要求，相关企业为此也投入相当大的精力去研发各种新的工艺来适应这种要求。本章通过对目前国、内外企业在相关转向架领域的加工工艺现状研究、分析，阐述了本课题研究的意义。2 动车转向架构架横梁的加工工艺分析2.1动车转向架构架横梁的数控加工2.1.1数控加工的简介数控加工，泛指在数控机床上进行零件加工的一种工艺过程。数控加工的特点：1、柔性化高：传统的通用机床，虽然柔性好，但效率低下；而传统的专机，虽然效率很高，但对零件的适应性很差，刚性大，
13、柔性差，很难适应市场经济下的激烈竞争带来的产品频繁改型。只要改变程序，就可以在数控机床上加工新的零件，且又能自动化操作，柔性好，效率高，因此数控机床能很好适应市场竞争。2、加工自动化：数控机床加工时，不需人工控制刀具，自动化程度高。带来的好处很明显。（1）对操作工人的要求降低：一个普通机床的高级工，不是短时间内可以培养的，而一个不需编程的数控工培养时间极短（如数控车工需要一周即可，还会编写简单的加工程序）。并且，数控工在数控机床上加工出的零件比普通工在传统机床上加工的零件精度要高，时间要省。（2）降低了工人的劳动强度：数控工人在加工过程中，大部分时间被排斥在加工过程之外，非常省力。（3）产品质
14、量稳定：数控机床的加工自动化，免除了普通机床上工人的疲劳、粗心、估计等人为误差，提高了产品的一致性。（4）加工效率高：数控机床的自动换刀等使加工过程紧凑，提高了劳动生产率。3、工序集中：数控机床一般带有可以自动换刀的刀架、刀库，换刀过程由程序控制自动进行，因此，工序比较集中。工序集中带来巨大的经济效益：（1）减少机床占地面积，节约厂房。（2）减少或没有中间环节（如半成品的中间检测、暂存搬运等），既省时间又省人力。4、加工能力强：机床能精确加工各种轮廓，而有些轮廓在普通机床上无法加工【2】。 2.1.2动车转向架构架横梁的数控加工动车转向架构架横梁结构复杂，多孔多圆弧曲线，五面体加工，重量大，最
15、好能一次装夹。而数控加工的高效，高柔性、高自动化，能够满足动车转向架构架横梁的加工要求。2.2动车转向架构架横梁数控加工工艺分析2.2.1零件图分析分析零件图，就是根据零件图了解零件的名称，材料和用途，弄清零件各部分的结构形状及相对位置关系，了解零件的制造方法和技术要求，从而找出制定零件各项技术要求的根据。零件图分析包括：检查零件图的完整性和正确性；零件的技术要求分析；零件的材料分析；合理的标注尺寸。本设计只对零件的技术要求做出分析【3】。零件的技术要求包括下列几个方面：加工表面的尺寸精度；主要加工表面的形状精度；主要加工表面之间的相互位置精度；加工表面的粗糙度以及表面质量方面的其它要求。1、
16、根据图纸标注（图2.1、图2.2）可确定，零件的设计基准是以A面作为XY 面，以转向架构架横梁的中间空腔的中心线作为XZ基面和YZ基面，三个平面的空间坐标作为设计基准。2、图2.2中A端面位于XY上方342.51mm处，表面粗糙度Ra12.5。与XY面的平行度误差为0.4 。3、图2.1和图2.2中以YZ为基准的加工表面有X558、X590、X580,以XZ为基准的加工面有Y602、Y740、Y374。对于这些加工表面除了Y740加工表面有四个，表面粗糙度Ra为12.5，其他加工表面都有两个，表面粗糙度都为Ra6.3。四个空心圆柱端面Y740与XZ面的平行度误差为1。4、图2.1、图2.10和
17、图2.11中，在基面A上，槽的加工部位有四处。其中距XZ基面374mm，距YZ基面475mm处有两个；距XZ基面602mm，距YZ基面475mm处有两个。对于这四个槽的加工尺寸是槽宽80mm，槽深2.5mm，表面粗糙度Ra12.5.5、图2.4和图2.10中，槽的加工部位在侧面有两处，距离YZ方向590mm，距离基面XZ方向374mm，在基面A下方58.5mm处。槽宽40K6，槽深5mm，表面粗糙度为Ra1.6。6、图2.4 和图2.10中，孔的加工部位有十八处，在与基面XZ距离374mm的侧面上有十处，其中八个螺纹孔M24孔，坐标为（420，-27.5）、（530，-27.5）、（-420，
18、-27.5）、（-530，-27.5）、（420，-122.5）、（530，-122.5）、（-420，-122.5）、（-530，-122.5）,钻孔深度55mm,攻丝深度45mm；两个配合孔20H7，坐标（475，-52.5）、（-475，-52.5），孔的内表面粗糙度Ra1.6。孔加工在与基面YZ距离590mm的侧面上有四处，坐标为（415，-58.5）、（535，-58.5）、（-415，-418.5）、（-535，-418. 5），尺寸精度M24。攻丝深度45mm,钻孔深度55mm。7、图2.2和图2.11中，孔的加工部位有十处，在与基面XZ距离602mm的侧面上，其中八个M24螺纹
19、孔，坐标（420，-27.5）、（530，-27.5）、（-420，-27.5）、（-530，-27.5）、（420，-82.5）、（-420，-82.5）、（530，-122.5）、（-530，-122.5），攻丝深度45mm,钻孔深度55mm；两个配合孔20H7，坐标（425，-52.5）、（-425，-52.5），孔的内表面粗糙度Ra1.6。8、图2.2中，位于基面A下方447.50.3，在四个空心圆柱端面的下方,距离YZ面400处有四个加工部位，R20的圆角，表面粗糙度为Ra12.5。9、图8中，距离XZ基面379，距YZ基面406.9加工R45, 表面粗糙度为Ra12.5；距离XZ基
20、面357，距离YZ基面489加工R130，外切线和YZ面的角度为15表面粗糙度为Ra12.5。10、 图9中，加工部位在圆弧R52上，倒45角，表面粗糙度Ra12.5。图2.1图2.1图2.2图2.3图2.4图2.5图2.6图2.7图2.8 图2.9图2.10图2.112.2.2 毛坯分析毛坯是根据零件或产品所要求的形状、工艺尺寸等而制成的更进一步加工的生产对象。毛坯的种类、形状、尺寸及精度对机械加工工艺过程、产品质量、材料消耗和生产成本有着直接的影响。2.2.2.1 毛坯的选择原则选择毛坯时应该考虑如下几个方面的因素：1、零件的生产纲领 大量生产的零件应选择精度和生产率高的毛坯制造方法，用于
21、毛坯制造的昂贵费用可由材料消耗的减少和机械加工费用的降低来补偿。如铸件采用金属模机器造型或精密铸造；锻件采用模锻、精锻；型材件选用冷拉和冷轧型材。单件小批生产时应选择精度和生产率较低的毛坯制造方法。2、零件材料的工艺性例如材料为铸铁或青铜等的零件应选择铸造毛坯；钢质零件当形状不复杂，力学性能要求又不太高时，可选用型材；重要的钢质零件，为保证其力学性能，应选择锻造件毛坯。3、零件的结构形状和尺寸形状复杂的毛坯，一般采用铸造方法制造，薄壁零件不宜用砂型铸造。一般用途的阶梯轴，如各段直径相差不大，可选用圆棒料；如各段直径相差较大，为减少材料消耗和机械加工的劳动量，则宜采用锻造毛坯，尺寸大的零件一般选
22、择自由锻造，中小型零件可考虑选择模锻件。4、 现有的生产条件选择毛坯时，还要考虑本厂的毛坯制造水平、设备条件以及外协的可能性和经济性等。2.2.2.2 常见的毛坯种类常见的毛坯种类有以下几种：1、 铸件 对形状较复杂的毛坯，一般可用铸造方法制造。目前大多数铸件采用砂型铸造，对尺寸精度要求较高的小型铸件，可采用特种铸造，如永久型铸造、精密铸造、压力铸造、熔模铸造成和离心铸造等。2、锻件锻件毛坯由于经锻造后可得到连续和均匀的金属纤维组织。因此锻件的力学性能较好，常用于受力复杂的重要钢质零件。其中自由锻件的精度和生产率较低，主要用于小批生产和大型锻件的制造。模型锻造件的尺寸精度和生产率较高，主要用于
23、产量较大的中小型锻件。3、型材型材主要有板材、棒材、线材等。常用截面形状有圆形、方形、六角形和特殊截面形状。就其制造方法，又可分为热轧和冷拉两大类。热轧型材尺寸较大，精度较低，用于一般的机械零件。冷拉型材尺寸较小，精度较高，主要用于毛坯精度要求较高的中小型零件。4、 焊接件 焊接件主要用于单件小批生产和大型零件及样机试制。其优点是制造简单、生产周期短、节省材料、减轻重量。但其抗振性较差，变形大，需经时效处理后才能进行机械加工。5、其它毛坯 其它毛坯包括冲压件，粉末冶金件，冷挤件，塑料压制件等。2.2.2.3 毛坯的形状及尺寸毛坯的形状和尺寸主要由零件组成表面的形状、结构、尺寸及加工余量等因素确
24、定的，并尽量与零件相接近，以达到减少机械加工的劳动量，力求达到少或无切削加工。但是，由于现有毛坯制造技术及成本的限制，以及产品零件的加工精度和表面质量要求愈来愈来高，所以，毛坯的某些表面仍需留有一定的加工余量，以便通过机械加工达到零件的技术要求。2.2.2.4毛坯的加工余量加工余量是指加工过程中在工件表面所切去的金属层厚度。余量有总加工余量和工序余量之分。由毛坯转变为零件的过程中，在某加工表面上切除金属层的总厚度，称为该表面的总加工余量（亦称毛坯余量）；一般情况下，总加工余量并非一次切除，而是分在各工序中逐渐切除，故每道工序所切除的金属层厚度称为该工序加工余量（简称工序余量）。工序余量是相邻两
25、工序的工序尺寸之差，毛坯余量是毛坯尺寸与零件图样的设计尺寸之差。由于工序尺寸有公差，故实际切除的余量大小不等。2.2.2.5动车转向架构架横梁的毛坯的选择转向架的功能是承载、牵引、缓冲、导向，所用材料要有好的抗弯矩和扭矩的能力。本设计毛坯的材料选用低碳钢。由于动车转向架构架横梁的形状结构复杂，尺寸与重量都很大，难于用铸、锻方法整体生产，属于复杂结构件。在毛坯制造上，选用组合毛坯。对形状较复杂的部分，选用铸造；零件中对力学性能要求高，受力复杂的重要部分，选用锻件；对形状不复杂，力学性能要求又不太高的部分，选用型材；用焊接的方法将以上的锻件、型材或局部加工的半成品组合为一个整体的毛坯。此类毛坯的优
26、点是对毛坯材料利用率高，生产周期较短，生产成本较低，能满足动车转向架构架横梁的大批量生产的要求。由于焊接的接头组织不均匀使得整体尺寸误差较大和抗震性较差，并有焊接应力和变形存在，所以毛坯需经时效处理后才能进行机械加工。2.2.3 结构工艺性分析 零件结构工艺性是指所设计的零件在能满足使用要求的前提下制造的可行性和经济性。它包括零件的各个制造过程中的工艺性，有零件结构的铸造、锻造、冲压、焊接、热处理、切削加工等工艺性。由此可见，零件结构工艺性涉及面很广，本设计只对零件切削加工工艺性进行分析。2.2.3.1 机械加工对零件局部结构工艺性的要求1、便于刀具的引进和退出：如图2.12中边缘孔的钻削；图
27、2.122、保证刀具正常工作：例如图2.13a所示结构，孔的入口端和出口端都是斜面或曲面，钻孔时钻头两个刃受力不均，容易引偏，而且钻头也容易损坏，宜改用图b所示结构。图c所示孔结构，入口是平的，但出口都是曲面，宜改用图d所示结构。 图2.133、保证能以较高的生产率加工：例如被加工表面形状应尽量简单 图2.14a所示键槽形状只能用生产率较低的键槽铣刀加工，图b所示结构就能用生产率较高的三面刃铣刀加工。图2.14尽量减少加工面积 图2.15 a所示两种气缸套零件，图b所示结构比图a所示结构加工面积小，工艺性好。 图2.16所示箱体零件耳座结构，图b、图c所示结构不但省料而且生产效率高，它的工艺性
28、就优于图a所示结构。图2.15图2.16尽量减少加工过程的装夹次数 加工图2.17示零件螺孔，需作两次装夹，先钻、攻螺孔B、C，然后翻身装夹，再钻、攻螺孔A。如果设计允许，宜将螺孔A改成图左上角的结构。 图2.17尽量减少工作行程次数 图2.18右边所示平面结构只需一次工作行程就可以铣出来，工艺性好。图2.18左边平面结构需作3次工作行程才能加工完，工艺性差。 应统一或减少尺寸种类 图18右边轴上槽宽尺寸统一，可减少刀具种类，减少换刀时间。 图2.18避免深孔加工例如图2.19中，左图为深孔加工，工艺难；采用右图结构，避免深孔加工，节约了零件材料。图2.19外表面联接代替内表面联接：例如图图2
29、.20零件的结构应与生产类型相适应。例如：在大批量生产中，图2.21a所示箱体同轴孔系结构是工艺性好的结构；在单件小批生产中，则认为图2.21b是工艺性好的结构。这是因为在大批大量生产中采用专用双面组合镗床加工，此机床可以从箱体两端向中进给镗孔。采用专用组合镗床，一次性投资虽然高，但因产量大，分摊到每个零件上的工艺成本并不多，经济上仍是合理的。 图2.21有位置要求或同方向的表面能在一次装夹中加工出来。例如图2.22图2.22零件要有足够的刚性，便于采用高速和多刀切削。例如加工时，工件要承受切削力和夹紧力的作用，工件刚性不足易发生变形，影响加工精度。图示两种零件结构，图2.23b所示结构有加强
30、筋，零件刚性好，加工时不易产生变形，其工艺性就比图2.23a所示结构好。 图2.232.2.3.2 机械加工对零件整体结构工艺性的要求零件是各要素、各尺寸组成的一个整体，所以更应考虑零件整体结构的工艺性，具体有以下几点要求： 1、尽量采用标准件、通用件。 2、在满足产品使用性能的条件下，零件图上标注的尺寸精度等级和表面粗糙度要求应取最经济值 3、尽量选用切削加工性好的材料 4、有便于装夹的定位基准和夹紧表面。 5、节省材料，减轻质量【3】2.2.3.3动车转向架构架横梁结构工艺分析动车转向架构架横梁进行结构工艺性分析主要侧重于其制造的可行性和经济性，以下分别对动车转向架构架横梁加工部位进行结构
31、工艺性分析。1、图2.1中对Y740平面加工时，由于加工表面比较大，壁厚较薄，结构性较好但是力学性能较差，不便于刀具进给。对Y602平面加工时，由于受到Y740平面的位置影响，要注意刀具的进刀点，避免刀具和零件部位的干涉。2、图2.2中X558、X590、X580加工平面,结构性和力学性能较好，便于刀具的切削和进给。3、图2.10和图2.11中，槽的加工部位在A端面上有四处，槽深2.5，结构性和力学性能较好，便于刀具的切削和进给。4、图2.10中槽的加工部位在侧面有两处，表面精度Ra1.6，表面精度要求较高，在加工时要注意刀具的切削速度和进给，以保证加工部位的表面精度。5、图2.3中，在空心圆柱端面的下方,距离YZ面400mm处有两个加工部位，R20的弧段,由于圆柱端面力学性较差，不便于刀具的进给。刀具的选择上要注意刀具的半径小于或等于工件圆弧。6、图2.8中，圆弧R45,、R130，表面粗糙度为Ra12.5在加工两个圆弧面时，合理选择刀具的路径，避免刀具与工件干涉。
