廣州地鐵5號線車輪加工分析

■ 高慧麗 劉永杰

廣州地鐵5號線列車是南車青島四方機車車輛股份有限公司自主研發的直線電機車輛，從設計、工藝到實際生產過程，與以往車型區別很大，其車輪的加工更是不同于一般地鐵。其車輪需全身加工，加工內容較多，具有工藝復雜、精度要求高、加工時間長、技能水平高等特點。通過對該車輪的加工試驗，主要實現以下兩個目的。

（1）通過車輪加工工藝試驗，驗證車輪加工程序的正確性、刀具和工藝的合理性及工裝夾具的可靠性。

（2）根據車輪壓裝試驗的數據反饋，對車輪內孔表面粗糙度及加工紋理進行改善，滿足壓裝力、壓裝曲線及EN 13260標準的要求，積累試驗數據，改善工藝方法。

1 加工工藝分析

根據車輪加工部位和車間工藝裝備加工能力，參照以往車型車輪加工工藝情況，初步確定以下工序進行廣州地鐵5號線增購車輪的加工。

（1）車輪內孔加工。車輪需進行車輪油溝、內孔精加工。根據以往廣州地鐵和北京地鐵昌平線車輪壓裝的經驗，此工序的加工試驗在普通立車上進行，用成型刀加工油溝，用普通車刀做半精加工，最后用加工中心鏜刀精鏜車輪內孔。

（2）車輪全身加工。該步工序加工工步繁多且較精密，該工序在立式鏜銑數控車輪加工中心上首次全部加工，車輪加工程序需重新編制。具體加工程序試驗：將新編制的程序在數控車輪加工中心上編譯查錯，將程序空運行一遍，設定在單步運行模式，運行倍率在20%以下，仔細觀察運行路線與程序設定有無出入，隨時記錄，以備更改；在空運行合格的基礎上，裝夾毛坯車輪，單邊留1 mm余量進行試切，試切過程中，程序需在單步運行模式，運行倍率在20%以下，注意加工過程中刀具是否干涉、切削參數是否合理、加工部位尺寸及表面質量是否合格等，并隨時記錄，后續改善；在留余量試切合格的基礎上，裝夾毛坯車輪，按照車輪成品加工程序進行加工，直至加工質量滿足圖紙要求。

毛坯車輪外形見圖1。

2 車輪加工工藝過程

車輪加工工藝的合理與否直接關系著產品質量和生產效率，根據前述分析的工藝，廣州地鐵5號線車輪加工工藝按前述步驟進行。

2.1 內孔加工

用成型刀加工油溝，用普通車刀做車輪內孔的半精加工。鑒于此階段加工工藝已經較為成熟，不再用報廢車輪試加工，直接用現車車輪加工。車輪加工尺寸見圖2。

因輪對壓裝時按照基軸制選配，故加工車輪內孔尺寸要求比較嚴格，不但要考慮內孔尺寸，而且還得考慮裝配過盈量；事實上普通立車比較老舊，用光刀加工內孔的工藝不能控制過盈量（0.18～0.25 mm）。又因車輪注油孔已加工完畢，必須先將注油溝稍作加工，最后在精加工時刀具才不會因斷續加工影響精度。最終車輪內孔加工工藝確定如下。

在普通立車上粗車內孔至φ1740-0.2mm（見圖3）→將注油溝加工深約1 mm→精鏜孔（見圖4）→加工倒角、注油溝（見圖5）→120#砂紙打磨內孔（見圖6）。

圖1 毛坯車輪外形

圖2 車輪內孔及注油溝尺寸

精鏜時為省去車輪找正，在精鏜前用探頭進行了零點修正（見圖7），在后續加工時發現精鏜后的內孔呈現橢圓現象，分析認為鏜削加工余量不均勻，需增加粗鏜工序（見圖8）。

增加粗鏜工序后，橢圓現象消除。精鏜余量為0.1～0.15 mm。車輪加工完畢后，經技術、質檢人員首件鑒定，各部尺寸均符合要求。

此外，由于輻板孔已經加工完畢，且要求定位銷孔的位置度為0.1 mm，普通立車粗加工內孔時，必須調整滾動圓踏面跳動≤0.05 mm，輪輞跳動≤0.10 mm。因車輪內外輪輞面都已加工完畢，在調整輪輞跳動時需加千斤頂輔助。

2.2 輻板加工

車輪需進行全身加工，也就是除車輪踏面外的內外側輻板、內外側輞面等均需進行車削加工，車輪毛坯見圖9。

廣州地鐵5號線車型車輪在數控車輪加工中心上需進行外側輪輞、車輪內外側輻板及過渡圓弧、輪裝制動盤定位銷及螺栓安裝孔、車輪內孔、注油孔槽、磨耗線等部位的加工，車輪加工后的形狀見圖10。

車輪全身加工需分為兩個工序：正裝工序（以內輪輞面定位）和反裝工序（以外輪輞面定位）。

2.2.1 正裝工序

相對于北京地鐵昌平線車輪來說，廣州地鐵5號線車輪輻板結構較簡單，過渡圓弧少，相接平整圓滑。但車輪直徑較小，輻板空間較小，部分車刀的適用受到限制。開始商定使用“C_ROUGH”粗車刀進行粗加工，后使用T19圓刀片車刀精加工輪廓，后因粗車刀與輪輞及輪轂干涉，增加“FB53”車刀加工輻板面。在編程時將車刀連接處均“過切”一段，使接刀較自然，無臺階。

圖3 內孔粗車完畢

圖4 車輪精鏜

圖5 加工倒角、注油溝

圖6 打磨內孔

圖7 探頭修正零點

圖8 增加粗鏜工序

圖9 車輪毛坯

圖10 車輪加工后的形狀

正裝加工（見圖11）完畢后，用樣板及卡尺測量，符合圖紙要求。需修改的是精車余量0.5 mm稍大，T19車刀加工時會纏屑，改為0.3 mm較為適宜。

2.2.2 反裝工序

車輪反裝工序（見圖12）加工部位較多，在正裝加工調試成功的基礎上，輻板加工部分基本沒有問題。當輻板精加工最后倒R5 mm圓角時，發現鐵屑較大，停車發現輪轂R5 mm過渡圓弧過切，后將程序修改。

為驗證車輪全加工程序中輻板孔加工程序，用廢車輪進行試驗。經驗證，程序基本合理。加工過程內容如下：輻板螺栓安裝孔采用U鉆加工，輪裝制動盤定位銷孔采用U鉆和鏜刀相結合的方式進行加工，U鉆鉆頭和鏜刀刀片材料采用的硬質合金，相較于普通鉆頭和鉸刀不僅刀具消耗降低、加工效率提高，而且精度也有了很好的保證，使加工精度保證在一定的范圍內，不會出現大的波動。

圖11 車輪正裝加工部位（粗實線為加工面）

圖12 車輪反裝加工部位（粗實線為加工面）

2.3 程序調整

從程序的初步編制完成，到程序驗證結束，期間程序的改動量較大，在編程中需要注意的細節也較多。

（1）在加工圓弧等過渡面分兩刀時，在接刀部位需要多走一段距離，使接刀較自然，不留接刀痕或臺階。

（2）輻板過渡圓弧編制時，需注意順時針和逆時針方向的確認，改動程序較大時，應時刻注意。此次車輪輪轂過渡圓弧R5 mm的過切，即屬此種情況。

（3）加工程序因工藝調整改變，不同時間改正的程序版本要明確標識，機床驗證過的程序跟電腦中的程序也要明確標識，不能混淆。

（4）每次進行修改程序或重新拷貝到機床上的程序，都需要進行驗證，單步運行，20%以下的運行倍率。

3 結束語

廣州地鐵5號線車輪加工在DMG車銑中心上加工，車輪上裝有輪裝制動盤，該種結構是繼北京地鐵昌平線后，第2種采用該設計結構和加工組裝工藝的輪對，進一步鞏固全加工車輪的加工工藝能力。

廣州地鐵5號線車輪全加工的成功，充分利用了加工中心多軸聯動、高精度、高效率及作業內容適合工序集中的特點，將原來分散在普通立車上的工序加以集中，不僅提高了車輪的加工精度，而且生產效率也提高了3～4倍，為以后和車軸的互換性奠定了基礎。改寫了以往車輪只能由半成品→成品加工的歷史，開啟了車輪由毛胚→半成品→成品的加工線路。為后期高寒動車組車輪的自制加工提供了很好的借鑒和積累了經驗。

[1] 薛源順. 機床夾具設計[M]. 北京：機械工業出版社，2009.

[2] 崔兆華. 數控加工工藝[M]. 濟南：山東科學技術出版社，2005.

[3] 鄭修本. 機械制造工藝學[M]. 北京：機械工業出版社，2010.