一种机车驱动空心轴十字齿加工装置及方法与流程

1.本发明涉及机车加工技术领域，具体而言，尤其涉及一种机车驱动空心轴十字齿加工装置及方法。


背景技术：

2.空心轴装配是高速机车转向架驱动装置的关键部件，驱动装置在高速旋转时产生动不平衡性，电机产生的驱动力经从动齿轮输出端输出，经过空心轴等，最终传递到机车轮对，空心轴装配承担了机车轮对和驱动装置之间的所有运动，承受高强度的交变载荷。空心轴装配通过端部十字齿定位后再通过螺栓连接紧固，十字端齿是十字交叉分布的齿，兼具定位及输出传递扭矩的作用，为高速重载传动结构，该联接方式对空心轴十字齿的精度要求非常高。
3.十字齿位于空心轴的端部，电机传输来的扭矩需要通过空心轴端部的十字齿配合传输，需要保证端部的十端齿中心和空心轴轴心之间有较高的同轴度要求达到0.1mm，齿形公差也有较高要求。由于空心轴的外面是圆锥面，常规加工方法是精加工完定位面a和基准面b后再加工基准a内孔，然后在空心轴端部划线确定角度找正线后，再加工轴端的十字端齿，由于空心轴的结构非齿大端平面面积较小，空心轴采用十字端齿向上立式加工时重心较高，当材料切削性能差，切削力较大时，工件不容易装夹稳定，所以采用将空心轴轴线水平放在卧式机床工作台上加工。
4.然而，现有的空心轴十字齿加工方法存在一定不足之处，现有方法使用单齿硬质合金指型刀具来加工十字端齿，由于空心轴材料调质后硬度为高材料切削性能差，指型刀具切削面积大切削温度高，铣削后容易磨损，单个铣刀仅能加工2个空心轴十字齿，刀具耐用度低。由于单齿硬质合金指型刀具加工刀具耐用度低，齿形加工的精度和表面质量不稳定，废品率高。切削深度不足，无法提高切削参数，影响加工效率，加工一个空心轴十字齿需要8小时。十字齿加工相对于基准a有累积误差，由于基准不统一有加工超差的风险。现有方法需要角度划线工序，夹紧检测调整复杂。需要操作人员先用机床主轴安装千分表，将千分表压表沿空心轴外圆定位面a和基准b轴向边缘线找正0.02mm，并手动旋转空心轴四个角度找正，最后划针盘按端部角度线找正十字齿的角度正确。需要慢慢调整v型支架，以确保空心轴轴线方向的同轴度，需要操作人员有较丰富的经验，检测调整需要较长时间。


技术实现要素：

5.根据上述提出现有的空心轴十字齿加工方法刀具加工耐用度低，定位误差大的技术问题，而提供一种机车驱动空心轴十字齿加工装置及方法。本发明主要利用设置夹紧定位装置，从而起到精确导向定位的效果。
6.本发明采用的技术手段如下：
7.一种机车驱动空心轴十字齿加工装置，包括：由上至下依次设置于连接板上的控压涨紧定位装置和角度定位装置；
8.所述控压涨紧定位装置插入空心轴尾部内，所述控压涨紧定位装置与液压动力源相连，所述控压涨紧定位装置内部油道的末端与压力表相连，所述压力表反馈压力值并通过液压动力源控制压力值；
9.所述角度定位装置与空心轴尾部外侧的三耳端相连，所述角度定位装置用以对十字齿进行角度定位；
10.所述连接板外侧与数控分度回转台相连，所述数控分度回转台外侧与机箱相连，所述机箱与导轨设置于工作台上，所述导轨上设置有液压可调节辅助支架和止推轴瓦中心架，所述液压可调节辅助支架和止推轴瓦中心架的上端与空心轴外部轴体相接触，所述空心轴的轴线为水平轴线，所述空心轴的顶部与铣刀相接触，所述铣刀与机床主轴相连。
11.进一步地，所述铣刀为盘形多齿成型铣刀，所述机床主轴为立式龙门机床主轴。
12.进一步地，还包括设置于控压涨紧定位装置上方的夹紧装置，所述夹紧装置包括固定于连接板上的压紧支撑块，所述压紧支撑块通过压紧螺栓和压紧螺母与压板相连，所述压紧支撑块与压板间设置有空隙用以夹紧空心轴尾部外侧的三耳端，所述压紧支撑块与压板间设置有顶紧螺栓。
13.进一步地，所述控压涨紧定位装置包括固定于连接板上的定位装置体，所述定位装置体外侧依次与密封缸体和导向定位盖相连，所述密封缸体的外侧壁上设置有弹性薄壁开槽套，所述定位装置体内部开设有油道，所述油道末端与压力表相连，所述油道通过液压接头与液压动力源相连，所述定位装置和密封缸体的外侧各设置有一个o型密封圈。
14.进一步地，所述油道、密封缸体和o型密封圈构成一个封闭液压油腔，所述密封缸体局部内圆柱面与定位装置体的外圆柱面过渡配合在两个o型密封圈的环形范围内形成环形密封腔，所述定位装置体外圆柱面的中心与密封缸体内外圆柱面的中心高度同心。
15.进一步地，所述角度定位装置包括固定于连接板上的角度定位体，所述角度定位体上设置有燕尾槽，所述燕尾槽内设置有角度定位块，所述角度定位体通过定位紧固螺钉与角度定位块相连，所述角度定位块与角度定位调整螺钉相连，所述角度定位块外侧为圆柱面，所述角度定位调整螺钉为球头螺钉，所述角度定位块和角度定位调整螺钉设置于三耳端中的孔内，所述角度定位块的圆柱面和角度定位调整螺钉的球头面与三耳端中的孔内侧面相适配。
16.进一步地，所述止推轴瓦中心架包括中心架下架体，所述中心架下架体的下端通过支架紧固螺栓压板固定于工作台上，所述中心架下架体的上端设置有弧形的下止推轴瓦，所述中心架下架体的上方设置有中心架上架体，所述中心架上架体的下端设置有弧形的上止推轴瓦，所述下止推轴瓦与上止推轴瓦的弧度与空心轴弧度相适配，所述上止推轴瓦的一端与连接销轴相连，所述连接销轴与下方的铰接螺栓相连，所述铰接螺栓的另一端与中心架下架体相连，所述上止推轴瓦的另一端与中心架连接螺栓相连，所述中心架连接螺栓突出中心架上架体的部分与夹紧螺母相连，所述中心架连接螺栓下端固定于中心架下架体内。
17.本发明还提供了一种机车驱动空心轴十字齿加工方法，基于上述的装置实现，包括如下步骤：
18.将控压涨紧定位装置安装至连接板上，通过找正定位夹具体外表面圆柱面，确保定位夹具体的中心线与数控分度回转台的中心线一致，将定位夹具体与数控分度回转台通
过定位圆柱连接固定并夹紧；
19.将止推轴瓦中心架安装至导轨上，使止推轴瓦中心架的中心线与数控分度回转台的中心线一致，打开中心架上架体；
20.以空心轴尾端的大内径作为基准a，以空心轴首端的小内径作为基准b；
21.将机车空心轴吊装至止推轴瓦中心架和液压可调节辅助支架上，使液压可调节辅助支架位于基准a下方，止推轴瓦中心架位于基准b下方；
22.在机床主轴上安装千分表压表，通过找正基准a和基准b的高度确保空心轴中心线与数控分度回转台中心线一致；
23.推动空心轴进入导向定位盖，使基准a内孔安装到位，调低液压可调节辅助支架；
24.空心轴尾部三耳端其中一耳内的一孔套在角度定位块和角度定位调整螺钉外，调节角度定位调整螺钉进行预定位；
25.开动液压动力源控制液压油压力和流向使控压涨紧定位装置完成对基准a内孔的定位并夹紧；
26.调节角度定位调整螺钉对空心轴进行角度定位；
27.采用夹紧装置夹紧空心轴尾部三耳端其中另一耳；
28.闭合中心架上架体，使止推轴瓦中心架夹紧空心轴；
29.采用铣刀在空心轴十字齿端先后进行粗铣和精铣，铣出水平方向四个齿；
30.松开中心架上架体，将数控分度回转盘旋转90
°
，闭合中心架上架体，采用铣刀在空心轴十字齿端先后进行粗铣和精铣，铣出另外四个齿与水平方向四个齿形成十字齿；
31.打开中心架上架体，移动液压可调节辅助支架使液压可调节辅助支架支撑基准b下方，调整液压动力源进行液压油压力和流向泄压，松开控压涨紧定位装置，松开夹紧装置和角度定位装置，卸下空心轴。
32.较现有技术相比，本发明具有以下优点：
33.本发明实现了控压涨紧定位装置，环形密封腔内油压升高，使薄壁密封缸体内壁承受均匀外压，设计导向定位盖上有角度为10
°
长15mm的过渡导向角，可以方便导入空心轴基准a内孔，可根据空心轴内孔一次定位，定心准确可靠，改变了原对空心轴的外圆进行找正调整，需要花费大量工时，无法消除定位基准误差问题。采用特定结构弹性薄壁开槽套，增大实际夹紧力装置，末端压力值量化可见，结合外部液压动力源精确控制液压油压力和流向，快速高效、降低操作难度。
34.本发明设计角度定位装置安装空心轴φ100孔内，角度定位体加工有燕尾槽，角度定位块安放在燕尾槽中精确定位，角度定位块一端加工有圆柱面和空心轴的φ100孔配合，结合球头角度定位调整螺钉克服空心轴加工和旋转时的角度误差，并紧固防止角度方向的转动。结构小巧定位准确。
35.本发明设计带止推轴瓦的中心架，结合v型导轨和平导轨精确定位空心轴的基准轴心，可实现多角度旋转和夹紧多功能，结构调整灵活。
36.本发明创新制定立式机床主轴采用盘形多齿成型铣刀加工机车驱动空心轴十字齿的工艺流程，制定合理实用的加工方法”，彻底改变了原有陈旧的加工工艺，力求以最简捷、最方便的流程操作方法，彻底解决加工效率低、精度和质量差的问题，进一步提高了一种机车驱动空心轴十字齿加领域工的技术水平。
附图说明
37.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
38.图1为本发明主视剖面图。
39.图2为本发明控压涨紧定位装置局部放大图。
40.图3为本发明左视剖面图。
41.图4为本发明右视剖面图。
42.图5为本发明空心轴基准图。
43.图6为本发明工艺流程图。
44.图中：1、连接板；2、夹紧装置；21、压紧支撑块；22、压紧螺栓；23、压紧螺母；24、压板；25、顶紧螺栓；3、控压涨紧定位装置；31、液压动力源；32、定位装置体；33、密封缸体；34、导向定位盖；35、弹性薄壁开槽套；36、液压接头；37、o型密封圈；38、压力表；4、角度定位装置；41、角度定位体；42、定位紧固螺钉；43、角度定位块；44、角度定位调整螺钉；5、止推轴瓦中心架；51、中心架下架体；52、支架紧固螺栓压板；53、下止推轴瓦；54、中心架上架体；55、上止推轴瓦；56、连接销轴；57、铰接螺栓；58、中心架连接螺栓；59、夹紧螺母；6、数控分度回转台；7、空心轴；71、三耳端；8、机箱；9、工作台；10、液压可调节辅助支架；11、铣刀；12、机床主轴；13、导轨。
具体实施方式
45.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
46.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
47.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
48.除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号
和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
49.在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
50.为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
51.本发明采用的盘形多齿成型铣刀与传统的单齿硬质合金指型刀具相比，具有多齿断续参加齿形加工，间断切削有利于降低切削温度，但盘形多齿成型铣刀间断切削容易产生振动，要求加工机床刚性较好，齿形铣削过程中切削力较大，需要加工机床主轴的输出扭矩较大，空心轴轴身较长达到1.3米，最大回转半径φ740，卧式机床的使用盘形多齿成型铣刀加工时，受到工作台尺寸的限制，还需要避免主轴干涉盘刀刀具直径大于φ250，卧式机床的主轴需要水平伸出不小于900mm，切削过程中振动大，加工质量难于保证，不具有可行性。
52.选用立式龙门机床主轴安装盘形多齿成型铣刀加工空心轴十字齿，加工空心轴水平四个齿后需要旋转空心轴90度，加工另外四个齿，如何确保空心轴十字齿的齿形精度及与基准a和基准b的形状位置，如实施例1和实施例2所示。
53.实施例1
54.如图1-5所示，本发明提供了一种机车驱动空心轴十字齿加工装置，由上至下依次设置于连接板1上的夹紧装置2、控压涨紧定位装置3和角度定位装置4，所述连接板1外侧与数控分度回转台6相连，所述控压涨紧定位装置3插入空心轴7尾部内，所述控压涨紧定位装置3与液压动力源31相连，所述角度定位装置4与空心轴7尾部外侧的三耳端71相连，所述数控分度回转台6外侧与机箱8相连，所述机箱8与导轨13设置于工作台9上，所述导轨13上设置有液压可调节辅助支架10和止推轴瓦中心架5，所述液压可调节辅助支架10和止推轴瓦中心架5的上端与空心轴7外部轴体相接触，所述空心轴7的轴线为水平轴线，所述空心轴7的顶部与铣刀11相接触，所述铣刀11与机床主轴12相连。
55.所述铣刀11为盘形多齿成型铣刀，所述机床主轴12为立式龙门机床主轴。
56.所述夹紧装置2包括固定于连接板1上的压紧支撑块21，所述压紧支撑块21通过压紧螺栓22和压紧螺母23与压板24相连，所述压紧支撑块21与压板24间设置有空隙用以夹紧空心轴7尾部外侧的三耳端71，所述压紧支撑块21与压板24间设置有顶紧螺栓25。夹紧装置2是具有高精度圆柱度的开有16处两端均布的不贯通的弹性薄壁开槽套35增大夹紧接触面
积使实际夹紧力放大，并使夹紧力均匀。弹性薄壁开槽套35被嵌入定位装置体32的环槽中，当定位装置体32向外均匀涨开通过夹紧弹性薄壁开槽套35增大实际夹紧力夹紧空心轴7内孔.
57.所述控压涨紧定位装置3包括固定于连接板1上的定位装置体32，所述定位装置体32外侧依次与密封缸体33和导向定位盖34相连，导向定位盖34上有角度为10
°
长15mm的过渡导向角，可以方便导入空心轴7基准a内孔，导向定位盖34的长度为8mm高精度外圆柱面和空心轴基准a内孔间隙配合，可以对空心轴基准a内孔涨紧前进行初定位。所述密封缸体33的外侧壁上设置有弹性薄壁开槽套35，所述定位装置体32内部开设有油道，所述油道通过液压接头36与液压动力源31相连，所述定位装置32和密封缸体33的外侧各设置有一个o型密封圈37。控压涨紧定位装置3由外置液压动力源31精确控制液压油压力和流向，液压油腔充满液压油时，环形密封腔内油压升高，使薄壁密封缸体33内壁承受均匀外压，向外均匀涨开夹紧，反向精确控制液压油压力和流向，密封油腔33内油压回落，弹性回复力的作用下回复到原始直径而实现松开。控压涨紧定位装置3可以实现对内圆柱面的高精度定位，均匀的夹紧和松开，定位装置体32安装压力表38监控密封腔内末端油压的变化值，及时调整液压动力源31。
58.所述油道、密封缸体33和o型密封圈37构成一个封闭液压油腔，所述密封缸体33局部内圆柱面与定位装置体32的外圆柱面过渡配合在两个o型密封圈37的环形范围内形成环形厚度约为0.05mm的环形密封腔，所述定位装置体32外圆柱面的中心与密封缸体33内外圆柱面的中心高度同心。
59.所述角度定位装置4包括固定于连接板1上的角度定位体41，所述角度定位体41通过定位紧固螺钉42与角度定位块43相连，所述角度定位块43与角度定位调整螺钉44相连，所述角度定位块43和角度定位调整螺钉44设置于三耳端71中的孔内。角度定位装置4安装空心轴三耳端71一耳中的φ100孔内，如图3角度定位体4加工有燕尾槽，角度定位块43安放在燕尾槽中精确定位，角度定位块43一端加工有圆柱面和空心轴三耳端71一耳中的φ100孔配合，结合球头角度定位调整螺钉44克服空心轴7加工和旋转时的角度误差，并紧固防止角度方向的转动。
60.所述止推轴瓦中心架5包括中心架下架体51，所述中心架下架体51的下端通过支架紧固螺栓压板52固定于工作台9上，所述中心架下架体51的上端设置有弧形的下止推轴瓦53，所述中心架下架体51的上方设置有中心架上架体54，所述中心架上架体54的下端设置有弧形的上止推轴瓦55，所述下止推轴瓦53与上止推轴瓦55的弧度与空心轴7弧度相适配，所述上止推轴瓦55的一端与连接销轴56相连，所述连接销轴56与下方的铰接螺栓57相连，所述铰接螺栓57的另一端与中心架下架体51相连，所述上止推轴瓦55的另一端与中心架连接螺栓58相连，所述中心架连接螺栓58突出中心架上架体54的部分与夹紧螺母59相连，所述中心架连接螺栓58下端固定于中心架下架体51内。止推轴瓦中心架5放置在v型导轨和平导轨上确保中心架中心空心轴7轴向同心，止推轴瓦采用铜锡合金表面光滑粗糙度达到0.8，止推轴瓦中心架5为空心轴基准b面φ323( 0.02，0)精确定位，止推轴瓦在中心架体上精确定位不会松动串动，止推轴瓦中心架5松开连接螺栓并可旋转确保空心轴7同心，夹紧后止推轴瓦的表面和空心轴7基准b面紧密贴合，可以抵抗齿形铣削过程中切削力。
61.实施例2
62.如图6所示，在实施例1的基础上，本发明还提供了一种机车驱动空心轴十字齿加工方法，包括如下步骤：
63.控压涨紧定位装置3的安装
64.当控压涨紧定位装置3第一次安装到数控分度回转台6上时，机床主轴12上安装千分表压表，通过找正定位夹具体外表面圆柱面，确保定位夹具体的中心线和数控分度回转台6中心线一致，确保同心，将定位夹具体与数控分度回转台6通过定位圆柱连接固定并夹紧。首次安止推轴瓦中心架5确保中心架的中心线和数控分度回转台6中心线一致并夹紧。
65.将机车空心轴7如图1所示用吊车装到止推轴瓦中心架5下止推轴瓦53上和基准b放在液压可调节辅助支架10上，机床主轴12上安装千分表压表，通过找正空心轴基准b和基准a的高度确保数控分度回转台6中心线一致。
66.推动空心轴7进入控压涨紧定位装置导向定位盖34，推入并确保空心轴7基准aφ264( 0.13，0)内孔安装到位，调低液压可调节辅助支架10。
67.在空心轴φ100孔内调节角度定位调整螺钉55预定位；
68.开动外置液压动力源31精确控制液压油压力和流向实现对基准aφ264( 0.13，0)内孔的高精度定位并均匀的夹紧，观察压力表可以监控密封腔内油压的变化值，达到标准压力值e及时调整液压动力源保压，e为控压涨紧装置涨紧压力值。
69.在空心轴φ100孔内调节角度定位调整螺钉4定位紧固。
70.旋转数控分度回转盘6，机床主轴12上安装千分表压表检查一下基准b和基准a的圆跳动不大于0.04mm；
71.采用两处夹紧装置2螺栓压板夹紧空心轴7；
72.合上止推轴瓦中心架5，夹紧止推轴瓦中心架5。
73.立式机床主轴12采用直径φ315盘形24齿成型铣刀11(机夹硬质合金刀片可更换，刀体多次使用)铣水平方向四个齿，分为粗铣和精铣两步骤。粗铣线速度150m/min，精铣线速度200m/min.
74.松开止推轴瓦中心架5，旋转数控分度回转盘6角度为90
°
，机床主轴12采用盘形多齿成型铣刀铣另外四个齿，分为粗铣和精铣两步骤，加工一个空心轴十字齿需要3小时。
75.松开中心架上架体54，翻开中心架上架体54。
76.调节液压可调节辅助支架10轻支撑空心轴7基准b，调整外置液压动力源31精确控制液压油压力和流向泄压，松开控压涨紧定位装置3，观察压力表的变化值，确认压力降低到压力值f后，f为控压涨紧装置泄压压力值，松开夹紧装置2和角度定位装置4，配合吊车卸下空心轴7。
77.改进后加工工序流程图，最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。