高速機車輪車削加工工藝優化方案

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摘要：針對Φ1250高速機車輪結構復雜、加工精度高等難題，選用加工刀具、制定車削加工方案、編寫加工程序并上機試切以驗證加工方案的合理性。在試切過程中通過分析加工中心左右通道加工、等待時長及速度匹配情況，優化加工工藝方案，選用更合適的刀具，最終大幅提升了加工效率，而且表面加工質量也明顯提高，為后續加工該類機車輪積累了寶貴經驗。

關鍵詞：機車輪；車削加工；工藝；優化

Φ1250高速機車輪是太原重工軌道交通設備有限公司出口歐洲某國的高端機車輪產品，在此之前已成功研制了時速160km客運機車用Φ1250機車輪，但其在結構復雜程度及尺寸精度要求方面與Φ1250高速機車輪相比都有一定差距。該Φ1250高速機車輪之前一直由歐洲某國際知名車輪廠商壟斷生產，此次太原重工軌道交通設備有限公司能夠成功開發并批量生產該機車輪，不僅打破了國外競爭對手在高端機車輪產品制造領域的壟斷，也對后續開發高端機車輪市場以及技術創新和經驗儲備等方面有著重要的戰略意義。Φ1250高速機車輪制造的最大難點和瓶頸都在加工環節，而且該產品交貨期非常緊張，因此本文針對該機車輪原車削加工工藝方案加工效率較低無法滿足產品交付期的問題進行了優化。

1Φ1250高速機車輪結構及技術參數

Φ1250高速機車輪三維模型如圖1所示。其主要技術參數如下：材質為ER9；滾動圓直徑為Φ1250±0．25mm，表面硬度為HB265～HB302；輻板厚度為31±0．3mm，表面粗糙度為Rz10，平面端面跳動≤0．1mm，內外側輻板平行度≤0．1mm；內側輞轂距為10．5±0．3mm，內側輞輻距為52±0．3mm。該機車輪結構與常規機車輪相比較為特殊，其外側輪轂需車削加工特殊形狀的環槽，環槽直徑為Φ303±0．2mm，內部開口寬度為20±0．2mm，環槽底部距輪轂端面的距離為43±0．3mm，在此基礎上還需銑削加工180°對稱分布的輪轂凸臺。

2原車削加工工藝方案

Φ1250高速機車輪車削加工在RQQ－1雙刀架立式車削加工中心完成，該加工中心采用雙刀對零件同時車削，其加工效率的高低取決于左、右刀架加工時間的重疊程度，即雙刀應盡可能同時進行加工，理論上加工效率較單刀加工可提高50％。但為了防止左、右刀架加工時發生干涉或切削速度不匹配，在加工過程中左、右刀架通過等待協調機制來控制，即在同一個同步時段中，若某刀架先加工完畢，則等待，直至另一刀架完成本同步時段中的加工任務，左、右刀架才繼續進行下時段的加工任務。RQQ－1加工中心采用西門子840D控制系統，其具有多通道控制功能，左、右刀架的工作進程由系統的等待協調指令來實現，其中通道1（右刀架）為主通道，等待指令為SETM（n）－WAITM（n）或WAITM（n）－WAITM（n）。Φ1250高速機車輪加工各部位名稱示意圖如圖2所示，原車削加工方案工步設計如表1所示。圖1Φ125各工步依據加工機車輪各部位特征選擇相適應的刀具，具體如表2所示。RQQ－1加工中心采用與加工部位相適應的定制刀柄刀具工裝系統，加工機車輪內側面時裝夾踏面，加工機車輪外側面時裝夾輪緣。經試切測算，加工一個機車輪平均耗時約135min，每臺機床每班僅能加工機車輪3件～4件，照此加工效率完全無法滿足產品交付期，因此需要對上述車削加工工藝方案進行優化，在保證產品質量的前提下盡可能提高加工效率，以保證交貨期。

3改進后的車削加工工藝方案

通過在原方案試切過程中觀察各刀架加工、等待時長及速度匹配情況，發現左刀架T3W在精車轂徑及粗車輻板直線時等待右刀架T2精車轂面時間較長，且右刀架T2粗車輪緣、踏面后再精車轂面走過的空行程也較長，很浪費時間；其次左刀架T8在精車到限槽時等待右刀架T11粗車、T12精車輪轂環槽時間較長，同時右刀架T11粗車完輪轂環槽后底部斜線位置余量很大，需要T12走4刀才能加工到位，比較耗費時間。針對上述問題，經過研究分析，決定左刀架T3W在加工輞徑、輻板、轂徑時將轂面也一并加工，右刀架T2粗車完輪緣、踏面后無需走很長的空行程到轂面位置等待左刀架T3W加工完成后再精車轂面，節省了很多時間；而且轂徑和轂面無需接刀，過渡圓弧非常飽滿。但這樣做也有缺點，就是加工時轂長不能通過修改刀具參數來單獨調整，致使牽一發而動全身。左刀架T8精車到限槽時可以與右刀架T11粗車轂徑環槽同時進行，這樣左刀架就不用一直等右刀架加工完轂徑環槽后才加工到限槽，節省了很多時間。右刀架T11粗車轂徑環槽時可以走仿形刀路，即T11切槽刀在徑向插削去量后單邊留1mm余量，再沿環槽輪廓整體加工一刀，這樣T12精車時只需加工2刀即可到位，節約了加工時間的同時也降低了T12刀片的磨損，但編程時需格外注意上下刀沿位置，避免過切。改進后的加工工步設計方案和配刀方案如表3、表4所示。經過再次試切測算，改進后的車削加工工藝方案加工一個機車輪平均耗時約75min，每臺機床每班平均加工機車輪8件～9件，較原加工方案效率提高了一倍，且加工質量也有一定提升，保證了每班的加工質量和產量，進而保證了交貨期。Φ1250高速機車輪加工實物如圖3所示。

4結論

（1）改進后的車削加工工藝方案較原方案加工效率提高近一倍，表面加工質量也有明顯提升。（2）RQQ－1機床的加工效率很大程度上取決于左、右刀架加工時的重疊程度，即左、右刀架應盡可能地同時加工才能最大程度地發揮RQQ－1機床雙刀加工的優勢；此外加工方案設計應盡量避免刀具進退刀距離太遠及空行程太多，同時進退刀時應盡量使用快速移動指令G0以節約時間。（3）切槽刀不僅可以徑向插削切槽，也可以當尖刀使用來車削輪廓，編程時應注意上下刀沿的位置以避免過切。

參考文獻：

［1］李曉磊．雙刀車削數控代碼可視化校驗系統關鍵技術研究［D］．安徽：合肥工業大學，2009：12－13．

作者：穆偉 單位：太原重工軌道交通設備有限公司