摘要：結合現場（chǎng）實際，在技術性能（néng）和投資兩個（gè）方（fāng）麵通過對比分析了鐵（tiě）路（lù）車軸（zhóu）加工用普通車（chē）床的數控改造（zào）和新購置數控（kòng）車床的經濟性和實用性。

關鍵詞：鐵路車軸加工 普通車床數控改造

      鐵路車輛輪對（duì）上的車軸是車輛走行部的重要部件，是關係到行車安全的關鍵部位，也是走行部中（zhōng）加工（gōng）工（gōng）序最為複（fù）雜要求（qiú）精度最高的部件之一。車軸（zhóu）兩端的輪座、防塵板座、軸頸（jǐng）及各部位連接的過渡部位的幾何形狀和尺寸精度（dù）的好壞直接影響到運行中的列車的運行安全（quán）。這（zhè）需要良好的（de）工裝（zhuāng）設（shè）備進行車軸（zhóu）加工，以保證車軸各部位的幾何形狀和尺寸精度處於（yú）正常的公差範圍內，進（jìn）而保證列車的行車安（ān）全。

1 現狀分析

      路內的輪對全部由車輪廠進行組裝，而車輪廠購進的（de）車軸絕大多（duō）數是半精車車軸，半精車（chē）車軸的軸身部分已經加（jiā）工到最終（zhōng）的尺寸，在輪對組裝（zhuāng）的車輪廠隻需要對車軸兩端的輪座、防塵板座、軸頸及（jí）過渡部位進行（háng）車削精加工並磨削即（jí）可。目前，大多數的輪對生（shēng）產單位（wèi）都使用如CW6163 （φ630×3000） 或CW6180 （φ800×3000） 等普通臥式車床手工進行（háng）車（chē）軸的車削精加工。利用MQ1350B等外圓磨床進（jìn）行（háng）軸頸（jǐng）部位的（de）外圓磨削加（jiā）工。輪座前肩（輪座與防塵板座的過渡圓弧）、防塵板座和卸荷槽部位采用滾壓的方式進行加工。隨著火車提速和重（chóng）載的要求，車軸加工工藝發生了改變，從（cóng）2007年1月1日起所有新組裝的貨車輪對的車軸的輪座前肩、防塵板座、卸荷槽和軸頸部位的最後一道（dào）工序必須采用成型磨床進行一（yī）次性（xìng）磨削加工，而成型磨床是利用一片砂輪在（zài）數控仿（fǎng）形修整後（hòu）同時對輪座前肩、防塵板座、卸荷槽和軸頸（jǐng）部位進（jìn）行磨削，這樣要求磨削工序前（qián）的精車工序在加工這4個部位時必須（xū）為（wéi）磨（mó）削工序留出（chū）均勻的磨削餘量，成型磨床要求磨削餘量為0.30~0.50 mm。原有的CW6163或CW6180普通車床（chuáng）在車削輪（lún）座、防塵板座、軸頸3處圓柱表麵時可以滿足該要求，但是在加工輪座前肩和卸（xiè）荷槽時是手工操縱機床的大托板和小托板進行（háng）加工（gōng），無法滿足（zú）這3個部位的磨削要求。

      隨著科技的飛速發展，出現了臥式數控車床。臥式數控車床采用CNC控製，由伺服電動機驅動，滾珠絲杠為傳動介質，根據（jù）編製的加工程序采用兩軸聯動同時驅（qū）動大（dà）小托板，加（jiā）工出任（rèn）意複雜曲線的外圓，完全滿足新工藝修改後對車軸輪座、輪座前肩、防塵板座、卸荷槽和軸頸部位的加工要求。但（dàn）是如果購（gòu）置數控車（chē）床進行車軸的精車，將使（shǐ）原有的普通車床閑置，降低了國有（yǒu）資產的（de）利用率，造成極（jí）大的浪費，而且數控車床的購置費（fèi）用（yòng）也（yě）很高。在實際的生產中發現隻要對原有的車軸（zhóu）精車車床進行（háng）一些改造，就可以完全滿足生產的需要（yào），同時能夠大大降（jiàng）低固定資產的投入。

2 改（gǎi）造方案的（de）確定（dìng）

      根據車軸的加工特點和現場的實際加工情況製定如下的改造方案。

      （1） 待改造機床的選擇。以RD2型車軸為例，車軸全長2 146 mm，半精車車軸直徑最大處φ198，最小處（chù）φ134，總重390 kg，在有1個大托板的臥式車床上加工時，必須采用床頭頂尖和尾座頂尖頂緊然（rán）後床（chuáng）頭三抓卡盤卡緊的裝卡方式，車削時必須在靠近尾座的加工部位由尾座向床頭方向進行加工。由於車軸的長度長重量大，這就要求加工車軸的車床的剛（gāng）度和穩定性要好，避免由於震動的發生影響加工麵的質量。

      而福州機床生產（chǎn）的CW6180床身（shēn）導軌寬度為600 mm比其他廠家的同型號車床寬（kuān），機床的自重大，而且床身為一體式床身，因此其剛（gāng）度和（hé）穩（wěn）定性都比較好，很利於車軸的（de）加工，因此選擇（zé）該機床為待（dài）改造機床。

     （2） 床頭箱主軸驅動部分的（de）改造方（fāng）案（àn）。車軸（zhóu）的輪座前肩、防塵板座、卸荷（hé）槽和軸頸部（bù）位的最後一道加工工序為成型（xíng）磨床的磨削（xuē）加工（gōng），而磨削加工之前要求車削加（jiā）工工序，車（chē）削後的待磨削部位磨削餘量均勻一致，同時為了（le）保（bǎo）證砂輪（lún）各部位的磨耗（hào）一致，減少修（xiū）整砂輪的次數，提高砂輪（lún）的利用率，也要求各待（dài）磨削表麵的粗糙度（dù）要盡量保持一致。在數控臥式車床的使用中發（fā）現，可以在恒（héng）定轉數下通過調整刀具的進給速度使工件（jiàn）不同直徑加工表麵的粗糙度達到一致，同時加工的進給速度是在工件加工程序中設（shè）定的，機床可以根據加（jiā）工程序的設定自動調整加（jiā）工過程中的進給速度。綜合以（yǐ）上特點我們發現（xiàn）原有的普通車床的床頭（tóu）箱主軸驅動部分不（bú）用進行改造。

     （3） 大小托板的改造方案。車軸的軸頸前（qián）端的（de）1:10的（de）倒角、輪座前肩和卸荷槽在車削加工時必須大小（xiǎo）托板同時（shí）動作，才能完成倒角和圓弧過渡的加工，同時精車後的車軸要求的尺寸精度比較高。根據以上要求改造大托板時取消由進給箱控製（zhì）的光杠和絲杠保留控製杠，采用由伺服（fú）電動機單獨控製的滾珠絲杠驅動。小托板也采用伺（sì）服電動（dòng）機單獨控（kòng）製的滾珠絲杠驅動，已達到機床單軸（zhóu）驅動和兩軸同時驅動的要求。

      （4） 刀具（jù）的選擇方案。數控車床的加工為車刀相對某一坐標係的運動軌跡，而車軸的加工生產為批量的加工生產，所（suǒ）以（yǐ）在數控車床進行車軸批量車削時（shí），無論是機床的坐標（biāo）還是工（gōng）件的坐標（biāo）都是相對（duì）不變的。為（wéi）了保證同（tóng）一台數控車床上（shàng）批量生（shēng）產（chǎn）的車軸各部位（wèi）尺寸一致，這就要求在加工同種型號車軸的同一個位置時（shí）刀尖相對於工件坐標必須一致，而傳統的焊接硬質合金刀具需要經常進行刃磨，在裝卡時無法保證刀尖相對於工件坐標的一致性，同時由於每一次的刃磨角度都不會完全相同，所以造成工件（jiàn）加工後的粗糙度完全不同，影響下道磨削工（gōng）序的磨削（xuē）。綜合種種因素選擇不需要刃磨，耐用程度好，更換（huàn）時定位精度高的半（bàn）精車機夾車（chē）削刀具。

      （5） 方刀台的改造方案（àn）。批量購入的半精車車軸的待加工部位為車床（chuáng）粗車過的表麵，各部（bù）尺寸全部在粗加工的公差（chà）範圍內，這樣粗（cū）車給精車（chē）留有的加工餘量一致（zhì），同時軸頸、防塵板座、輪座部位的精車加工餘量比較小， （如（rú）RD2半精車車軸的軸頸粗車後（hòu）的尺（chǐ）寸為φ134+2.00 mm，精車（chē）後（hòu）的尺寸為φ130+0.400 mm，切削深度（dù）最大（dà）為2.8 mm） 所以在（zài）車削的過程中無需（xū）進行換刀，利用一把刀具就能夠滿足加工（gōng）要求，所以原有的方刀台無需更換為（wéi）電動轉（zhuǎn）位刀台。

      （6） 電控部分的改造方案。改造後的（de）車床大小托板的運動分別由CNC控製的兩台（tái）伺服電動機驅動，與機床主軸的運動沒有直接的（de）連帶關係，同時為了減小強電對CNC係統的幹擾（rǎo），本著（zhe）節約資金投入的原則，保留原有的配電（diàn）箱，單（dān）獨（dú）設立一個CNC係統的控製櫃。為了保證在車軸加工的過程中能夠實時監控刀具的運動（dòng）軌（guǐ）跡（jì）是（shì）否與加工程序一致，將CNC控製麵板設（shè）在大托板上與大托（tuō）板同時運動，以保證工作者能夠（gòu）同（tóng）時觀察（chá）到CNC控（kòng）製麵板上的顯示屏和正在加工的工（gōng）件。同時也保證在出現緊急情況時工（gōng）作者能夠在第一時間對機床做出正（zhèng）確的操控。

3 機床（chuáng）的改造

     （1） 待改造機床的整修（xiū）。為了保證機床的加工（gōng）精度，在改造前要對機床的個部位進（jìn）行整修（xiū），特別是主軸和機床的導軌要進行全麵細致的整修，恢複其原有的（de）精度。

     （2） 大小托板的改造。改造後的機床專用於車軸（zhóu）的加工（gōng），而且車軸車削加工要在機（jī）床靠近尾座部位進行，所以大托板（bǎn）的滾（gǔn）珠絲杠采用（yòng）有效長度為1.5 m的滾珠絲杠（直徑50 mm、螺距10 mm） 安裝在機床（chuáng）靠近床尾部位（wèi），為了方便維修（xiū）和簡化結構將大托板驅動伺服電動（dòng）機安裝在（zài）機床床身尾部，用潤滑油箱（xiāng）取代溜板箱，將（jiāng）滾珠絲杠的絲母固定（dìng）在潤滑油（yóu）箱（xiāng）上帶動大（dà）托板移動。小托板的（de）改造，用滾珠絲（sī）杠（直徑32 mm、螺距5 mm） 絲母代替原有的絲杠絲母，將驅動（dòng）伺服電動機安裝在小托板的遠端.

    （3） 刀具的選擇。由於車軸的切削深度比較小，而且加工後的表麵粗糙度要求不高（還要（yào）經過磨削） 所以我們選用（yòng）切削刃長度為15 mm，強度比較高的（de）正三角形半精車（chē）刀具，這樣可以充分利用刀具的（de）6個刀尖（jiān）進行加工，延長（zhǎng）刀具的使用壽（shòu）命。半精車車軸精車後（hòu）的部位最小的過渡圓弧半徑為2 mm，所以選取的刀具的刀尖圓弧半徑≤2 mm。

     （4） 電控係統的改造。由於（yú）強（qiáng）電部分無需改造，隻需增加CNC控製部分。為了保證係統穩定和方便日後的維（wéi）修（xiū）采用西門子公司麵向我國開發的SINUMERIK801數控係統，配以雙軸型的SIMODRIVE611變頻驅動係統和與之相（xiàng）配套的1PH7伺服電機。

     （5） 加工程序的（de）編製。以機床主軸中心線為工件的Z坐標，正方向指向床頭，以軸（zhóu）端對刀點作為Z軸的0點，在水平麵內與主軸中心線垂直的軸為X軸，正方向指向工作者，以與（yǔ）主軸相交的點作為X軸的0點（diǎn）。采用包洛線的方法以刀尖圓弧（hú）的圓心點進（jìn）行（háng）編程。由於半精車以後的車（chē）軸給精車留的加工餘量比較小，所以（yǐ）在（zài）編程時（shí）軸頸、防塵板座和輪座部位一次（cì）加工到位，而半精（jīng）車後的車軸的輪座前肩和卸荷槽部位為圓（yuán）錐型加（jiā）工（gōng）餘量比較大，編程時此（cǐ）處要進行多次循環加工。刀具的進給速度可以在加工（gōng）過程中在加工程序內進行調整或設置R參數根據生（shēng）產進行調整。

4 經濟性能對比

     近（jìn）幾年隨著需求的增加，機床市場日漸火爆，機床的價格也是（shì）節節攀升。購買一台加工直（zhí）徑為800 mm，加工（gōng）工件長度為3 000 mm的經濟型數（shù）控車床的價格為40多萬元，而隨著（zhe）數控車床的投入使用，原（yuán）有的普通車床將被閑（xián）置。對原有機（jī）床進行適應性數控改造隻需要（yào）25萬元，並且能夠有效地利用原有的舊機床，提高了機床的利用率，盤活了國有固定資產。而且（qiě）改造後的機床結構比較簡（jiǎn）單，複雜係數低，維修方便，維修成本也（yě）比較低並且（qiě）能夠滿足車軸加工（gōng）的（de）要求（如表1所示）。

     綜合（hé）計算，對原有（yǒu）機床（chuáng）進行適應性數控（kòng）改造比購置一台經濟型數控車床（chuáng）節約資金投入20多萬元，能夠充（chōng）分有效的利用企業的（de）資金，比較適於目前鐵路企業的發展。