车轴外圆成型磨削砂轮统型设计

车轴外圆成型磨削砂轮统型设计

马文波，侯光亮，管益辉

中车青岛四方机车车辆股份有限公司，青岛 266111

摘要：车轴是轨道交通列车的关键部件,在车轴外圆成型磨削加工时,由于车轴种类较多,车轴的外圆尺寸各不相同,需要频繁对砂轮进行修型，浪费砂轮和工时。为了提高了车轴外圆磨削成型砂轮的利用率，通过研究分析多种车轴外圆的结构尺寸,设计了两种统型砂轮尺寸,可实现采购来的砂轮就能满足使用要求，并且避免了在换产时反复修整砂轮。

关键词：轨道交通；车轴；外圆磨削；砂轮统型

1引言

车轴是轨道列车走行部的关键部件，更关系到列车运行安全的重要结构，在列车运行时主要承受旋转弯曲载荷和扭转载荷，对于高速动车组列车车轴，其在高速状态下的受力情况更为复杂。

在车轴加工过程中最关键及最难保证的部分是：轴颈和防尘板座、齿轮箱各座磨削，以上部位用于安装轴承、防尘挡圈和齿轮等组件，轴端、轴箱组装质量的好坏将直接影响车辆的运行品质和行车安全， 因此保证该部分的尺寸公差和形位公差是车轴加工工艺的关键。

2车轴外圆磨削

车轴外圆磨削是通过使车轴和砂轮产生相对运动，使砂轮切削车轴表面以使车轴尺寸及表面粗糙度达到设计要求。通常，车轴是在数控外圆磨床进行磨削加工的。

车轴成型磨削加工依次采用粗磨、半精磨、精磨、无火花磨削4个过程进行，并采用在线测量仪监控磨削过程中车轴轴颈尺寸变化情况，从而间接控制防尘 板座、轴颈根部、防尘板座根部的磨削尺寸。

2-1典型车轴

列车车轴是典型的阶梯轴，虽然不同车型的车轴在结构上略有不同，但车轴的主要结构是相同的[1]。车轴可以分为动车车轴和拖车车轴，动车车轴包括轴颈、防尘板座、轮座、齿轮箱座、挡圈座等结构，拖车车轮包括轴颈、防尘板座、轮座、制动盘座等结构。

2-2砂轮结构

常用的车轴外圆磨削成型砂轮的组成包括以下几个方面：

磨料是制造砂轮的主要原料，它担负着切削工作。因此，磨料必须锋利，并具备高的硬度、良好的耐热性和一定的韧性。车轴磨削常采用棕刚玉砂轮（A）、白刚玉砂轮（WA）、单晶刚玉砂轮（SA）、铬刚玉砂轮（PA）等。

磨料的粒度表示磨料颗粒尺寸的大小，分为磨粒、微粉两种类型，粒度影响加工的质量和生产率，一般来说，磨料越细，Ra值越小。车轴磨削常用砂轮粒度一般为46#-60#。

砂轮的强度、抗冲击性、耐热及抗腐蚀性能主要取决于结合剂的性能。常用结合剂主要有：陶瓷结合剂、树脂结合剂、橡胶结合剂、菱苔土结合剂。

组织是指砂轮中磨粒所占砂轮体积的百分比。砂轮组织等级的划分是以62%的磨粒体积百分数为“0”号组织，磨粒体积每减2%，其组织增加一号，以此类推，共分15号。车轴磨削用砂轮组织号一般为6。

砂轮硬度指砂轮表面的磨粒在外力作用下脱落的难易程度，砂轮硬度分级代号为：超软、软、中软、中、中硬、硬、超硬。车轴磨削常用砂轮硬度一般为中软。

砂轮安装在数控外圆磨床砂轮架主轴部位，在进行切削加工时，砂轮高速旋转，最高线速度可达50m/s，通过相对运动产生切削力。由于车轴是阶梯轴，所以在进行车轴外圆磨削加工前，要根据车轴的尺寸对成型砂轮进行修型。

2-3成型砂轮修型

成型砂轮修型也是在数控外圆磨床中进行的，根据车轴尺寸编制修型程序，用金刚刀对砂轮进行修型，使砂轮的外形符合磨削车轴部位的尺寸。通常磨削一种类型的车轴需要修型两种砂轮，一种砂轮用来磨削轴颈、防尘板座等部位，一种砂轮用来磨削齿轮箱各座等部位。

3统型砂轮尺寸设计

由于车轴的生产模式以多品种、小批量为主，不同类型车轴磨削部位结构不同，需要匹配不同外形的砂轮，在换产时，需要频繁修整砂轮，并且砂轮修形的时间较长，砂轮的利用率不高。为了提高砂轮的利用率，对车轴的种类和尺寸进行研究，设计出统一的砂轮外形尺寸，使一种砂轮可以同时适用于多种车轴的外圆磨削加工。以磨削轴径、防尘板座等部位的统型砂轮尺寸设计为例，具体方法是：

3-1统型砂轮1尺寸设计

通过分析研究29种车轴的径向和轴向尺寸结构，列出轴颈、防尘板座直径差，轴颈、防尘板座长度差如下表：

表1 29种车轴轴颈和防尘板座尺寸

分析上表数据，得到统型砂轮1尺寸：

表2 统型砂轮1主要结构尺寸

3-2统型砂轮2尺寸设计

通过分析研究28种车轴的径向和轴向尺寸结构，列出轴颈、防尘板座直径差，轴颈、防尘板座长度差如下表：

表3 28种车轴轴颈和防尘板座尺寸

分析上表数据，得到统型砂轮2尺寸

表4 统型砂轮2主要结构尺寸

3-3统型砂轮验证

在统型砂轮尺寸设计完成后，按照设计尺寸，在车轴数控外圆磨床编写数控加工程序，进行修型，经现场验证达到设计使用要求，减少了换产后反复修整造成的砂轮浪费。

4总结

本文通过对57种车轴外圆尺寸的分析和研究，设计了两种外圆成型磨削统型砂轮，经过生产试验验证，两种统型砂轮可以保证车轴的磨削尺寸符合设计要求。与普通成型砂轮相比，统型砂轮可以满足所有车轴的外圆磨削加工要求，减小了因砂轮修形、修整造成的浪费，提高了砂轮的利用效率。

参考文献

[1]杨红英，王 鑫，董会珍等.客车新造车轴成型磨削加工工艺的研究与应用[J]．轨道交通装备与技术，2019，12(14)：12-14.