某車輛段雙軸不落輪鏇床的調(diào)試與應(yīng)用

范俊韜

（廣州地鐵集團(tuán)有限公司，廣州 510380）

0 引言

鏇床作為車輛專用的輪對加工設(shè)備，關(guān)鍵的鏇修質(zhì)量點(diǎn)包含鏇前后輪對尺寸測量、鏇后踏面幾何廓形偏差、鏇后輪對踏面粗糙度及輪對數(shù)據(jù)登記4個方面的要求，每一個關(guān)鍵質(zhì)量點(diǎn)的實現(xiàn)都必須基于鏇床各系統(tǒng)的可靠動作、精確量度[1]。因此，通過制定細(xì)致全面的測試內(nèi)容檢驗機(jī)床的加工能力、測量能力，有效規(guī)避設(shè)備功能隱患，是保障輪對順利鏇修、不影響車輛運(yùn)營上線的重要手段。

1 雙軸鏇床調(diào)試

1.1 調(diào)試內(nèi)容制定

一般來說，在車削加工中，機(jī)床、夾具、工件、刀具是一個彈性系統(tǒng)，影響工件加工質(zhì)量（包括加工精度、表面質(zhì)量）的原因大體可以分為4點(diǎn)。

（1）系統(tǒng)的幾何誤差，主要在機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動、機(jī)床導(dǎo)軌直線運(yùn)動、機(jī)床刀架傳送運(yùn)動過程中產(chǎn)生。

（2）在車削加工過程中產(chǎn)生的振動、加工過程中工件、刀具位置發(fā)生變化產(chǎn)生異常的受力變形、熱變形[2]。

（3）刀具參數(shù)，影響最大的是刀尖圓弧半徑re、副偏角和修光刃[3]。刀尖圓弧半徑re越大，工件切削殘留高度減少，粗糙度越低；副偏角越小，粗糙度越低；修光刃的存在則可以有效降低表面粗糙度。

（4）加工參數(shù)，主要包括切削速度v、進(jìn)給量f、切削深度ap[4]。切削速度較低易形成積屑瘤和鱗刺，增大粗糙度；進(jìn)給量減少可降低殘留面積以及積屑瘤和鱗刺的高度，降低粗糙度；切削深度過大會影響表面質(zhì)量，切削深度過小時（低于0.03 mm）刀尖擠壓表面引起附件的塑性形變增大表面粗糙度。

對于原因（1），在既定條件下，應(yīng)認(rèn)可鏇床這一精密的數(shù)控機(jī)床在出廠前、安裝后的精度，應(yīng)認(rèn)可其加工過程中的運(yùn)動路徑是有效、精準(zhǔn)的。

對于原因（2），鏇床提供了頂鐵支撐、壓爪下壓、靠輪定位、輪對對中檢測功能，驅(qū)動滾輪在旋轉(zhuǎn)過程中，輪對軸箱始終可以保持在一條中心水平的直線上，刀架則是由電機(jī)加滾珠絲杠螺母副方式進(jìn)行傳動，在調(diào)試計劃中應(yīng)降低加工過程中產(chǎn)生受力變形、熱變形影響的概率。

對于原因（3），鏇床采用的刀具參數(shù)可以視作一個近似的定量，為R4弧線、進(jìn)口4.0 mm半徑的合金刀粒。

對于原因（4），加工參數(shù)可以根據(jù)每次加工作業(yè)的實際情況進(jìn)行選擇，是一個變量，單刀切削深度為0～6.0 mm，100%倍率下切削速度（主軸轉(zhuǎn)速）為60 rev/min、進(jìn)給量為0.45 mm/rev，可選調(diào)整倍率范圍0%～120%，同時表面粗糙度、進(jìn)給量、刀具半徑之間存在一個近似計算公式故刀具半徑為定量時，進(jìn)給量越大，鏇修后輪對表面粗糙度越大。

通過以上論述，可以理解加工參數(shù)是影響生產(chǎn)現(xiàn)場輪對鏇修質(zhì)量的最重要原因，故結(jié)合知識城線RA?FAMET UGE150N單軸鏇床近一年的運(yùn)用經(jīng)驗，在測試過程中選擇了80%進(jìn)給倍率、90%轉(zhuǎn)速倍率的經(jīng)濟(jì)方式進(jìn)行普通切削與功能調(diào)試，開展的內(nèi)容如表1所示。

表1 雙軸鏇床調(diào)試作業(yè)測試內(nèi)容及目的

1.2 調(diào)試數(shù)據(jù)的驗證

各項加工性能指標(biāo)、測量精度參數(shù)的合格判定標(biāo)準(zhǔn)來自于鏇床采購合同技術(shù)規(guī)格書、合同現(xiàn)場調(diào)試驗收文件以及車輛輪對管理規(guī)定，如表2所示。

表2 雙軸鏇床主要加工、測量精度參數(shù)要求

從操作過程和結(jié)果數(shù)據(jù)來看，鏇床的整體操作功能、加工性能是處于良好狀態(tài)的，能夠滿足輪對加工運(yùn)用需求。

2 雙軸鏇床應(yīng)用過程的鏇修效率

2UGE150N型雙軸鏇床于2018年8月完成功能調(diào)試，11月完成設(shè)備預(yù)驗收并正式開始進(jìn)行客車輪對鏇修作業(yè)。截至2020年9月底，通過對十四號線31列電客車、1 576條軸及知識城線25列電客車、1 271條軸作業(yè)情況統(tǒng)計，根據(jù)具體需加工數(shù)目的不同，每次車輪鏇修深度平均在1.1～1.2 mm，鏇修一列電客車所需時間在8.5～15.5 h（不包含設(shè)備突發(fā)故障、同根軸多次切削等特殊情況），鏇修效率以倍數(shù)來計，該車輛段雙軸RA?FAMET 2UGE150N鏇床是鎮(zhèn)龍車輛段單軸RAFAMET UGE150N鏇床的1.82倍，具體如表3所示。

表3 鏇床加工數(shù)量、工時及效率對比

基于2019－2020年的鏇修數(shù)據(jù)統(tǒng)計，可以看出十四號線、知識城線鏇修工作量在數(shù)值上較為一致，雖然初步的效率計算，雙軸鏇床效能明顯高于單軸鏇床，但由于投入的人力翻倍、轉(zhuǎn)換為工作時段，包含調(diào)車占有的工時，兩條線路的每列車鏇修都需占用1.5～2天。

3 雙軸鏇床目前應(yīng)用存在的問題

3.1 輪對加工后產(chǎn)生同軸輪徑超差

2019年3月起，雙軸鏇床在鏇修作業(yè)過程中陸續(xù)出現(xiàn)單次切削后同軸輪徑超差大于0.5 mm、需要進(jìn)行二次加工的情況，具體表現(xiàn)在目標(biāo)值與實際值存在加工偏差。通過導(dǎo)出鏇床主機(jī)105組數(shù)據(jù)、從機(jī)114組數(shù)據(jù)并計算，主、從機(jī)加工后輪徑值與加工前目標(biāo)值的差值不在[－0.25，0.25]mm范圍內(nèi)的占比平均達(dá)35.96%，預(yù)計每列車增加鏇修工時2～3 h；通過平均加工偏差值進(jìn)行刀具補(bǔ)償數(shù)據(jù)修正，同軸輪對返鏇率降低為21.48%，即通過人工校準(zhǔn)刀具補(bǔ)償值能夠短期改善鏇修精度，但補(bǔ)償后使用周期超過一個月，鏇床又會出現(xiàn)不達(dá)標(biāo)占比增長的情況。

表4 同軸輪對鏇修輪徑超標(biāo)對比

3.2 同軸輪徑產(chǎn)生誤差的可能原因

（1）工藝系統(tǒng)的誤差。車輪踏面加工的過程中，刀具發(fā)生的位置變化、彈性形變等引起踏面受力點(diǎn)不斷變換交錯、切削力阻力不斷變化，是產(chǎn)生一定誤差的原因[5]。但通過對近半年鏇后輪對表面的觀察記錄，踏面黑皮、壓痕發(fā)生的概率極低，約9.13%，未見出現(xiàn)踏面擦傷、臺階等異常現(xiàn)象，認(rèn)為由于工藝系統(tǒng)存在誤差造成同軸輪徑超差的可能性較低。

（2）加工原理的誤差。在理論計劃設(shè)定中，車輪踏面加工要求刀具表面曲面是高精度的，但實際操作中，刀具使用的是類似直線、弧線的曲面，這種替代方法使得加工廓形可能存在一定誤差。

（3）誤差在加工過程中沒有得到及時的檢測與補(bǔ)償[6]。以八號線赤沙車輛段采用的Hegenscheidt－MFD U2000型不落輪鏇床為例，其機(jī)床具備進(jìn)給伺服系統(tǒng)補(bǔ)償功能，加工刀架進(jìn)給由縱橫向伺服電機(jī)驅(qū)動控制，采用全閉環(huán)控制系統(tǒng)，閉環(huán)控制使用增量式光電檢測裝置，該裝置安裝于伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上，用于檢測監(jiān)視伺服的轉(zhuǎn)角，推算出刀架橫向、縱向的實際位移量。編碼器產(chǎn)生正弦/余弦模擬電平反饋信號，信號反饋到NCU裝置的比較器中，與程序指令值進(jìn)行比較，用差值進(jìn)行控制，精度可達(dá)到0.1μm[7]。即U2000型鏇床在加工過程中，選擇目標(biāo)值后，根據(jù)切削深度的不同，需要設(shè)置2刀甚至更多去進(jìn)行輪對加工，一般情況，第一刀切除0.6 mm深度后，刀架退刀、測量盤升起進(jìn)行二次測量，通過二次測量對比當(dāng)前輪徑值與目標(biāo)輪徑值的差值來調(diào)整最后一刀的補(bǔ)償值，自動調(diào)整電機(jī)進(jìn)給量以控制滾珠絲杠螺母副的行程，保證加工后輪對踏面的廓形精度、尺寸精度[8]。而對比之下，2UGE150N以及UGE150N型鏇床采用半閉環(huán)控制系統(tǒng)，伺服系統(tǒng)接受指令并執(zhí)行，在執(zhí)行的過程中，伺服電機(jī)本身的電磁編碼器進(jìn)行位置反饋給系統(tǒng)進(jìn)行偏差修正，但保證的是伺服系統(tǒng)本身動作的精度，卻不好避免初始測量誤差，故鏇床在徑向圓跳動值較大時較難控制刀粒對車輪的吃刀深度。

3.3 現(xiàn)采取的誤差調(diào)整措施

（1）當(dāng)同軸輪對鏇修超差后，通過導(dǎo)出近一個月內(nèi)主機(jī)、從機(jī)鏇修數(shù)據(jù)記錄表并計算平均加工偏差，人為進(jìn)入操作面板設(shè)置刀具補(bǔ)償值，可以在短期內(nèi)緩解輪對返鏇發(fā)生的概率。

（2）針對徑向圓跳動超過0.6 mm的車輪，主動分次鏇修加工，即分次設(shè)置輪徑目標(biāo)值，一刀切除跳動值，提高測量準(zhǔn)確度，再進(jìn)行第二刀加工，可以改善加工偏差。

4 結(jié)束語

本文論述了某車輛段雙軸不落輪鏇床的調(diào)試與應(yīng)用，十四號線采用的RAFAMET不落輪鏇床在今后的運(yùn)用中，通過人工設(shè)置刀具補(bǔ)償值以及分刀加工提高切削準(zhǔn)確度，是保障機(jī)床鏇修效率、鏇修質(zhì)量的重要手段。