摘要：結合現場（chǎng）實際，在技（jì）術性能和投資兩（liǎng）個方麵通過（guò）對比分析了鐵路車軸加工用普通車床的數控改造和新購置數控車床的經濟性和實（shí）用性。

關鍵詞：鐵路車軸加工 普（pǔ）通車床數（shù）控改造

      鐵路車輛（liàng）輪（lún）對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（guān）鍵（jiàn）部位，也是走行部中加工工序最為複雜要求精度最高的部件（jiàn）之一。車軸兩端的輪座、防塵板座、軸頸及各部位連接的過渡部位的幾何形狀和尺（chǐ）寸精度（dù）的好壞直接影（yǐng）響到運行中的列（liè）車的運（yùn）行安全。這需（xū）要良好的工裝設備進行車軸加工，以保證（zhèng）車軸各（gè）部位的幾何形狀和尺寸精度處於正常的公差範圍內，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廠進行組裝（zhuāng），而車輪廠購進（jìn）的車（chē）軸絕大多數是半（bàn）精車（chē）車軸，半精車車軸的（de）軸（zhóu）身部分已經（jīng）加工到（dào）最終的尺寸，在輪對組裝的車輪廠隻需要對車軸兩端（duān）的輪座、防塵板座、軸頸及過渡部位進（jìn）行車削精加工並磨削即可（kě）。目前，大多數的輪對生產單位都使用如（rú）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等外圓磨床進行軸頸部位的外圓磨削加工。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（háng）加工（gōng）。隨著火車提（tí）速和重（chóng）載的要求，車軸加工工藝發生了（le）改變（biàn），從2007年1月1日起所有新組裝的貨（huò）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（chuáng）進行一次性磨削加工，而成型磨床是（shì）利用一片砂輪在數控仿形修整後同時對輪座（zuò）前肩、防塵板座、卸荷槽和軸頸部位進行磨削，這樣要求磨削工序前的精車（chē）工序在加工這（zhè）4個部位時必須（xū）為磨削工序留出均勻的磨削（xuē）餘量，成型（xíng）磨床（chuáng）要求磨削餘量為0.30~0.50 mm。原有的CW6163或（huò）CW6180普通（tōng）車床在車削輪（lún）座、防塵板座、軸頸3處圓柱表麵時可以滿足該要（yào）求，但是在加工輪座前肩和卸荷槽（cáo）時是手工操縱機床的大托板和小托（tuō）板進行加工，無法滿足這（zhè）3個（gè）部位的磨削要（yào）求。

      隨著科技的飛速發展，出現了（le）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（gàng）為傳動介質，根據編（biān）製（zhì）的加工程序采用（yòng）兩軸聯動同時驅動大小托板，加（jiā）工出任（rèn）意複雜曲線的外圓，完全滿（mǎn）足新（xīn）工藝修改後對（duì）車軸輪座、輪座（zuò）前（qián）肩、防塵板座、卸荷（hé）槽和軸頸部位的加工要求。但是如果購置數控車床進行車（chē）軸的精車，將使原有的普通車床閑置，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（zài）實際的生產中發現隻要對原有的車軸精車車床進行一些改造，就（jiù）可以完全滿足生產的需（xū）要，同時能夠大大降低固定資（zī）產的（de）投入。

2 改造（zào）方案的（de）確定

      根據車軸（zhóu）的（de）加工特點和現場的實際加工（gōng）情況製定如下的改造方案（àn）。

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

      而（ér）福州（zhōu）機床（chuáng）生產（chǎn）的CW6180床身導軌寬度為600 mm比其他廠（chǎng）家的（de）同型號車床寬，機床的自重大，而且床身（shēn）為一（yī）體式床身，因（yīn）此其剛度和穩定性都比較好，很（hěn）利於車軸的加工，因（yīn）此選擇該機（jī）床為待（dài）改造機床。

     （2） 床頭箱主軸（zhóu）驅動部分的改造方案。車軸的輪座前肩、防塵板座、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，車削後的待磨削部位磨削餘量均勻（yún）一致（zhì），同（tóng）時為了保證砂輪各部位的磨耗一致（zhì），減（jiǎn）少修整砂輪的次數，提高砂輪的利用（yòng）率，也要（yào）求各待磨削表麵的粗糙（cāo）度要盡量保持一致。在數控臥式車床的使用中發現，可以在恒（héng）定轉數下（xià）通過調整刀具的（de）進給速度使工件不同直徑加工表（biǎo）麵的粗糙度達到（dào）一致，同時加工的（de）進給速度是在工件加工程序中設定的，機床可以根據加工程序的設定（dìng）自（zì）動（dòng）調整加工過程中的進（jìn）給（gěi）速度。綜合（hé）以上特點我們發現原有的普通車床的床頭箱主軸驅動部分不用進行改（gǎi）造（zào）。

     （3） 大（dà）小托板的改造方（fāng）案（àn）。車軸（zhóu）的（de）軸頸前端的1:10的倒角、輪座前肩和卸荷槽在車削加工（gōng）時必須大小托板（bǎn）同時動作，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（qiú）改造大托板時取消由進給（gěi）箱控製的（de）光杠和絲（sī）杠（gàng）保留控製杠，采用由伺服電動機（jī）單（dān）獨控製的滾珠絲杠驅（qū）動。小托板也（yě）采用伺服電動機單獨控製的滾珠絲（sī）杠驅（qū）動，已達到機床單軸驅動和兩軸同時驅動的要求。

      （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軌跡，而車軸的加工生（shēng）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，無論是機床（chuáng）的坐標（biāo）還是工件的（de）坐標都是相對不變的。為了保證同一台數（shù）控車床上批量生產的車軸各部位尺寸一致，這就要求在加（jiā）工同種型號車軸的同一個位置時刀尖相對於工件坐標必須一致，而傳統的焊接（jiē）硬質合金刀具需要經常（cháng）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（bú）會（huì）完全相同，所以造成工件加工（gōng）後的粗糙度完全不同，影響（xiǎng）下道磨削工序的磨削。綜合種種因素選擇不需要刃磨，耐用程度好，更換時定位精度高的半精車（chē）機夾車削（xuē）刀具。

      （5） 方刀台的改造（zào）方案。批量購入的半精車車軸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，這樣粗車給精車留有的加工餘量一致，同時軸頸、防塵板座、輪座部（bù）位的精車加工餘量比較小， （如RD2半精車車（chē）軸的軸頸粗車後的尺寸為φ134+2.00 mm，精（jīng）車後的（de）尺寸為φ130+0.400 mm，切削深度最大為2.8 mm） 所以在車削的過程中無需進行換刀（dāo），利用一把刀具就能夠滿足（zú）加工要求（qiú），所以原有的方刀台無需更換為電動轉位刀台。

      （6） 電控（kòng）部分的改造方（fāng）案。改造後的車床大小托板的運動分別由CNC控製（zhì）的兩台伺服電動機驅（qū）動，與機床主軸（zhóu）的（de）運（yùn）動沒有（yǒu）直接的連帶關係，同（tóng）時為了減小強電對CNC係統的幹擾，本著節約資（zī）金投入的原則，保留原有的配電箱，單（dān）獨設立一個CNC係統的控製櫃。為了保證在車軸加工的過程（chéng）中能夠實時監控刀具（jù）的運動軌跡是否與（yǔ）加工程序一致，將CNC控製麵板設在大托板上與大托板同（tóng）時運動，以保證工作者（zhě）能夠同時觀察到CNC控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（xiàn）緊急情況時工（gōng）作者能（néng）夠在第一時（shí）間對機床做出正確的操控（kòng）。

3 機床的改（gǎi）造

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

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

    （3） 刀具（jù）的選擇。由於車軸的切（qiē）削深（shēn）度比較（jiào）小，而且加工後的表麵粗糙（cāo）度（dù）要（yào）求不高（gāo）（還要經過磨削） 所以我們選用切削刃長度為15 mm，強度比較高的正三角形半精車刀（dāo）具（jù），這樣可以充分（fèn）利用刀具的6個刀尖進行加工，延長刀具的使用壽命。半（bàn）精（jīng）車車軸精車（chē）後（hòu）的部位最小（xiǎo）的過渡圓弧半徑為2 mm，所以選取（qǔ）的刀具的刀尖圓弧（hú）半徑≤2 mm。

     （4） 電控（kòng）係統的改造（zào）。由於強電部分無需改造，隻需增（zēng）加CNC控製部（bù）分。為了保證係統穩定和方便（biàn）日後的維修采用西門子公司麵向我國開發的SINUMERIK801數控（kòng）係統，配以雙軸型的SIMODRIVE611變頻驅動係統和與之相配套（tào）的（de）1PH7伺服電機。

     （5） 加工程序的編製。以機床主軸中心線為工件的Z坐標，正方向指向床頭，以軸端對刀點作為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（yǐ）與主軸相交的點作為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。由於半精車以後的車軸給精車留的加工餘量比較小，所以在（zài）編程時軸頸、防塵板（bǎn）座和輪（lún）座（zuò）部（bù）位一次加工到位，而半精車後的車軸的輪座前肩和卸荷槽（cáo）部（bù）位為圓錐型加工（gōng）餘量比較大，編程時此處要（yào）進行多次循環加工。刀具的進（jìn）給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（shù）根據（jù）生產進行調整。

4 經濟性能對比

     近幾年隨著需求的增加，機床市場日（rì）漸火爆，機床的價格也是節節攀升。購買一台加工直徑為800 mm，加工（gōng）工（gōng）件長度為3 000 mm的（de）經濟型數控車床的價格為40多萬元，而隨著數控車床的投入使用，原有的普通車床將被閑置。對（duì）原（yuán）有機床進行適應（yīng）性數控改造隻需要25萬元，並且能（néng）夠（gòu）有（yǒu）效地利用原有的舊機床，提高了機床的利用率（lǜ），盤活了國有固定資產。而且改造後的機床（chuáng）結構比較簡單，複雜係數低，維修方便，維修成本也比較低並且能夠滿足車軸（zhóu）加（jiā）工的要求（如表1所（suǒ）示）。

     綜合（hé）計算，對原有（yǒu）機床進行適應性數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（chōng）分有效的利用企業的資金，比較適（shì）於目前（qián）鐵路企業的發展。