1 绪论1.1 设计目的及意义1.1.1 设计目的车轮由专业厂家生产，专业化程度很高，制造工艺也日趋成熟，建立车轮数控加工工艺的技术对提高车轮专业化制造水平有重要理论意义和应用价值。
通过对车轮结构进行三维造型，初步建立一个使用方便，安全可靠的车轮加工过程。
1.1.2 设计意义众所周知，轮对是车辆走行部分中最重要的部件之一，是由车轴和车轮通过过盈联接组合而成的，轮对的作用是:车辆全部重量通过轮对施加在钢轨上;通过车轮与钢轨的粘着产生制动力;通过轮对滚动使车辆前进。
因此轮对中的车轴和车轮承受了车辆的全部重量，在车辆的运行过程中起关键性的作用。
它的质量好坏直接影响车辆的行车安全。
随着车辆向高速重载方向发展，车辆的安全问题也日渐成为人们关心的话题。
轮对中的车轴是重要且关键的零件之一，可以说是重中之重。
作用在车轴上的载荷有车辆自重和附加的动态载荷;由车体经空气弹簧传导到构架，再由构架传导到轴箱弹簧装置，然后传导轴颈，轮毂，最后传导到钢轨上。
随着列车运行速度的提高，运行安全性显得越来越重要。
1.2 选题的背景与来源旧中国铁路建设,不仅数量少、质量低,而且布局不合理,大部分在沿海地区,西南西北地区几乎没有铁路。
由于各条铁路在管理上各自为政,限制了铁路运输能力的发挥。
新中国成立后,中国人民政府成立了铁道部,统一管理全国铁路,组织了桥梁和线路恢复工程,并大力修建新铁路,以保证日益增长的运输需要。
在三年经济恢复时期(1949—1952年),相继完成了成渝、天兰铁路的铺轨通车任务。
接着又动工新建兰新、宝成、丰沙。
至1958年,恢复旧有铁路1994公里,新建及修复第二线铁路共1337公里,14个铁路枢纽得到改善和加强。
由于武汉长江大桥的建成,北京至广州铁路全线贯通,全国铁路营业里程(不含地方铁路及企业专用线)增加到26708公里。
随着我国铁路事业的大力发展，对铁路车轮的需求量加大，同时对车轮的各项性能也提出来更高的要求。
整体车轮材料属于难加工材料，在机械加工过程充分利用现有的设备提高效益降低生产，亟需对车轮加工进行优化改进。
铁路是维持国家经济命脉运行的交通命脉，火车车轮轮箍是列车的重要部件之一，与铁路钢轨、车轴并称为铁路三大安全部件，是保证列车高速运行的关键部件，也是制造难度最高的工业产品之一。
机车提速后，车轮在高速运动条件下，既承受车辆的承载，又在机车制动是承受闸瓦的作用，因而车轮在复杂盈利的状态下工作，对其强韧性、耐磨性等提出了更高的要求。
因而研究车轮加工工艺，大力提升车轮产品综合质量，制造优质车轮，是实现铁路运输提速的有力保证。
随着工业发展的需要, 特别是火车制造业等特殊行业的发展, 给数控加工带来了前所未有的挑战, 对机床的要求越来越高。
自然, 对夹具的要求也是越来越苛刻了。
其复杂性, 专用性也逐步体现出来。
现在的夹具, 已经开始朝着模块化, 一体化, 多功能的方向发展了。
工艺水平也越来越集中。
为了适应现代化水平的需要, 夹具的定位基准和抗疲劳强度的要求都变的更加严格。
具体的说, 现在的高精度夹具的定位孔距精度高达±5µｍ , 这在以前是想都不敢想的。
现在随着纳米技术的发展, 相信不久的将来, 机床的加工和夹具的定位都可以达到纳米的级别。
这样的加工就更加精细, 原部件更加精密, 工业水平将更加提高。
本文分析了车轮的结构，车轮的材料，加工过程，详细说明整体碾轧车轮的整个加工工艺过程。
1.3 国内外研究状况据不完全统计，目前全世界约有30余家列车车轮制造厂，主要分布在中、美，日、法、乌克兰等国家，其中技术领先的企业有法国莱迪纳、日本住友制钢所。
法国阿尔斯通TGV高速列车创下577公里最高时速，使用的车轮和转向架就是莱迪纳的产品。
乌克兰威克逊斯基冶金厂是目前世界产量最大的车轮厂，是俄罗斯铁路的主要供应商。
美国曾是车轮生产能力最大的国家，年产30～40万吨车轮，但目前个车轮厂基本处于停产，半停产状态。
中国目前sgi车轮产量最大的国家，年产40～50万吨车轮，主要厂商有马钢车轮轮箍厂、大同爱碧玺铸钢轮厂、太原重工辗钢轮厂、河南信阳同合铸钢车轮厂。
针对加工难度大和现代的产品的质量要求越来越高、更新换代速度快，导致模具制造业需要达到高性能、高质量、制造周期短。
而且由于现在模具行业的兴起，同行业之间的竞争激烈，模具制造需要提高生产效率，降低制造成本，从而提高利润率和市场竞争力。
数控技术的广泛应用，使数控加工很好地完成了普通机械加工不能胜任的现代模具加工的要求和任务。
虽然中国模具行业发展很快，但模具制造技术技术含量低，与发达国家仍有较大差距，制造出来的模具往往达不到技术要求。
因此我国每年都需要大量进口精密、大型、复杂、长寿命的模具。
我国模具制造和生产工艺总体上比国际先进水平落后很多，模具生产周期又比国外的长。
一方面，我国模具制造的加工精度低、表面粗糙度高、寿命短，难以加工复杂的模具。
另一方面，模具设计、加工和工艺装备等的工艺水平低。
为了提高加工工艺水平，国内也做了很多关于数控加工工艺参数和加工刀具路径等方面的研究。
1.4 本课题研究的主要目的和内容随着科学技术的发展，各种新材料、新工艺和新技术不断涌现，机械制造工艺正向着高质量、高生产率和低成本方向发展。
各种新工艺的出现，已突破传统的依靠机械能、切削力进行切削加工的范畴，可以加工各种难加工材料、复杂的型面和某些具有特殊要求的零件。
数控机床的问世，提高了更新频率的小批量零件和形状复杂的零件加工的生产率及加工精度。
特别是计算方法和计算机技术的迅速发展，极大地推动了机械加工工艺的进步，使工艺过程的自动化达到了一个新的阶段。
数控加工在现代模具制造中运用的越来越多，数控铣削能大幅提高加工质量，提高精度和加工效率，降低生产成本。
本文根据工程实例，加工转向架车轮镗孔，设计一套专用夹具以达到加工的目的，同时大大降低生产成本。
具体内容如下：对需要加工的转向架车轮进行了分析研究，确定加工的方法，包括：(1)车削、铣削、钻孔、攻丝等工序。
(2)设计专用夹具并进行说明。
(3)设计专用夹具设计方案与设计的经济价值。
一项优秀的夹具结构设计，往往可以使得生产效率大幅度提高，并使产品的加工质量得到极大地稳定。
尤其是那些外形轮廓结构较复杂的，不规则的拔叉类，杆类工件，几乎各道工序都离不开专门设计的高效率夹具。
目前，中等生产规模的机械加工生产企业，其夹具的设计，制造工作量，占新产品工艺准备工作量的50%—80%。
生产设计阶段，对夹具的选择和设计工作的重视程度，丝毫也不压于对机床设备及各类工艺参数的慎重选择。
夹具的设计，制造和生产过程中对夹具的正确使用，维护和调整，对产品生产的优劣起着举足轻重的作用。
2 车轮加工工艺车轮加工是在高速、打进给量、大切深以及很多工序是在无冷却液情况下干切等苛刻切削条件下进行的，既有端面加工，也有近似外圆加工，还有曲面加工，数重型切削。
车轮钢的热处理硬度高增加了加工难度，在车削有些部位时切削里可达1500～2000kg，由于车轮毛坯加工余量很不均匀，表面不平整，实际切削深度变化很大，幅度波动，使刀片受到机械冲击很严重，加上工件材质软硬不均，刀片在交变载荷作用下常产生热龟裂，使刀片还在正常磨损值范围内发生早期破损而失效。
2.1 车轮结构及材料车轮由轮毂、轮辋及辐板三部分构成，轮毂将车轮与车轴连接，轮辋上的踏面与钢轨接触，辐板将轮毂，轮辋连接。
车轮材料是用于制造各种铁路机车和车辆车轮的专业用钢，车轮钢经冶炼后浇铸，采用模铸或采用圆坯连续铸造。
车轮钢材料的含碳量界于中碳钢和高碳钢之间，包括锰硅等多种合金元素，这些合金元素对车轮的工作性能及加工性能有很大影响。
车轮钢属于较难切削材料，车削加工困难体现在以下几点：（1）材料导热性差，导致切削热不易被带走，切削区域温度高，加快了刀具磨损。
（2）刀刃与切屑接触长度短，为45钢的二分之一。
（3）单位切削力大，约为45钢的1.25倍。
根据试验，车削车轮钢时的主切削力比车削45钢约高25%～40%。
（4）断屑困难。
2.2 车轮制造方法轨道车车轮的生产方法主要分为：组合车轮生产法，铸造车轮法，全模锻法，整轧车轮生产法。
2.2.1 组合车轮生产法组合车轮是由钢铸或铸铁的轮心、套在轮心上的轮箍以及用于固定前两者的扣环这三部分组成。
轮心和轮箍经单独加工后，在高温状态下组合起来，即把轮心套在轮箍中，再用扣环固定，形状如下图所示。
由于轮箍和轮心是独立生产的，而相对整个车轮来说，它们的形状都比较简单，所以生产过程中，产品的成品率较高，质量也较好。
但是由于增加了装配过程，所以生产工序相应增加，降低了其经济性和可靠性，随着轨道车车速的提高，对车轮质量进一步提高，所以现在这种车轮的使用量较小。
2.2.2 铸造车轮法利用浇注模型进行浇注，钢水进入模型直接铸成轮坯，简化了生产工艺，同时降低了能耗。
铸造车轮法的优点在于模具能重复使用，降低了生产成本，铸造精度高，能在踏面部形成较厚的细晶层，提高了车轮的质量和性能。
但是铸件的质量取决于成形工艺、铸型材料、合金的熔炼与浇注等诸多因素，易出现浇不到、缩孔、气孔、裂纹等缺陷，且往往组织疏松，经理粗大，各方面的性能都远不及塑性成形件。
所以铸造车轮法制造的车轮现在使用量较小，只在部分货车中使用。
2.2.3 全模锻法采用全模锻法生产车轮可以降低车轮的尺寸公差，减小加工余量，减少了金属的消耗量。
制造过程中车轮各部分尺寸容易控制，车轮整体的偏心量较小，辐板的几何形状较准确，车轮的表面质量也有提高。
由于所需设备较少，同时减少了工序数，从而大大简化了工艺流程。
但是由于必须使用大功率的锻压设备，致使生产效率低下，故该方法没有得到广泛的使用。
2.2.4 整体轧制车轮法整体轧制车轮法类似于组合车轮生产法，但该方法加工的车轮是一个整体，不能拆卸。
尽管整轧车轮法达到踏面磨损极限时（磨损报废线），必须更换整个车轮，但是生产整轧车轮远比生产一对轮箍和轮心成本低廉，所以整轧车轮在经济上仍有优势，特别是踏面部分经过耐磨处理后，其寿命也会大幅度提高。
整体轧制车轮法由于在生产过程中经过了较大塑性变形，故内在质量比铸造车轮好。
由于整体轧制车轮法的优势突出，所以被广泛应用。
尤其是在客车包括现在的高速列车都是使用这种车轮。
所以下面讨论的车轮加工工艺也是指整体轧制车轮法加工工艺。
2.3 整体轧制车轮法加工工艺分析车轮制造工艺一般包括钢锭切割、加热、锻压轧制、等温、冲孔、缓冷、粗加工、淬火、回火、预加工、精加工、探伤、喷丸和表面防护。
2.3.1 坯料准备所有生产整轧车轮的方法都要求使用圆柱形或近似于圆柱形的坯料这种坯料有两种方法得到：一种是一般用切锭机床、圆盘锯将多坯钢锭切割成一定规格的坯料，精确的坯料尺寸可以节省材料，保证后续轧制的质量，提高生产效率；二是直接采用单坯钢锭。
