密 级： 学 号：07430390313
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硕 士 学 位 论 文
Shandong University Master’s Thesis
论文题目：车辆轮轴加工、组装工艺与过程的分析 Analysis for Processing and Assembly of Vehicle’s Axle
作 者 刘 胜 勇
专 业 机 械 工 程
导 师 王 勇 教授
合作导师
2009年3月10日
A Thesis Submitted to Shandong University for
the Master Degree
Analysis for Processing and Assembly of Vehicle’s Axle
By Liu Sheng-yong
Specialty: Mechanical Engineering Supervisor: Prof.Wang Yong
School of Mechanical Engineering, Shandong University
March 10, 2009
原 创 性 声 明
本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，以国内某铁路货车新造厂车辆轮轴加工组装为研究对象，以自己多年从事车辆轮轴加工组装管理总结积累的经验为基础，进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律责任由本人承担。
论文作者签名： 刘胜勇 日 期： 2009.03.10
关于学位论文使用授权的声明
本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校
保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。
(保密论文在解密后应遵守此规定)
论文作者签名： 刘胜勇 导师签名： 王勇 日 期： 2009.05.26
目 录
目 录
CONTENTS...............................................................................................................IV 摘 要........................................................................................................................VII ABSTRACT.............................................................................................................VIII 第1章 绪 论............................................................................................................1
1.1 车辆轮轴技术的发展与展望.........................................................................1
1.1.1 国外车辆轮轴技术发展与展望..........................................................1 1.1.2 国内车辆轮轴技术发展与展望..........................................................1 1.2 车辆轮轴工艺生产线的建设情况.................................................................2
1.2.1 济南厂车辆轮轴工艺生产线的建设状况...........................................4 1.2.2 路内其他工厂车辆轮轴工艺生产线的建设情况...............................5 1.2.3 路外工厂车辆轮轴工艺生产线的建设情况.......................................5 1.3 课题的提出及主要研究内容.........................................................................7
1.3.1 课题的提出.........................................................................................7 1.3.2 课题的主要研究内容.........................................................................8
第2章 车辆轮轴加工、组装的工艺分析、流程制定.............................................9
2.1 车轴加工的工艺分析、流程制定.................................................................9
2.1.1 产品图纸分析、工序划分................................................................10 2.1.2 工卡量具的选用...............................................................................14 2.1.3 工装的选用.......................................................................................16 2.1.4 人员培训...........................................................................................19 2.1.5 相应管理制度的制定.......................................................................19 2.1.6 产品的首件鉴定及工艺评审............................................................19 2.1.7 基于AutoCAD平台的方便数控编程软件的开发...........................20 2.2 轮对组装的工艺分析、流程制定...............................................................39
2.2.1 产品图纸分析、工序划分................................................................40 2.2.2 工卡量具的选用...............................................................................42 2.2.3 工装的选用.......................................................................................44 2.2.4 人员培训...........................................................................................50 2.2.5 相应管理制度的制定.......................................................................50
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山东大学硕士学位论文
2.2.6 产品的首件鉴定及工艺评审............................................................51 2.3本章小结......................................................................................................51 第3章 车辆轮轴加工、组装的工艺生产线设备的选用.......................................53
3.1 用于车轴加工的设备选用..........................................................................53
3.1.1 车轴半精车加工设备.......................................................................53 3.1.2车轴轴端三孔加工设备.....................................................................56 3.1.3车轴精车加工设备............................................................................57 3.1.4车轴成型磨削加工设备.....................................................................60 3.1.5车轴轮座磨削加工设备.....................................................................67 3.1.6车轴荧光磁粉探伤设备.....................................................................71 3.1.7车轴尺寸自动检测设备.....................................................................72 3.2 用于轮对组装的设备选用..........................................................................77
3.2.1 车轮半精车加工设备.......................................................................77 3.2.2 车轮镗削加工设备...........................................................................78 3.2.3 车轴、车轮自动输送设备................................................................79 3.2.4轮对预组装设备................................................................................79 3.2.5 轮对压装设备...................................................................................80 3.2.6 轮对标记刻打设备...........................................................................87 3.2.7 轮对镶入部探伤设备.......................................................................88 3.2.8轮对自动检测设备............................................................................88 3.3 本章小结.....................................................................................................91 第4章 生产过程中常见质量问题原因分析..........................................................93
4.1 车轴加工过程中常见质量问题原因分析...................................................93
4.1.1 车轴半精车加工常见质量问题原因分析.........................................93 4.1.2 车轴轴端三孔加工常见质量问题原因分析.....................................97 4.1.3 车轴精车加工常见质量问题原因分析...........................................101 4.1.4 车轴成型磨削加工常见质量问题原因分析...................................104 4.1.5 车轴轮座磨削加工常见质量问题原因分析...................................112 4.2 轮对组装过程中常见质量问题原因分析.................................................113
4.2.1 轮对预组装常见质量问题原因分析..............................................113
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目 录
4.2.2 轮对压装常见质量问题原因分析..................................................114 4.2.3 轮对自动检测常见质量问题原因分析...........................................120 4.3本章小结....................................................................................................120 结 论......................................................................................................................121 参考文献..................................................................................................................122 攻读硕士学位期间发表论文...................................................................................128 致 谢.......................................................................................................................129
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山东大学硕士学位论文
CONTENTS
ABSTRACT.............................................................................................................VIII 1 Introduction...............................................................................................................1
1.1 Development and prospect of vehicle’s axle technology..................................1
1.1.1 Development and prospect of vehicle’s axle technology abroad............1 1.1.2 Development and prospect of vehicle’s axle technology at home..........1 1.2 Building status for vehicle’s axle product line.................................................2
1.2.1 Building status for axle product line of Jinan factory............................4 1.2.2 Building status for axle product line of other factories in railway..........5 1.2.3 Building status for axle product line of other factories out of railway....5 1.3 Presenting and research contents.....................................................................7
1.3.1 Presenting.............................................................................................7 1.3.2 Research content...................................................................................8
2 Technics analysis and designing flow of axle’s processing and assembly...................9
2.1 Technical analysis and designing flow of axes’processing...............................9
2.1.1 Analyzing drawing and parting working procedure.............................10 2.1.2 Choosing measure tools......................................................................14 2.1.3 Selecting clamps.................................................................................16 2.1.4 Training personnel..............................................................................19 2.1.5 Establishing corresponding management system.................................19 2.1.6 Appraising the first product and auditing technics...............................19 2.1.7 Designing for NC programming software based on AutoCAD............20 2.2 Technical analysis and designing flow of axle assembly................................39
2.2.1 Analyzing drawing and parting working procedure.............................40 2.2.2 Choosing measure tools......................................................................42 2.2.3 Selecting clamps.................................................................................44 2.2.4 Training personnel..............................................................................50 2.2.5 Establishing corresponding management system.................................50 2.2.6 Appraising the first product and auditing technics...............................51 2.3 Summary.......................................................................................................51
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CONTENTS
3 Selecting and using equipments for vehicle’s axle product line................................53
3.1 Selecting and using equipments for axis’ processing......................................53
3.1.1 Fine lathing facility for axis’ processing.............................................53 3.1.2 Drill press for axis’processing.............................................................56 3.1.3 Extra-fine lathing facility for axis.......................................................57 3.1.4 Cylindrical grind molding machine for axis’ processing......................60 3.1.5 Cylindrical grind machine for axis’ processing...................................67 3.1.6 Exploring cranny facility for axis........................................................71 3.1.7 Automatic measure facility for axis.....................................................72 3.2 Selecting and using equipments for axle’s assembly......................................77
3.2.1 Half lathe for wheel’s processing........................................................77 3.2.2 Boring lathe for wheel’s processing....................................................78 3.2.3 Transitting facility for axis and wheel.................................................79 3.2.4 Fine facility for axis’ processing.........................................................79 3.2.5 Assembly facility for axle...................................................................80 3.2.6 Sculpting facility for axle....................................................................87 3.2.7 Exploring cranny facility for axle........................................................88 3.2.8 Automatic measure facility for axle....................................................88 3.3 Summary.......................................................................................................91 4 Analysis of usual problem on quality during the production.....................................93
4.1 Analysis of usual problem on quality during qxis’ production.......................93
4.1.1 Analysis during axis’ fine lathe...........................................................93 4.1.2 Analysis during axis’ drill...................................................................97 4.1.3 Analysis during axis’ extra-fine lathe................................................101 4.1.4 Analysis during axis’ cylindrical grind molding................................101 4.1.5 Analysis during axis’ cylindrical grind..............................................101 4.2 Analysis of usual problem on quality during axle’s assembly......................113
4.2.1 Analysis during axle’s advance assembly..........................................113 4.2.2 Analysis during axle’s assembly.......................................................113 4.2.3 Analysis during axle’s automatic measure.........................................120
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山东大学硕士学位论文
4.3 Summary.....................................................................................................120 Conclusions..............................................................................................................121 References................................................................................................................122 Published Papers.......................................................................................................127 Thanks......................................................................................................................129
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摘 要
摘 要
车辆轮轴是以转向架为载荷承受体的铁路货车运输的重要零部件，其质量状况直接关系到铁路运营的安全，也是影响铁路货车成本的重要组成部分。车辆轮轴技术的发展和运用，体现了一个国家的货物重载、高速运输的水平，是铁路跨越式大发展的“瓶颈”之一。本文主要以国内某铁路货车新造厂车辆轮轴的加工、组装技术为研究基础，对正确应用轮轴基础生产线以期提高车辆轮轴加工、组装质量进行了详细分析。
文中综述了国内外车辆轮轴技术的发展状况，详细介绍了国内轮轴工艺生产线的建设和应用情况，指出了工艺生产线投用后在产品加工和日常维护方面，所面临的严峻形势和迫切需求，点出了文章研究的中心议题。
首先，对车辆轮轴加工、组装图纸进行了分析，根据部文规定和生产现状，合理设置了生产工序，从人员、设备、材料、制度、环境、测量六方面着手，围绕“提高产品质量”这一目标，制定了相应制度，培训了人员，选择了工卡量具和工装。
其次，对车辆轮轴加工、组装工艺生产线所选用的相应设备性能和技术参数进行了介绍，重点讲述了如何正确使用和调整设备，以期能够更加节约制造成本和提高产品质量。
最后，作者依据在现场多年积累的车辆轮轴管理、设备使用调整等经验，对车辆轮轴加工、组装过程中普遍存在和一些特例进行了原因分析，提出了整改措施，并经实践证明可行性非常强；为进一步应用好车辆轮轴工艺生产线，制造出更高质量的车辆轮轴奠定了坚实的基础。
关键词：铁路；车辆轮轴；工艺；设备；质量；数控；程序
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山东大学硕士学位论文
ABSTRACT
Vehicle’s axle are very important components for lorry based on bogies load，axle qualities have straight impact on lorry safety，and main parts in relation to cost of producing lorry．Advancing and using of technology on vehicle’s axle indicate national level of goods over loading and high-speed carrying，and one of a mass of “bottle-neck” on railway advancing quickly．Basing on studying vehicle’s axle make and assembly of lorries’ producing at home，this article has a detailed analysis of right using axle product line，and aims to heightening vehicle’s axle make and assembly qualities．
There is introduction of developing status about vehicle’s axle technology at home and abroad，establishing and applying status about vehicle’s axle product line at home，pointing out that product line used faces the grim situation and the urgent demand about processing and day-to-day maintenance，indicating the central topic of the research．
First，the article analyzes the vehicle axle processing and assembly drawings， according to the regulations of Ministry of Railways and production status of the factory，a reasonable production process is set up．On the basis of the
goals—\"improving gradually the quality of products\"，the article considers six factors —people、machines、materials、rules and regulations、environment、measuring，sets down the corresponding rules and regulations，trains staff，choses the measuring tools and equipments．
Second，the article introduces the performance and technical parameters of the corresponding device selected on the axle assembly production lines，and tells of how to properly use and adjust equipments，with a view to decrease cost and improve product quality．
Finally, depending on experiences accumulated over the years about axle management and use of equipment，the author analyzes the reasons in relation to qualities that often occur during the axle assembly，and establishs targeted rectification measures．There is the stable foundation on better using the axle production lines and making higher-quality axle．
Key words：railroad；vehicle’s axle；technics；equipment；quality；numerical control；
program
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第1章 绪 论
第1章 绪 论
1.1 车辆轮轴技术的发展与展望
1.1.1 国外车辆轮轴技术发展与展望
轮轴是铁路机车车辆走行部位的重要部件，轮轴的加工、组装质量直接关系到行车的安全性[1] ，也是影响铁路货车成本的重要组成部分。在铁路诞生以来的160多年中，随着铁路运输的发展，轮轴技术的进步一直是世界各国铁路所关注的热点[2]。
自50年代以来，世界铁路迎来高速、重载运输发展的新时期，许多发达国家依照本国情况，竞相开行重载货物列车，有力地促进了高速、重载轮轴技术的开发和应用[3]。如在火车因振动产生的噪音、车轮与轮轨的摩擦、车轮的材质和外型、车轴的材质和外型、车轴的运用周期以及轮轴的最优化设计等方面进行的理论研究和试验，且有许多已经投入到轮轴的实际生产中[4～10]。
澳大利亚的重载铁路运输在世界上是比较先进的，其重载铁路线上运行着世界上最重、最长的货运列车[11]。该国货车的轴重达到了30 t及以上。为了满足车辆高速、重载及进一步提高使用可靠性的要求，包括澳大利亚在内的世界各国都在不断地改进轮轴结构，如缩短车轴载荷中心到轴颈根部的距离等。
美国、加拿大铁路以重载运输为主。美国轴重29.8 t（F轴）、载重90 t～100 t级。轴重32.43 t（超F轴）、载重110 t级的货车是目前的主型新造车，轴重25 t货车多数已经淘汰[12]。
欧洲铁路现有货车轴重18 t～22.5 t，最高运行速度可达140 km/h～160 km/h。近年来，欧洲开始研究试验开行25 t轴重重载货车和200 km/h轻快货车
[12]
。
目前的高速重载轮轴技术在结构设计上还有许多待开发和研究的问题，如在高速车轮上采用复合材料等新材质、重载轮轴的轻量化及在高速运输中推广使用空心轴、轮轴抗疲劳研究等等[3,13]。 1.1.2 国内车辆轮轴技术发展与展望
与国外高速、重载铁路运输的大发展相比，中国在高速、重载铁路运输方面技术相对薄弱，起步较晚，且运用前景广阔[14]。近几年来，为提高我国铁路货物运输能力，缓解制约国民经济发展的瓶颈问题，有效降低能源消耗
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[15,16]
，在铁路跨
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越式发展战略的指导下，铁路货车系统全面落实科学发展观，坚持技术引进与自主创新相结合，走引进、消化吸收再创新与自主创新之路，在提速、重载方面通过集成创新、通力合作，及时推出了一系列货车新品种及配套技术，成功实现了铁路货车由60 t级向70 t级的全面升级换代[12]。2005年3月，铁道部组织国内各厂家联合研制了C70型载重70 t通用敞车[17]，配置25 t轴重的转K5或转 K6型转向架。特别是转 K6型转向架，装用在C76型敞车、C80型敞车、X2K型平车上，经过数十万公里的运用考验，以其技术成熟、安全可靠的相对优势，已向国内生产铁路货车的18家企业中的17家实施了技术转让，成为70 t级新型货车的主型转向架[18]。
转 K6型转向架采用RE2B型车轴，与以往的车轴形式相比，车轴载荷中心距仍为1981mm，车轴载荷中心到轴颈根部的距离为110mm，进一步降低了轴颈根部应力和弯曲变形。RE2B型车轴没有卸荷槽的轴颈、防尘板座结构以及短轴颈等特点，使其成为我国现行乃至今后铁路货车运输的主型车轴。比如在2006年起全路货车招标以全部购置25 t轴重的货车为主。目前，齐车公司、同车公司及济南厂等各铁路货车新造厂纷纷将自主研发的整车向新西兰、印度尼西亚、马达加斯加等国出口，各厂的国际业务有了空前的发展。
在未来的几年内，我国将从增大轴重、载重及降低车辆自重系数等方面入手，进一步提高铁路货车的运能
[19]
。
1.2 车辆轮轴工艺生产线的建设情况
由文献[20～24]可知，为了加强铁路货车轮轴组装工作，适应铁路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，不断提高轮轴组装质量，根据《铁路货车轮对和滚动轴承组装及检修规则》（铁辆[1998]2号）——现修订为《铁路货车轮轴组装检修及管理规则》（铁运[2007]98号）及有关要求，结合全路货车轮轴工作的实际和发展方向，铁道部专门研究制定了《铁路货车轮轴基础工艺线建设指导意见》（运装货车[2005]311号），并提出了具体要求：
（1）部要求各铁路局、工厂要以货车轮轴基础工艺线建设为契机，逐步实现货车轮轴“检修及加工数控化、检测及组装自动化、过程管理信息化”的目标。
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第1章 绪 论
（2）对关键工序要实现数控加工、自动监测，加快配备车轴成型磨床，在2006年底以前配备轮对全自动压装机或轮对自动组装单元、荧光磁粉车轴探伤机。 （3）要重视轮轴信息化建设，工艺线的调整和改造要结合货车轮轴管理系统实施，过程管理信息达到自动采集、数据准确，实现轮轴过程管理的信息化。 （4）承担新制轮对的单位须在2006年底之前全部完成车轴、车轮加工及组装工艺线。
（5）对按期达到或提前完成项目改造并通过铁道部认证的工厂、铁路局，在2007年货车第一次招标中作为评标因素给予适当加分，对不按期完成改造项目、不按要求进行工艺布局调整和改造的单位，将根据具体情况在以后的招标中进行考核或取消其生产资质。
《铁路货车轮轴基础工艺线建设指导意见》（运装货车[2005]311号）规定了车轴、车轮加工及组装工艺线的相应工序设置。
车轴加工（无卸荷槽）工序的设置见图1-1，车轮加工工序的设置见图1-2，轮对组装工序的设置见图1-3。
车轴超声波穿透探伤 车轴轴端三孔加工 车轴粗加工 车轴半精加 工 车轴尺寸自动检测 车轴荧光磁粉探伤 车轴轮座磨削加工 车轴成型磨削加工
图1-1 车轴加工（无卸荷槽）工序设置
车轮尺寸自动检测 车轮轮毂孔 加 工
图1-2 车轮加工工序设置
车轴、车轮选配 轮对自动压 装 轮对尺寸自动检测 轮对落成检 查 轮对防护
图1-3 轮对组装工序设置
为了进一步抓好货车轮轴基础工艺线建设的落实，促进铁路货车轮轴造修工作又好又快地发展，不断提高货车轮轴造修质量，确保铁路第六次大提速的持续安全和稳定，运输局装备部组织了十个货车轮轴质量检查组，于2007年11月16
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山东大学硕士学位论文
日至11月30日对18个铁路局及21个造修工厂的货车轮轴工作进行了检查。检查结果显示，轮轴基础工艺线成效显著，但建设水平参差不齐。近两年来，各铁路局、工厂根据运输局《铁路货车轮轴基础工艺线建设指导意见》（运装货车[2005]311号），均作了大量的工作，轮轴基础工艺线建设相对比较完善的单位有：齐车公司、沈车公司、大连机车车辆有限公司、内蒙一机、晋西机器厂、重庆重型铸锻厂、济南机车车辆厂、眉山车辆厂、南方汇通、佳木斯轮轴车间、天津车轮车间、乌鲁木齐西轮轴车间、向塘车轮车间等单位。工艺线建设不完善或比较差的有：铜陵车辆厂、柳州机车车辆厂、武昌车辆厂、太原轮轴车间、济南西轮轴车间、苏家屯车轮车间、西宁车辆段、杭州北车辆段轮轴车间等单位。 1.2.1 济南厂车辆轮轴工艺生产线的建设状况
济南厂按照《铁路货车轮轴基础工艺线建设指导意见》（运装货车[2005]311号）的要求，耗资4000多万元，购买了3台优冈数控车床，2台车轴成型数控磨床（1台美国西蒙斯公司生产的SIMMONS480-2轴成型磨床、1台德国肖特公司生产的PF61成型磨床），1台上海机床有限公司生产的MK1350×3000数控外圆磨床、1台CJW-3000Z车轴荧光磁粉探伤机、1台油机工业股份有限公司生产的YV1200-A立式数控车床、1台美国西蒙斯公司生产的SN-841立式车轮镗床、1套泰格公司生产的全自动轮对组装单元及车轴自动测量机、轮对自动测量机各1台，并于2006年10月全部完成了轮轴工艺生产线的建设工作。该厂向运输局装备部申请了货车轮轴工艺生产线的技术质量认证。
2006年11月16日，由运输局装备部组织的7人专家组来到济南厂进行货车轮轴工艺生产线的技术质量认证。这是运输局装备部首次在全路货车轮轴新造、检修系统中对轮轴工艺生产线建设进行的技术质量认证。 最后，专家组一致认为，济南厂货车轮轴工艺生产线和轮轴管理子系统建设（HMIS）满足运装货车[2005]311号文件要求，车轴、车轮加工及组装和轴承与轮对压装符合产品图样和有关技术质量文件要求，产品质量稳定、可控，同意通过部级技术质量认证。并形成如下意见：
（1）济南厂按照运装货车[2005]311号文件的要求，完成了新造货车轮轴基础工艺线建设。在关键工序采用进口数控成型磨床、车轴自动测量机、车轮立式
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第1章 绪 论
数控车床、全自动轮对压装机等先进设备，实现了“加工数控化、检测及组装自动化”的目标和要求，达到国内领先水平。
（2）轮轴加工及组装工艺流程合理，工序设置、主要工艺装备符合运装货车[2005]311号文件要求，各工序工艺文件、检测器具配备齐全，能够满足生产和质量控制的需要。
（3）经现场检测，各部件的加工、组装精度符合产品图样和有关技术质量文件要求。提供的认证资料基本齐全。
1.2.2 路内其他工厂车辆轮轴工艺生产线的建设情况
路内其他工厂，尤其是齐车公司、沈车公司、大连机车车辆有限公司、眉山车辆厂、南方汇通、佳木斯轮轴车间、天津车轮车间、乌鲁木齐西轮轴车间、向塘车轮车间等单位，为了在激烈的市场竞争中多争得一定份额的铁路货车招标数量，均按照《铁路货车轮轴基础工艺线建设指导意见》（运装货车[2005]311号）的要求，斥巨资购买了车轴成型数控磨床、车轴自动测量机、轮对压装机、轮对自动测量机、车轮数控镗床或数控车床等自动化程度非常高的精密数控设备，如齐车公司花费2亿元从国外进口整条轮轴工艺生产线，以期满足“轮轴加工数控化、检测及组装自动化、过程管理信息化”的要求。
路内部分单位的轮轴基础工艺线建设还需要在三方面进一步完善：
（1）尽快配齐自动化检测设备，进一步调整工艺流程，合理设置加工工序。 （2）在已具备新轴加工能力的单位中，目前没有形成轮对自动组装能力的尽快配置到位轮对自动组装单元。
（3）戚墅堰厂、吉林车辆段吉林车轮车间等多家单位尽快对原有车轮加工设备进行数控化改造。
运输局装备部在2007年11月16日至11月30日组织的货车轮轴质量检查共发现存在的问题473件，其中路局系统44个车间共301件，工厂系统21个车间172件，与轮轴基础工艺线建设相关的检查问题汇总见表1-1、1-2。 1.2.3 路外工厂车辆轮轴工艺生产线的建设情况
路外的晋西铁路车辆公司从2004年开始对原轮轴工艺生产线进行了整改和完善，购置了数控立车2台、数控成型磨床1台、轮对全自动压装机1台等设备，
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