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截断塞门锥体加工工艺分析和工装设计
田建忠
（太原机车车辆配件厂,山西 太原 030003）
摘 要：为解决截断塞门阀体、阀芯锥体部分的配合精度和表面质量问题,通过对产品结构特点和使用性能进行分析,提出了在车床主轴和进给箱之间加装轴箱体,利用万向联轴器使轴箱体与主轴之间的传动链产生与被加工零件锥体相同的角度,以实现机动进给加工的工艺方案,并对该装置的设计、加工、调试等技术问题进行了计算和论证,实际应用中取得了良好的效果.
关键词：截断塞门；锥体加工；工艺分析；工装设计
中图分类号：TH162 文献标志码：A DOI：10.3969/j.issn.1674-9146.2017.03.071
随着铁路运输事业的飞速发展,运营系统各型机车车辆的配属也在逐年增加,由于使用频繁,各类配件的消耗量越来越大.截断塞门作为铁道机车车辆制动系统的重要配件,组装后的密封性能是确保产品质量的重要指标.生产过程中,由于气密封不达标造成产品返修、报废的情况时有发生.为了解决这一工艺技术问题,研发人员对截断塞门的功能特点、作用原理、加工质量进行工艺分析,在此基础上确定了在车床主轴和进给箱之间加装轴箱体,利用万向联轴器使轴箱体与主轴之间的传动链产生与被加工零件锥体相同的角度,以实现机动进给加工的工艺方案.
1 产品结构特点和性能要求
截断塞门主要用于铁道机车车辆制动系统管路的开通与截断（见图1）.阀体的材质为灰铸件HT200,阀芯的材质为锡青铜ZcuSn3Zn11Pb4,阀体与阀芯主要靠1∶7锥面的配合密封,锥体和阀芯的中间部分均有阻断圆孔作为管路的通道,通过手柄操纵阀芯处于两个极限位置来实现塞门的开通与截断功能,截断塞门装配后根据使用场所不同,需进行0.6～0.9 MPa的气密性试验,保压1 min不得泄漏[1].
2 加工工艺分析
2.1 工艺路线的确定
截断塞门阀体与阀芯加工后的质量要求见第72页图2.由图2可知,阀体与阀芯锥面部分的尺寸精度、表面质量要求很高,该处加工后需经研磨工序,粗糙度达到Ra0.8,以满足两者密封性能的要求.根据零件技术要求及阀体和阀芯在加工过程中有一段属于断续切削的特点,为了最终获得较高的尺寸精度和表面粗糙度,并为研磨工序做好准备,阀体与阀芯加工拟采用车端面和螺纹→粗车锥面→半精车锥面→精车锥面的工艺路线[2].
2.2 加工工艺方案的选择
根据产品的结构特点和工艺要求,阀体与阀芯加工部位为回转体,为此只能选择在车床上完成加工,表1中列出了实现锥体加工的四种工艺方案,并对其优缺点进行了分析.
2.3 切削用量的选择
产品加工时选用CW6163普通车床,考虑到阀体与阀芯的材质不同,选取切削用量参数见表2.
3 轴箱体总体设计
3.1 轴箱体的精度及相关要求
为了保证工件加工后锥面的形状精度与表面粗糙度达到设计要求,参照普通车床的精度等级,轴箱体装配后的精度应达到以下要求：一是传动轴 回转误差应≤φ0.015 mm；二是传动轴轴向窜动应≤0.01 mm；三是传动轴轴线与导轨面平行度应≤0.02 mm.
除此之外,还应保证轴箱体与车床主轴连接可靠、方便,轴箱体传动轴中心高与机床主轴中心高误差控制在&plun;0.02 mm范围内,轴箱体旋转角度应不小于&plun;20°.
3.2 轴箱体传动轴直径的确定
轴箱体传动轴的运转精度对加工件的质量有直接影响,为了保证加工时轴箱体传动轴有足够的强度和刚度,应确定转轴的材料和最小直径,根据使用要求选用调质处理后综合机械性能较高的40Cr钢,考虑到传动轴在工作时主要传递转矩,可按扭转强度条件计算传动轴的最小直径.
按截断塞门中规格最大的Dg32大端直径φ40考虑,计算加工阀体、阀芯时的最大切削速度为
3.3 轴承的选择
工件在切削加工时既有轴向力又有径向力,轴承应选用圆锥滚子系列轴承,根据选取的轴径大小,同时考虑到箱体刚度、两端受力情况及便于装配、检修等因素,比照车床主轴轴承精度,选取7309D级圆锥滚子轴承[3].
3.4 总体结构设计
根据以上计算与分析,设计出阀体、阀芯锥体的总体加工结构（见图3）.该方案充分考虑了轴箱体与主轴的动力传递、轴箱体在机床中的定位与夹紧、工件的安装等因素,具体有以下3个特点：一是利用了万向联轴器能够改变传递动力方向的特点,进行了车床主轴与轴箱体之间的动力传递.二是圆锥滚子轴承采用了“背对背”的安装方式,使得支承点的压力中心距离较大,因而轴的刚性较好,可以克服切削加工时因系统振动、冲击带来的不利因素.三是轴箱体传动轴的输出端加工有螺纹,通过安装不同的连接接头,可实现不同规格产品的加工.
4 轴箱体与机床主轴及导轨的连接方式
为了直观地显示出轴箱体与车床主轴及导轨的连接方式,根据设计出的轴箱体结构原理画出轴箱体三维结构示意图（见图4）.
根据设计要求,应实现轴箱体传动轴与车床主轴偏转一定角度后主运动仍能正常传递动力的功能特点,为此在两者之间配置了万向联轴器,一端由车床三爪卡盘夹持,另一端为花键孔,直接与轴箱体传动轴输入端的花键轴相配装.
在轴箱体与车床导轨间需设计连接装置,以满足轴箱体的稳定性要求.底板下部与车床V形导轨面定位,并通过夹紧板进行锁紧,上平面应保证与机床导轨平行.
需要旋转角度时,将T形螺栓的螺母松开,依靠轴箱体底部的圆柱面与底板中心孔配合定位,角度调好后,将T形螺栓的螺母锁紧.
5 轴箱体主要零件制造要点
传动轴采用40Cr钢制造,粗加工后进行调质处理,精加工时应将轴承装配面及输出端圆柱面的同轴度控制在φ0.005 mm之内.
轴箱体采用45钢通过螺栓、圆柱销定位连接,箱体两孔限位止口应在机床上一次装夹的工位下完成加工,以保证同轴度要求,轴箱体两孔轴线与机床导轨平行度应控制在0.01 mm范围内.
6 安装和调试与使用
装配轴箱体前应首先用千分表检测轴箱体底板上平面与机床导轨的平行度,以不超过0.01 mm为宜,在其T型槽内装入T型螺栓后装配上部轴箱体各零件,根据锥角大小按照连接装置预先设定的刻度调整好角度后锁紧T形螺栓的螺母（必要时通过试车工件,测量锥角后再进行微调）,然后用千分表测试转动轴输出端的回转误差和轴向窜动,通过传动轴上安装的圆螺母调整其轴承游隙,直至达到3.1中的要求后方可使用.调整完毕后,通过在轴箱体输出端选用不同的接头体可以实现各种规格阀体与阀芯的机动进给加工.
7 结束语
通过在车床主轴与进给箱之间加装轴箱体及万向联轴器传动链,实现了在普通车床上各种锥度阀体与阀芯的机动进给加工,满足了产品加工精度和表面质量的设计要求,工作效率也得到极大提高,从而降低了下道工序的研磨时间,提高了研磨成功率,保证了截断塞门的密封性能,合格率稳定在95%以上,据此原理通过对输出端的不同设计,还可进一步扩大其加工范围.
加工工艺论文范文结:
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