吴铁志

（资阳中车电气科技有限公司，四川资阳 641301）

0 引言

我公司生产的ZYZD型踏面机车单元制动器，其制动倍率n可根据用户采购技术条件在1.8～5.4范围任意变动。行车缓解鞲鞴是ZYZD型机车踏面单元制动器的重要零件，制动倍率的变动只需改变行车缓解鞲鞴的铅锤面与制动楔角面的夹角。如图1所示，行车缓解鞲鞴是一典型的异形件。异形件通常指结构形状复杂而不规则的零件[1]，其上下表面不是相同或者相似图形，没有规则的支撑和受力面，采用通用夹具难以可靠安装、夹紧。

图1 行车缓解鞲鞴示意图

行车缓解鞲鞴主要结构为“叉形”，其皮碗安装外圆柱面及端面需进行机械加工，轴向凸出布置2个支臂，支臂上下两端由铅锤面与制动楔角面组成。机车制动时向制动缸输入压缩空气，推动行车缓解鞲鞴使其沿轴向移动，铅锤面为保证行车缓解鞲鞴运动始终与制动缸轴线同轴（或平行），并通过制动楔角面放大输出压力，作用到闸瓦托和闸瓦，与车轮踏面产生摩擦力，对机车进行制动。排气后在缓解弹簧、复位弹簧的作用下，行车缓解鞲鞴反向运动，实现机车制动缓解。行车缓解鞲鞴设计工艺要求较高，铅锤面、制动楔角面工艺方法、加工质量等将直接影响机车踏面单元制动器的性能和可靠性。本文针对行车缓解鞲鞴的加工工艺分析、加工工艺方法合理选用、夹具结构设计和具体实施，解决行车缓解鞲鞴铅锤面、制动楔角面精加工和可靠装夹难题，确保其加工质量，且通过更换夹具的制动倍率调整垫，可实现对不同制动倍率的行车缓解鞲鞴的加工。

1 行车缓解鞲鞴加工工艺分析

制订零件机械加工工艺过程，需根据企业生产条件、毛坯类型、生产纲领、技术要求等方面要求，进行零件结构、加工工艺分析，合理选择定位基准，确定各加工表面的加工方案和加工工序顺序。

1.1 主要结构分析

行车缓解鞲鞴毛坯为铸件，材料为ZG310-570，生产纲领600 件/a（不同制动倍率），生产类型为小批量生产。

该零件结构特征为“叉形”，盘形一端轴向凸出布置2个支臂，支臂间无连接，结构较复杂，无可靠的支撑和受力面，刚度差、易变形，给定位、夹紧、机械加工带来较大困难。

1.2 主要技术要求及机械加工主要内容

图2 行车缓解鞲鞴零件图

1.3 定位基准的选择

1.4 加工工序安排

4）支臂上铅锤面F、制动楔角面E高频表面淬火，深度为1.0～1.5 mm，硬度为40～45 HRC。

5）支臂表面探伤。

6）精加工支臂上铅锤面F、制动楔角面E。

7）其他辅助工序，如钳工处理、表面氧化处理等。

2 加工铅锤面F、制动楔角面E工艺难点分析

针对铅锤面F、制动楔角面E的精加工存在如下问题和工艺难点：

1）加工工艺方法的确定。铅锤面F、制动楔角面E进行高频表面淬火，硬度为40～45 HRC，采用一般切削刀具（铣削）难以加工，刀具损耗大。

2）受行车缓解鞲鞴结构限制，加工中易产生振动，不易保证加工表面粗糙度Ra0.8 μm。

3）技术要求为2个铅锤面F共面、2个制动楔角面E共面，平面度为0.05 mm，难以保证形位公差。

4）行车缓解鞲鞴结构属于“异形件”，解决可靠定位、装夹难题。

5）加工精度控制与检测。

2.1 加工工艺方法确定

零件加工工艺方法选用，应根据加工表面技术要求、加工材料性质、加工类型、企业现有设备和技术条件等确定加工工艺方法。根据以上加工工艺难点分析和加工工艺过程安排，需先对铅锤面F、制动楔角面E进行粗加工，并留精加工余量0.4～0.5 mm，再进行高频表面淬火，深度为1.0～1.5 mm，硬度为40～45 HRC，最后进行精加工。从形位公差要求上分析，2个铅锤面F共面、2个制动楔角面E共面，平面度为0.05 mm。加工表面粗糙度要求均为Ra0.8 μm。

平面磨床功能特点是相对一基准平面进行磨削，以保证加工面与基准平面的平行度、加工表面的平面度、表面粗糙度要求。因此，采用磨削加工工艺方法进行铅锤面F、制动楔角面E的精加工，可避免加工表面硬度较高、使用一般机床切削刀具（铣削）不易加工、刀具磨损消耗大、刀具使用成本高等不利影响；磨削加工工艺方法可获得高的表面质量和平面度，解决加工表面粗糙度、形位公差不易保证的工艺难题；磨削加工工艺方法切削力较小，可控制或降低工件受力振动对加工表面的不利影响。

2.2 加工设备确定

行车缓解鞲鞴外形尺寸为φ172 mm×144 mm，铅锤面F、制动楔角面E磨削加工部位尺寸为133 mm×98 mm。根据我公司现有加工设备，选用M7130平面磨床进行铅锤面F、制动楔角面E的精加工。M7130平面磨床主要技术规格参数为：工作台面尺寸为320 mm×1000 mm，电磁吸盘尺寸为300 mm×680 mm，加工范围（长×宽×高）为1000 mm×320 mm×400 mm，加工面对基面平行度为0.015 mm/1000 mm，表面粗糙度为Ra0.32～6.3 μm，磨削砂轮垂直移动精度为0.01 mm。M7130平面磨床加工范围、设备精度、移动精度、加工表面粗糙度等能满足对行车缓解鞲鞴铅锤面F、制动楔角面E的精加工。

2.3 加工夹具设计原理

行车缓解鞲鞴为“叉形”结构，采用通用夹具或电磁吸盘无法可靠装夹，需设计、制作一套磨削加工用夹具。夹具结构设计需解决如下问题和工艺难点：

图3 磨削夹具原理图

2）夹具结构设计应实现在一套夹具上对铅锤面F、制动楔角面E磨削加工；

3）夹具与加工设备的连接；

4）工件的正确定位，满足工件被加工表面的工序尺寸和位置精度要求；

5）装夹位置合理选择，保证其可靠性；

6）使用、调整的便利性，能实现对不同制动倍率行车缓解鞲鞴铅锤面F、制动楔角面E的加工。

以下介绍一种可加工不同制动倍率用磨削夹具，解决行车缓解鞲鞴铅锤面F、制动楔角面E形位公差、表面粗糙度要求高、不易装夹的难题，通过更换制动倍率调整垫，实现加工不同制动倍率的行车缓解鞲鞴。

3 可加工不同制动倍率用夹具设计

3.1 磨削夹具设计方案

3.2 磨削夹具结构设计

如图4所示，磨削夹具主要由夹具体、制动楔角调整垫、钩形压板组件等组成。夹具体2下平面用于加工行车缓解鞲鞴1铅锤面F；上平面加工2个键槽，与平键3、制动楔角调整垫4键槽配合安装，控制2个制动楔角调整垫4 的自由度，保证制动楔角调整垫斜角α平面共面，用于加工行车缓解鞲鞴1制动楔角面E；利用钩形压板8、内六角圆柱头螺钉7装夹工件，松开内六角圆柱头螺钉7，压缩弹簧6顶开钩形压板8[3]，转动钩形压板8约90°，取出行车缓解鞲鞴1。

图4 磨削夹具结构图

1）夹具体。

图5 夹具体

2）制动楔角调整垫。

预先制作完成一定数量的制动楔角调整垫（基础件），斜角θ不加工至尺寸，后期根据缓解鞲鞴制动倍率加工至要求的斜角θ，如图6所示。

图6 制动楔角调整垫

4 磨削加工具体实施

4.1 行车缓解调整垫斜角θ

ZYZD型踏面机车单元制动器闸瓦托输出压力（制动力）由于采用楔角放大原理，只需通过改变行车缓解鞲鞴制动楔角α值，就可以获得不同的制动倍率，如图7所示。

图7 制动结构和楔角放大原理图

该型制动器制动倍率只与行车缓解鞲鞴制动楔角α有关，由K=P×1/tan α=P×n，得n=K/P=1/tan α。式中：n为制动倍率；P为制动鞲鞴所受作用力；K为制动单元输出力；α为楔角角度。

根据制动倍率计算行车缓解鞲鞴制动楔角α值，行车缓解调整垫斜角θ与制动楔角α值一致，就可对行车缓解鞲鞴制动楔角面E进行加工。在夹具体、制动楔角调整垫制作过程中，应合理安排工艺路线，应力求满足（或达到）设计和工艺技术要求，有利于保证加工质量。制动楔角调整垫为成对使用，不但需保证其形位公差，还需确保斜角θ一端（大端或小端）高度的一致性。

4.2 具体实施

按制动倍率要求安装制动楔角调整垫（2件），将平面磨床工作台清理干净，进行行车缓解鞲鞴铅锤面F、制动楔角面E的精加工，如图8所示。

图8 加工示意图

1）工件安装。磨削夹具基准面A朝下，放置在机床工作台上，将待加工工件装入φ150+0.057+0.014mm定位孔内，2个支臂距基准面A尺寸L1、L2调整至一致（相差≤0.10 mm），拧紧钩形压板2颗内六角圆柱头螺钉，完成工件的安装。主要工量具为无磁百分表座、杠杆百分表。

2）精加工铅锤面F。将磨削夹具定位端面与工作台平行（X轴方向）摆放，电磁吸盘通电吸紧夹具，分多次进行铅锤面F的磨削加工，测量基准面A与铅锤面F距离140 mm，间接保证工序尺寸48 mm±0.05 mm，保证平面度0.05 mm。主要工量具为无磁百分表座、杠杆百分表、块规（尺寸140 mm）。

3）精加工制动楔角面E。电磁吸盘断电松开夹具，掉头以基准面B为基准面，磨削加工制动楔角面E，因上工序留有0.4～0.5 mm磨削余量，该面精加工磨削至2个支臂制动楔角面E全部见光，保证制动楔角α值、平面度0.05 mm。

4）工件拆卸、退磁操作。

4.3 实施效果

采用磨削加工工艺方法对经表面高频淬火铅锤面F、制动楔角面E进行精加工，加工表面质量好，平面度、共面等形位精度能得到保证；磨削夹具定位基准与上工序加工基准统一，能更好地确保加工表面间相互位置精度，减少和避免基准转换的误差；一次装夹完成铅锤面F、制动楔角面E精加工，实现工序集中，避免分步装夹加工铅锤面F、制动楔角面E带来的重复定位误差，提高加工效率；磨削加工铅锤面F利用块规检测尺寸140 mm±0.05 mm，间接实现对工序尺寸48 mm±0.05 mm进行检测。

5 结语

通过更换不同斜角θ的制动倍率调整垫，实现对不同制动倍率行车缓解鞲鞴铅锤面F、制动楔角面E的精加工。磨削夹具结构简单，通用性好；制作一套磨削夹具，制作不同斜角θ制动倍率调整垫，可重复安装使用，减少工艺装备投入；安装、调整方便快捷。该磨削夹具的应用，解决了行车缓解鞲鞴铅锤面、制动楔角面精加工和可靠装夹的难题，确保了加工质量，进一步提高了ZYZD型制动器结构动作灵活性和可靠性。