某車輛段雙軸不落輪鏇床的調試與應用

范俊韜

（廣州地鐵集團有限公司，廣州 510380）

0 引言

鏇床作為車輛專用的輪對加工設備，關鍵的鏇修質量點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據登記4個方面的要求，每一個關鍵質量點的實現都必須基于鏇床各系統的可靠動作、精確量度[1]。因此，通過制定細致全面的測試內容檢驗機床的加工能力、測量能力，有效規避設備功能隱患，是保障輪對順利鏇修、不影響車輛運營上線的重要手段。

1 雙軸鏇床調試

1.1 調試內容制定

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

（1）系統的幾何誤差，主要在機床主軸回轉運動、機床導軌直線運動、機床刀架傳送運動過程中產生。

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

（3）刀具參數，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，主要包括切削速度v、進給量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，應認可鏇床這一精密的數控機床在出廠前、安裝后的精度，應認可其加工過程中的運動路徑是有效、精準的。

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，驅動滾輪在旋轉過程中，輪對軸箱始終可以保持在一條中心水平的直線上，刀架則是由電機加滾珠絲杠螺母副方式進行傳動，在調試計劃中應降低加工過程中產生受力變形、熱變形影響的概率。

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

對于原因（4），加工參數可以根據每次加工作業的實際情況進行選擇，是一個變量，單刀切削深度為0～6.0 mm，100%倍率下切削速度（主軸轉速）為60 rev/min、進給量為0.45 mm/rev，可選調整倍率范圍0%～120%，同時表面粗糙度、進給量、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，可以理解加工參數是影響生產現場輪對鏇修質量的最重要原因，故結合知識城線RA?FAMET UGE150N單軸鏇床近一年的運用經驗，在測試過程中選擇了80%進給倍率、90%轉速倍率的經濟方式進行普通切削與功能調試，開展的內容如表1所示。

表1 雙軸鏇床調試作業測試內容及目的

1.2 調試數據的驗證

各項加工性能指標、測量精度參數的合格判定標準來自于鏇床采購合同技術規格書、合同現場調試驗收文件以及車輛輪對管理規定，如表2所示。

表2 雙軸鏇床主要加工、測量精度參數要求

從操作過程和結果數據來看，鏇床的整體操作功能、加工性能是處于良好狀態的，能夠滿足輪對加工運用需求。

2 雙軸鏇床應用過程的鏇修效率

2UGE150N型雙軸鏇床于2018年8月完成功能調試，11月完成設備預驗收并正式開始進行客車輪對鏇修作業。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條軸作業情況統計，根據具體需加工數目的不同，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（不包含設備突發故障、同根軸多次切削等特殊情況），鏇修效率以倍數來計，該車輛段雙軸RA?FAMET 2UGE150N鏇床是鎮龍車輛段單軸RAFAMET UGE150N鏇床的1.82倍，具體如表3所示。

表3 鏇床加工數量、工時及效率對比

基于2019－2020年的鏇修數據統計，可以看出十四號線、知識城線鏇修工作量在數值上較為一致，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、轉換為工作時段，包含調車占有的工時，兩條線路的每列車鏇修都需占用1.5～2天。

3 雙軸鏇床目前應用存在的問題

3.1 輪對加工后產生同軸輪徑超差

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

表4 同軸輪對鏇修輪徑超標對比

3.2 同軸輪徑產生誤差的可能原因

（1）工藝系統的誤差。車輪踏面加工的過程中，刀具發生的位置變化、彈性形變等引起踏面受力點不斷變換交錯、切削力阻力不斷變化，是產生一定誤差的原因[5]。但通過對近半年鏇后輪對表面的觀察記錄，踏面黑皮、壓痕發生的概率極低，約9.13%，未見出現踏面擦傷、臺階等異?，F象，認為由于工藝系統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，其機床具備進給伺服系統補償功能，加工刀架進給由縱橫向伺服電機驅動控制，采用全閉環控制系統，閉環控制使用增量式光電檢測裝置，該裝置安裝于伺服電機的轉軸上，用于檢測監視伺服的轉角，推算出刀架橫向、縱向的實際位移量。編碼器產生正弦/余弦模擬電平反饋信號，信號反饋到NCU裝置的比較器中，與程序指令值進行比較，用差值進行控制，精度可達到0.1μm[7]。即U2000型鏇床在加工過程中，選擇目標值后，根據切削深度的不同，需要設置2刀甚至更多去進行輪對加工，一般情況，第一刀切除0.6 mm深度后，刀架退刀、測量盤升起進行二次測量，通過二次測量對比當前輪徑值與目標輪徑值的差值來調整最后一刀的補償值，自動調整電機進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型鏇床采用半閉環控制系統，伺服系統接受指令并執行，在執行的過程中，伺服電機本身的電磁編碼器進行位置反饋給系統進行偏差修正，但保證的是伺服系統本身動作的精度，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 現采取的誤差調整措施

（1）當同軸輪對鏇修超差后，通過導出近一個月內主機、從機鏇修數據記錄表并計算平均加工偏差，人為進入操作面板設置刀具補償值，可以在短期內緩解輪對返鏇發生的概率。

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

4 結束語

本文論述了某車輛段雙軸不落輪鏇床的調試與應用，十四號線采用的RAFAMET不落輪鏇床在今后的運用中，通過人工設置刀具補償值以及分刀加工提高切削準確度，是保障機床鏇修效率、鏇修質量的重要手段。