摘要：結合現場實際，在技術性能和投資兩（liǎng）個方麵通過對比分（fèn）析了鐵路車軸加工用普通車床（chuáng）的（de）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（jiā）工 普通車（chē）床數控改（gǎi）造

      鐵路車輛輪對上的（de）車（chē）軸是車輛走行部的重要部件，是（shì）關係到行車（chē）安全（quán）的關（guān）鍵部位，也是走行部中加工工序最為複雜要求（qiú）精度（dù）最（zuì）高的（de）部件之一。車（chē）軸兩端的輪座、防塵（chén）板座、軸頸及各部位連接的過渡部位的幾何形狀和尺寸精度的好壞直（zhí）接影響（xiǎng）到運行中的（de）列車的運行安全。這需要良好的工裝設備進行車軸加（jiā）工，以保證車（chē）軸各部位的幾何形狀和尺寸精度處於正常的（de）公差範圍內，進而保證列車的行車安全。

1 現狀分析

      路內的輪對全部由車輪（lún）廠進行組裝，而車輪廠購進的（de）車軸絕（jué）大多數是半（bàn）精車車（chē）軸（zhóu），半精車車軸（zhóu）的軸身部分已經加工（gōng）到（dào）最終的尺寸，在輪對（duì）組（zǔ）裝的車輪廠隻需要對車軸兩端的輪座、防塵板座、軸頸及過渡部位進行車削精（jīng）加工並磨削即可。目（mù）前，大多數（shù）的輪對生產單位都使用如CW6163 （φ630×3000） 或CW6180 （φ800×3000） 等普通臥式車床手工進行車軸的車削精加工。利用MQ1350B等外圓（yuán）磨床進行軸頸部位（wèi）的外圓磨削加工。輪座前肩（輪（lún）座與防塵板座的過渡圓弧）、防塵板座和卸荷槽（cáo）部位采用滾壓的方式進行加工。隨著火車提速和重載的要求，車軸加工（gōng）工（gōng）藝發生了改（gǎi）變，從2007年1月1日起（qǐ）所有新組裝的貨車輪（lún）對的車軸的輪座前肩（jiān）、防塵板座、卸荷槽和軸頸部位的最後一道工序必須采用成型磨床進行一次性磨削加工，而成（chéng）型（xíng）磨床是利用一片砂輪在數控仿形修整後同時（shí）對輪座前肩、防塵板座（zuò）、卸荷槽和（hé）軸頸部位進行磨削，這樣要（yào）求磨削工序（xù）前的精車工序在加工這4個（gè）部位時必須（xū）為磨削工（gōng）序留出均（jun1）勻的磨削餘（yú）量，成型磨床要求磨（mó）削餘量為0.30~0.50 mm。原有的CW6163或CW6180普通車床在車削輪座、防塵板座、軸頸3處圓柱表麵時可以滿（mǎn）足該要求，但是在（zài）加工輪座前肩和卸荷槽時是手工（gōng）操（cāo）縱機床的（de）大托板和小托板進（jìn）行加工，無法滿足這3個部位（wèi）的磨削要求。

      隨著科技的飛速發展，出現（xiàn）了臥式數控車床。臥（wò）式數控車床采用CNC控（kòng）製，由伺（sì）服電動機驅動，滾珠絲杠為傳動介質，根據編製的加（jiā）工程序采用兩軸聯動同時驅動（dòng）大小托板，加工出任意複雜曲線的外圓，完全滿足新工藝修（xiū）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。但是如果購置數控車床進行車軸的精車，將使原（yuán）有的普通（tōng）車床閑置，降低了國有資產的利用率，造成極大的浪費，而且數控車床的購置費用也很高。在實際的生（shēng）產中發現（xiàn）隻要（yào）對原有的車軸精車車床進行一些改造，就可以完全滿足生產的需要，同時能夠大大降低固定資產的投入。

2 改造方案的（de）確定

      根據車軸的加工特點（diǎn）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（zuì）小處φ134，總重390 kg，在有1個大托板的臥式車（chē）床上加工時，必須采用（yòng）床頭頂尖和尾座頂尖頂緊然後床頭三抓卡盤卡緊的裝卡方式（shì），車削時必須在靠近尾座的加工部位由尾座（zuò）向床頭方向進行加工。由（yóu）於車軸的（de）長度長重量大，這就要（yào）求加工車軸的（de）車床的剛度和穩定性要好，避免由於震動的發生影響加工麵的質量。

      而福州機床生產的CW6180床身導軌寬度為600 mm比（bǐ）其他廠家的同型號車床（chuáng）寬，機（jī）床的自重大，而且床身為一（yī）體式（shì）床（chuáng）身，因此其剛度和穩定性都比較好（hǎo），很利於車軸的加工，因此選擇該機床為待改造機（jī）床。

     （2） 床頭箱主軸驅動部分的改造方案。車軸的輪座前肩、防塵（chén）板座、卸荷槽和軸頸部位的最後一道加工工序為成型磨床（chuáng）的磨削加工，而磨削加工之前要求車削加工工序，車削後的待磨削部（bù）位磨削餘量（liàng）均勻一致，同時為了（le）保證砂輪各（gè）部位的磨耗一致，減（jiǎn）少修整砂輪的次數，提高砂輪的利（lì）用率，也（yě）要求各待磨削表麵的粗糙度要盡量保持一致。在（zài）數控臥式車床的使用中（zhōng）發現，可以在恒定轉數下通過調整刀具的（de）進給速度使工件不同直徑加工表麵的（de）粗糙度達到一致，同時（shí）加工的進給速度是在工（gōng）件加工程序中設定的，機床可以根據加工程（chéng）序（xù）的設定自動調整加工過程中的進給速度。綜合以上（shàng）特點我（wǒ）們（men）發現原有的普通車床的床頭箱主軸驅動部（bù）分不用（yòng）進行改造。

     （3） 大小托板的改造方案。車軸的（de）軸頸前端的1:10的倒角、輪座前肩和卸（xiè）荷槽在車削加工時必須大小托板同時動作，才能（néng）完成（chéng）倒角和圓弧過渡的加工（gōng），同時精車後的車軸要求的尺寸精度比較高。根（gēn）據以上（shàng）要求改造大托板時取（qǔ）消由進給箱控製的光杠和（hé）絲（sī）杠保留控（kòng）製杠，采用由伺服電動機單獨控製的滾珠絲杠驅動。小托板也采用伺服電動機單獨控製（zhì）的滾珠絲杠驅動，已達到機床單軸驅動和兩軸同時驅動的（de）要求。

      （4） 刀具的選擇方案。數控車床的加工為車刀相對某一坐標係的運動（dòng）軌（guǐ）跡（jì），而（ér）車軸的加工生產為批量的加工生產，所（suǒ）以在數控車床進行車軸（zhóu）批量車（chē）削時，無（wú）論是機床的坐標還是工件的坐標都是相（xiàng）對不（bú）變的。為了保證同一台數控車床上批量生產的車軸各部位尺寸一致，這就要求在加工同種（zhǒng）型號車軸的同（tóng）一個位置時刀尖（jiān）相對（duì）於工件坐標必須一致，而傳統的（de）焊接硬質合（hé）金刀具需（xū）要經常進行（háng）刃磨，在裝卡時無法（fǎ）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（bú）會完（wán）全相同，所以造成工件加工（gōng）後的粗糙度完全不同，影響下道磨削工序的磨削。綜合種種因素選擇不需要（yào）刃磨，耐用程度好，更（gèng）換（huàn）時定（dìng）位精度高（gāo）的半精車機夾車削（xuē）刀具。

      （5） 方刀台（tái）的改造方案。批量購入的半精車車軸的（de）待（dài）加（jiā）工部位為車（chē）床粗車過的表麵，各部尺寸（cùn）全部在粗加工的公差範圍（wéi）內，這樣粗車給精車（chē）留有的加工餘量一致，同時軸頸、防塵板座（zuò）、輪座部位的精車加工餘量比較（jiào）小， （如RD2半精車車軸的軸（zhóu）頸粗車後的尺寸為φ134+2.00 mm，精車後（hòu）的尺寸為（wéi）φ130+0.400 mm，切削深度最大為2.8 mm） 所以（yǐ）在車削的過程中無需進行換刀（dāo），利用一把刀具就（jiù）能夠滿足加工要求，所以原有的（de）方刀台無需更換為（wéi）電（diàn）動轉位刀台。

      （6） 電控部分的改造方（fāng）案。改造後的（de）車床大小托（tuō）板的運動分別由CNC控製的兩台伺服（fú）電動機驅動（dòng），與機（jī）床主（zhǔ）軸（zhóu）的運動（dòng）沒有直接的連帶關係，同時為了（le）減（jiǎn）小（xiǎo）強電對CNC係統的幹擾，本著節約資金投入的原則，保留原有的配電（diàn）箱，單獨設（shè）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（shí）監控刀具的運動軌跡是否（fǒu）與加工程序一致，將CNC控製麵板設在（zài）大托板上與大托板同（tóng）時運動（dòng），以保證工作（zuò）者能夠同（tóng）時觀察（chá）到CNC控（kòng）製麵板上的顯（xiǎn）示屏和正在加工的工件。同時也保證（zhèng）在出現緊急情況時工作者能夠在第一時間對機床做出正確的操控。

3 機（jī）床的改造

     （1） 待改（gǎi）造機床的整修。為了保證機床的加工精度，在改造前要對機床的個部（bù）位（wèi）進行整修，特別是（shì）主軸和機床的導軌（guǐ）要（yào）進行全麵（miàn）細致的整修，恢複其原有的精度。

     （2） 大（dà）小托板的改造。改造後的機床專用於車軸的（de）加（jiā）工（gōng），而且車軸車削加工要在機床靠近尾座（zuò）部位進行，所以大托板的滾珠絲杠采用有效長度為1.5 m的滾珠絲杠（直徑50 mm、螺距10 mm） 安裝在機床靠近床（chuáng）尾部位，為了方便維修（xiū）和簡化結構將大托板驅動伺服電動機安裝在機床床（chuáng）身尾部，用潤（rùn）滑油箱取代（dài）溜板箱，將（jiāng）滾珠絲杠的絲母固定在潤滑油箱（xiāng）上帶動大托板（bǎn）移動。小托板的（de）改（gǎi）造，用滾珠絲杠（gàng）（直徑32 mm、螺距5 mm） 絲（sī）母代替原有的（de）絲杠絲母，將驅動伺服電動機（jī）安裝在小托板的遠（yuǎn）端.

    （3） 刀具的選擇。由於車軸（zhóu）的（de）切削深（shēn）度比較小，而且（qiě）加工後的（de）表麵粗糙度要求不高（還要經過磨削（xuē）） 所以我們選用切削刃長度為15 mm，強度比較高的正三（sān）角形半精車刀（dāo）具，這樣可以充分利用刀具的6個刀（dāo）尖進行加工，延長刀具（jù）的使用壽命。半精車車軸（zhóu）精車後的部位最小（xiǎo）的過渡圓弧半徑為2 mm，所以選取的刀具（jù）的刀尖圓弧半徑≤2 mm。

     （4） 電控係統的改造。由於強（qiáng）電部（bù）分無需改造，隻需增加（jiā）CNC控製部（bù）分。為了保證係（xì）統穩定和方便日後的維修采用西門子公司麵向我國開發的SINUMERIK801數控係統，配以雙（shuāng）軸（zhóu）型的SIMODRIVE611變頻驅動係統（tǒng）和與之相配套的1PH7伺服電（diàn）機（jī）。

     （5） 加工程序的編製。以機（jī）床主軸中心線為工件的Z坐（zuò）標，正（zhèng）方向指向床頭，以軸端對刀點（diǎn）作為Z軸的0點，在水平麵內與主軸中心線（xiàn）垂直的軸為（wéi）X軸，正方向指向工作者，以與主軸相交的點作為X軸的0點。采用包洛線的（de）方法以刀尖圓弧（hú）的圓心點進行編程（chéng）。由於半（bàn）精車以後的車軸給精車留的加（jiā）工餘量比較小，所以在編程時軸頸（jǐng）、防塵板座和輪座部位一次加工到位，而半精車後（hòu）的車軸的輪座前肩和卸荷槽部位（wèi）為圓（yuán）錐型加（jiā）工餘量比（bǐ）較大，編程時此處要進行多次循環加工。刀具（jù）的進給（gěi）速度可以在加工過程中在加工程序內進行調整或設置R參數根據生產進行（háng）調整（zhěng）。

4 經濟性能對（duì）比（bǐ）

     近幾年隨著需求的增加，機床市場日漸火爆，機床的（de）價（jià）格也是節節攀升（shēng）。購買一台加（jiā）工直徑為800 mm，加工工件長度為（wéi）3 000 mm的經濟型數控車床的價格為40多（duō）萬元（yuán），而隨著數控車床的投（tóu）入使用，原有的普通車床將被閑置。對原有機床進（jìn）行適應性數控改造隻需（xū）要25萬（wàn）元，並且能夠有效地利用原有的舊（jiù）機床，提高了機床的利用率，盤活了國有固定資產。而（ér）且改造後（hòu）的機床結構（gòu）比較簡單，複雜係數低，維修方便，維修成本（běn）也比較低並且能夠滿足（zú）車軸加工的要求（qiú）（如表1所示）。

     綜合計算，對原有機床進行（háng）適（shì）應性數控改（gǎi）造比購置一台經濟型數控車床節約資金投入20多萬元，能夠充分有效的利用企業（yè）的（de）資金，比較適於目前鐵路企業的發展。