摘要：結合現場實（shí）際，在技術性能和投資兩（liǎng）個方麵通過對比分析了鐵路車軸加工（gōng）用（yòng）普通車床的數控改造和新購置數控車床的經濟性和實用性。

關（guān）鍵詞：鐵路車軸加工 普通（tōng）車床數控改造

      鐵（tiě）路車輛輪對上的車軸是車輛（liàng）走行部的重要部件，是關係到行車安全的關鍵部位，也是走行部中加工工序最為複雜要求精度（dù）最高的部（bù）件之一。車軸兩端的輪座、防塵板座、軸頸及各部位（wèi）連接的過渡部位（wèi）的幾何形狀和尺寸精度的好壞直接影響到運行中的列車的運行安全。這需要良好的工裝設（shè）備進行車（chē）軸加工，以保證車軸各部位的幾何形狀和尺寸精度處於正常的公差範圍（wéi）內，進（jìn）而保證列（liè）車的行車安全。

1 現狀分（fèn）析

      路（lù）內的輪（lún）對全部由車（chē）輪廠進行組裝，而車輪廠購進的車（chē）軸絕大多數是半精車車軸，半（bàn）精車車軸的軸身部分已經加工到最（zuì）終的尺寸，在（zài）輪對組裝（zhuāng）的車輪廠隻需要對車軸兩（liǎng）端的輪座、防塵板座、軸頸及過渡部位進行車削精加工並磨削即可。目（mù）前，大多數的輪對生產單位都使用如CW6163 （φ630×3000） 或CW6180 （φ800×3000） 等（děng）普通臥式車床手工（gōng）進行車軸的（de）車削精加（jiā）工。利用MQ1350B等外（wài）圓磨床進行（háng）軸頸部（bù）位的外圓磨削加工。輪座（zuò）前肩（輪座與防塵板座的過渡圓弧）、防塵板座和卸荷（hé）槽部位采用滾壓的方式進行加工。隨著火車（chē）提速和重載的要求，車軸加工工藝發（fā）生了（le）改變（biàn），從2007年1月（yuè）1日起所（suǒ）有新組裝的貨車輪對的車軸（zhóu）的輪（lún）座前肩、防塵（chén）板座、卸荷（hé）槽和軸頸部（bù）位的最後一（yī）道工序必須采用成（chéng）型（xíng）磨床進行一次性磨削（xuē）加工，而成（chéng）型磨（mó）床是利用一片砂輪在數控仿形修整後同時對（duì）輪座前（qián）肩、防塵（chén）板座、卸荷（hé）槽和軸（zhóu）頸部位進行磨削，這樣要求磨削（xuē）工序前的精車工序在加工這4個部位時（shí）必須為（wéi）磨削工序留出均勻的磨削餘量（liàng），成型磨床要求磨削（xuē）餘量為0.30~0.50 mm。原有的（de）CW6163或CW6180普通車床在車削輪座、防塵板座、軸（zhóu）頸3處圓柱表麵時（shí）可以滿足該要求，但是在加工輪座前肩和（hé）卸荷槽時是手工操縱機床（chuáng）的大托（tuō）板和小托板進行加工，無法滿足這（zhè）3個部位的（de）磨（mó）削要求。

      隨（suí）著科技的（de）飛速發展，出現了臥式數控車（chē）床（chuáng）。臥式數控車床采用CNC控製，由伺服電動機（jī）驅動，滾珠絲（sī）杠為（wéi）傳動介質，根據編製的加工程序采用兩軸聯動同時驅動大小（xiǎo）托（tuō）板，加工出任意複雜曲線的外圓（yuán），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）是如果購置（zhì）數控車床進行車軸的精車，將使原（yuán）有的（de）普通車床閑（xián）置（zhì），降低了（le）國有資產的利用率，造成極大的浪費，而（ér）且數控車床的購置費用（yòng）也很高（gāo）。在（zài）實際的生產（chǎn）中發現隻要對原有的車軸精車（chē）車床進行一些改造，就可以完全滿足生產的（de）需要，同時能夠大大降低固（gù）定資產的（de）投入（rù）。

2 改造方案的（de）確定

      根據車軸的（de）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（jī）床（chuáng）的（de）選擇（zé）。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φ134，總重390 kg，在有1個（gè）大托（tuō）板的（de）臥式車床上加工時，必須采用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，車削時必須在靠近尾座的加工部位由尾座向床頭方向（xiàng）進行加工。由於車軸的長度長（zhǎng）重量大，這就要（yào）求加工車軸（zhóu）的車床的剛度和穩定性要好，避免由於震動的發（fā）生影響加（jiā）工麵（miàn）的質量。

      而福州機床生產的CW6180床身導軌（guǐ）寬度為600 mm比其他廠（chǎng）家的同型號（hào）車床寬，機床的自重（chóng）大，而且床（chuáng）身為一體式（shì）床身（shēn），因此其剛度和穩定性都比較（jiào）好，很利於車軸的加工，因此選擇該（gāi）機床為待改造機（jī）床。

     （2） 床頭箱主軸驅動部分的改造（zào）方案。車軸的輪座前肩、防塵板座、卸荷槽和（hé）軸頸部（bù）位的最後一道加工工序為成型磨床的磨削（xuē）加工，而磨削（xuē）加工之（zhī）前要求車削加工工序，車削後的（de）待磨削部位磨削餘量均勻（yún）一致，同時為了保證（zhèng）砂輪各部位的磨耗一致，減少修整砂輪（lún）的次數，提高砂輪的利用率（lǜ），也要求各待磨削表麵的粗糙（cāo）度要盡量保持一致。在數控臥式（shì）車床（chuáng）的使用中發現，可以在恒定轉數下通過調整刀具（jù）的進（jìn）給速度使工件（jiàn）不同直徑加工表麵的粗（cū）糙度達到一致，同時加工的進給速（sù）度是在工件加工程（chéng）序中設定的，機床可以根據加工程序的設定自動調整加工過程中（zhōng）的進給（gěi）速度。綜合以上（shàng）特點我（wǒ）們發現原有的普通車床（chuáng）的床頭箱主軸驅動部分不用進行（háng）改造。

     （3） 大（dà）小托板的改造方案。車（chē）軸的軸頸前端的1:10的（de）倒（dǎo）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，才能完成倒角和圓弧過（guò）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（qǔ）消由進給箱控製的光杠（gàng）和絲杠保留控製杠，采用由伺服電動機單獨控製（zhì）的滾珠（zhū）絲（sī）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（qū）動和兩軸同時驅動的要求。

      （4） 刀具的選擇方（fāng）案。數（shù）控車床的加工（gōng）為車刀相對某一坐標係的運動軌跡，而車軸的加（jiā）工生產為批量的加工生產，所以在數控車床進行車軸批量車削時，無論是（shì）機床的坐標還是工件的坐標都是相對不變的。為了保證同一台數控車床上批量生產的車軸（zhóu）各部位尺寸一致，這就要求在加工同種型號車軸的（de）同一個位置時（shí）刀尖相對於（yú）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（xiàng）對於（yú）工件坐標的（de）一致性（xìng），同時（shí）由於每一次的刃磨角（jiǎo）度都不（bú）會完全相同，所以造成工件（jiàn）加工後的粗糙度完全不同，影響下道磨削工序的磨削。綜合種種因素選擇不需要刃（rèn）磨，耐用程度好，更（gèng）換時定位精度高的半（bàn）精車機夾車削（xuē）刀具（jù）。

      （5） 方刀台的改（gǎi）造方案。批量購入的半精（jīng）車車軸（zhóu）的待加工部位為車床粗車過的表麵，各部尺寸全部在粗加工的公差範圍內，這樣粗車（chē）給精車留有的（de）加（jiā）工餘量一致，同時軸頸、防塵板座、輪座部位的精車加工餘量比（bǐ）較小， （如RD2半精車車軸的軸（zhóu）頸粗車（chē）後的尺寸為φ134+2.00 mm，精車後的尺寸為φ130+0.400 mm，切（qiē）削深（shēn）度最大為2.8 mm） 所以在（zài）車削的過程（chéng）中無需進行換刀，利用一把刀具就能夠滿足加工要求，所以原有的方刀（dāo）台無需更換為（wéi）電動（dòng）轉位刀台。

      （6） 電控部分的改造方案。改造後的車床大小托板的運動分別由CNC控（kòng）製的兩台伺（sì）服電動機驅（qū）動，與機床主軸的運動沒有（yǒu）直接的連帶關係，同時（shí）為了減（jiǎn）小強電對CNC係統的幹擾，本著（zhe）節約（yuē）資金投入的原則，保留（liú）原有的配（pèi）電箱，單獨設立一（yī）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（jiān）控刀（dāo）具的（de）運（yùn）動軌跡是否與（yǔ）加工程序一致，將CNC控製麵板設在大托（tuō）板上與（yǔ）大托板同時運動，以保證工作者能夠同（tóng）時觀察到CNC控製麵（miàn）板（bǎn）上的顯示屏和正在加工的工件。同時也保證（zhèng）在出現（xiàn）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 機床的改造

     （1） 待改造機床的整修。為了保證機床的加工精度，在改造前要對機床的個部位進行整修，特別是主軸和機床的導軌（guǐ）要進行全（quán）麵細（xì）致的整修，恢複其原有的精度。

     （2） 大小托板的改造。改（gǎi）造後的機床專用於車軸的加工（gōng），而且車軸車削加工要在機床靠近尾（wěi）座部位進行，所以大托板（bǎn）的（de）滾珠絲杠（gàng）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（jī）床靠近床尾部位，為了方便維修和簡化結構將大托（tuō）板驅動伺服（fú）電動機安（ān）裝在機（jī）床床（chuáng）身尾部，用潤滑（huá）油箱取代溜板箱，將滾珠絲杠的絲母固定在潤滑油箱上（shàng）帶動大托板移動。小托板的改（gǎi）造，用滾珠（zhū）絲杠（直徑32 mm、螺距5 mm） 絲（sī）母代替原有的絲杠絲母，將驅動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（bǐ）較小，而且加工後的表（biǎo）麵（miàn）粗糙度要求不高（還要經過磨削） 所以我們（men）選用切削（xuē）刃長度為15 mm，強度比較高的正三角形半精車刀具，這樣可以充分利用刀（dāo）具的6個（gè）刀尖進行加（jiā）工，延長刀具（jù）的使用壽命。半精車車軸精（jīng）車後的部位最（zuì）小的過渡圓弧半徑為（wéi）2 mm，所以選取的（de）刀具的刀尖圓弧半徑≤2 mm。

     （4） 電控係統（tǒng）的改（gǎi）造。由於強電部分無（wú）需改（gǎi）造，隻需增加（jiā）CNC控製部分。為了（le）保證係統穩定和方便（biàn）日後的維（wéi）修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（biàn）頻驅動係（xì）統和與之（zhī）相配套的（de）1PH7伺服（fú）電機（jī）。

     （5） 加工程（chéng）序的編（biān）製。以機床主軸中心線為工件的Z坐（zuò）標，正方向指向床頭（tóu），以軸端對（duì）刀點作為Z軸的0點，在水平麵（miàn）內與主軸中心線垂直的軸為X軸，正（zhèng）方（fāng）向（xiàng）指向（xiàng）工作者，以與主軸相交的（de）點作為X軸的0點。采用包洛線的方法以刀尖圓弧的圓心點進行編程。由於（yú）半精（jīng）車以後的車軸給精車留的加工餘量比較小，所以在編程時軸頸、防塵板座和輪座部位（wèi）一次加工到位，而半精（jīng）車後的車軸的輪座前肩和卸荷槽部（bù）位為圓錐型加工餘量（liàng）比較大，編程時此處要進行多次循環加工。刀具（jù）的進給速度可以在（zài）加工過程中在（zài）加工（gōng）程序內進行調整或設置R參數根據生產進行調整。

4 經濟性能對比

     近幾（jǐ）年隨（suí）著需求的增加，機床市場日漸火爆，機床的價格也是節節攀升。購買一台（tái）加（jiā）工直徑為800 mm，加工工件長度為3 000 mm的經濟型數控車（chē）床的（de）價格為40多萬元，而隨著（zhe）數控車床的（de）投入使用（yòng），原有的普通車床將被閑置。對原（yuán）有機床進行適應性數控改造隻需要25萬元，並且能夠有效地利用原有的舊機床，提高（gāo）了機床的利用率，盤活了國有固定資產。而且改造後的機床結構比較（jiào）簡單，複雜係數（shù）低（dī），維修方便，維修成本也比較（jiào）低並且能夠滿足車軸加工的要求（如表1所示）。

     綜合計算，對原（yuán）有（yǒu）機床進（jìn）行適應性數（shù）控改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的資金，比較適於目前鐵路企（qǐ）業的發展。