高速机车轮车削加工工艺优化方案

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摘要：针对Φ1250高速机车轮结构复杂、加工精度高等难题，选用加工刀具、制定车削加工方案、编写加工程序并上机试切以验证加工方案的合理性。在试切过程中通过分析加工中心左右通道加工、等待时长及速度匹配情况，优化加工工艺方案，选用更合适的刀具，最终大幅提升了加工效率，而且表面加工质量也明显提高，为后续加工该类机车轮积累了宝贵经验。

关键词：机车轮；车削加工；工艺；优化

Φ1250高速机车轮是太原重工轨道交通设备有限公司出口欧洲某国的高端机车轮产品，在此之前已成功研制了时速160km客运机车用Φ1250机车轮，但其在结构复杂程度及尺寸精度要求方面与Φ1250高速机车轮相比都有一定差距。该Φ1250高速机车轮之前一直由欧洲某国际知名车轮厂商垄断生产，此次太原重工轨道交通设备有限公司能够成功开发并批量生产该机车轮，不仅打破了国外竞争对手在高端机车轮产品制造领域的垄断，也对后续开发高端机车轮市场以及技术创新和经验储备等方面有着重要的战略意义。Φ1250高速机车轮制造的最大难点和瓶颈都在加工环节，而且该产品交货期非常紧张，因此本文针对该机车轮原车削加工工艺方案加工效率较低无法满足产品交付期的问题进行了优化。

1Φ1250高速机车轮结构及技术参数

Φ1250高速机车轮三维模型如图1所示。其主要技术参数如下：材质为ER9；滚动圆直径为Φ1250±0．25mm，表面硬度为HB265～HB302；辐板厚度为31±0．3mm，表面粗糙度为Rz10，平面端面跳动≤0．1mm，内外侧辐板平行度≤0．1mm；内侧辋毂距为10．5±0．3mm，内侧辋辐距为52±0．3mm。该机车轮结构与常规机车轮相比较为特殊，其外侧轮毂需车削加工特殊形状的环槽，环槽直径为Φ303±0．2mm，内部开口宽度为20±0．2mm，环槽底部距轮毂端面的距离为43±0．3mm，在此基础上还需铣削加工180°对称分布的轮毂凸台。

2原车削加工工艺方案

Φ1250高速机车轮车削加工在RQQ－1双刀架立式车削加工中心完成，该加工中心采用双刀对零件同时车削，其加工效率的高低取决于左、右刀架加工时间的重叠程度，即双刀应尽可能同时进行加工，理论上加工效率较单刀加工可提高50％。但为了防止左、右刀架加工时发生干涉或切削速度不匹配，在加工过程中左、右刀架通过等待协调机制来控制，即在同一个同步时段中，若某刀架先加工完毕，则等待，直至另一刀架完成本同步时段中的加工任务，左、右刀架才继续进行下时段的加工任务。RQQ－1加工中心采用西门子840D控制系统，其具有多通道控制功能，左、右刀架的工作进程由系统的等待协调指令来实现，其中通道1（右刀架）为主通道，等待指令为SETM（n）－WAITM（n）或WAITM（n）－WAITM（n）。Φ1250高速机车轮加工各部位名称示意图如图2所示，原车削加工方案工步设计如表1所示。图1Φ125各工步依据加工机车轮各部位特征选择相适应的刀具，具体如表2所示。RQQ－1加工中心采用与加工部位相适应的定制刀柄刀具工装系统，加工机车轮内侧面时装夹踏面，加工机车轮外侧面时装夹轮缘。经试切测算，加工一个机车轮平均耗时约135min，每台机床每班仅能加工机车轮3件～4件，照此加工效率完全无法满足产品交付期，因此需要对上述车削加工工艺方案进行优化，在保证产品质量的前提下尽可能提高加工效率，以保证交货期。

3改进后的车削加工工艺方案

通过在原方案试切过程中观察各刀架加工、等待时长及速度匹配情况，发现左刀架T3W在精车毂径及粗车辐板直线时等待右刀架T2精车毂面时间较长，且右刀架T2粗车轮缘、踏面后再精车毂面走过的空行程也较长，很浪费时间；其次左刀架T8在精车到限槽时等待右刀架T11粗车、T12精车轮毂环槽时间较长，同时右刀架T11粗车完轮毂环槽后底部斜线位置余量很大，需要T12走4刀才能加工到位，比较耗费时间。针对上述问题，经过研究分析，决定左刀架T3W在加工辋径、辐板、毂径时将毂面也一并加工，右刀架T2粗车完轮缘、踏面后无需走很长的空行程到毂面位置等待左刀架T3W加工完成后再精车毂面，节省了很多时间；而且毂径和毂面无需接刀，过渡圆弧非常饱满。但这样做也有缺点，就是加工时毂长不能通过修改刀具参数来单独调整，致使牵一发而动全身。左刀架T8精车到限槽时可以与右刀架T11粗车毂径环槽同时进行，这样左刀架就不用一直等右刀架加工完毂径环槽后才加工到限槽，节省了很多时间。右刀架T11粗车毂径环槽时可以走仿形刀路，即T11切槽刀在径向插削去量后单边留1mm余量，再沿环槽轮廓整体加工一刀，这样T12精车时只需加工2刀即可到位，节约了加工时间的同时也降低了T12刀片的磨损，但编程时需格外注意上下刀沿位置，避免过切。改进后的加工工步设计方案和配刀方案如表3、表4所示。经过再次试切测算，改进后的车削加工工艺方案加工一个机车轮平均耗时约75min，每台机床每班平均加工机车轮8件～9件，较原加工方案效率提高了一倍，且加工质量也有一定提升，保证了每班的加工质量和产量，进而保证了交货期。Φ1250高速机车轮加工实物如图3所示。

4结论

（1）改进后的车削加工工艺方案较原方案加工效率提高近一倍，表面加工质量也有明显提升。（2）RQQ－1机床的加工效率很大程度上取决于左、右刀架加工时的重叠程度，即左、右刀架应尽可能地同时加工才能最大程度地发挥RQQ－1机床双刀加工的优势；此外加工方案设计应尽量避免刀具进退刀距离太远及空行程太多，同时进退刀时应尽量使用快速移动指令G0以节约时间。（3）切槽刀不仅可以径向插削切槽，也可以当尖刀使用来车削轮廓，编程时应注意上下刀沿的位置以避免过切。

参考文献：

［1］李晓磊．双刀车削数控代码可视化校验系统关键技术研究［D］．安徽：合肥工业大学，2009：12－13．

作者：穆伟 单位：太原重工轨道交通设备有限公司