列车车轮轮芯加工数控立车

在生产铁路车辆时, 车轮轮孔及车轴轴径的加工是个保证铁路安全运输的一道关键的工序, 而且也是个瓶颈工序。车轮内孔和车轴轴径加工完成后需要进行过盈配合压装, 这对车轮内孔和车轴轴径的加工要求很高。一是配合公差要求为Φ0.21/0.19, 公差尺寸很小；二是对车轮内孔的形位公差和表面粗糙度都有很高的要求, 此外, 对车轮内孔的上过渡圆弧（R5）和下过渡圆弧（R3）的加工也有一定的要求, 由于车轮内孔的加工相对比较困难, 所以在传统的加工工艺中是用车轴轴径来满足车轮内孔的要求, 即先将内孔按不确定尺寸加工好, 然后根据实际测量的尺寸来加工车轴轴径。

传统的车轮内孔加工工艺存在以下缺点：加工尺寸误差大, 表面粗糙度低, 上、下过渡圆弧不标准, 采用这种加工工艺导致生产效率低, 配合质量差, 退轮率高, 且占用工作场地大。

目前车轮内孔的加工普遍采用普通立式车床, 该车床靠人工控制加工尺寸, 且卡持车轮都是用人工通过四个卡爪来完成, 工件找正十分困难, 所以很难满足车轮内孔的图纸工艺要求.

可见, 这种传统且落后的工艺方法已经完全不能满足铁路跨越式发展所要求的快速重载的需要。

为了解决车轮轮孔加工的工艺问题, 我们经过大量的调查研究, 并结合我们多年的生产实践, 提出了车轮加工的新工艺。

这种新的工艺方法采用我们研制的QIY-85型车轮内孔加工专用数控立式车床, 使车轮内孔和车轴轴径可按图纸要求加工。压配时随意互换, 退轮率低（几乎趋于0）, 生产效率高, 占用生产场地小, 便于大批量集中生产, 优化了生产结构, 适应了现代生产的需求。

QIY-85车轮内孔加工专用数控立式车床与普通数控立车相比具有以下功能特点：

1. 旋转工作台采用液压自定芯卡盘, 结构合理工作稳定可靠, 重复定位精度高（≤0.25mm）。

2. 鼠牙刀台上配装粗精车复合刀杆（公司专利技术）, 通过数控系统控制工作台正反转, 自动完成粗加工和精加工, 实现了自动转位刀台的功能, 大大降低了机床成本, 提高了机床的工作可靠性。

3. 机床纵横向传动链采用高精密度滚珠轴承丝杠, 配备专用行星减速齿轮箱, 定位精度高, 结构紧凑, 维护方便。

4. 磨损面采用PVS高分子耐磨板, 工作台支持面采用大滚子推力平面轴承, 使机床的使用寿命大幅度提高。

5. 数控系统与工业控制机为核心, 采用模块化设计, 各模块之间在工业控制计算机的统一管理下, 相互独立, 各行其职, 便于维护和调试。

6. 整个数控系统的硬件模块, 全部采用市场上现行的通用器件, 为系统的维护和升级提供了足够的保证。

7. 通过多功能移动控制卡的支持, 建立在Windows2000NT技术平台上的大型通用数据库专用软件, 为专用工件加工程序编制提供了充分的手段, 不仅可采用标准的国际G代编程还可采用AUTOCAD画图方式输入加工程序。

8. 充分人性化的加工界面, 大大降低了对操作工人的技术要求。触摸屏上的软按键直观明了, 刀尖的运动轨迹和座标通过计算机屏幕直观准确地显示出来, 使操作工人能方便地了解和控制工件加工过程。设备内安装不间断电源(UPS),在设备突然断电时,工业控制机记录下当前数据,当供电正常时,刀架自动回原点,不需再重新对刀。

9. 刀杆上安装高精度位移传感器, 通过该位移传感器不仅可以方便地确
定复合刀具的刀尖原点, 还可以动态测量工件的加工尺寸, 通过计算机自动补偿, 使精加工尺寸控制在目标尺寸上, 误差≤±0.01mm, 从而实现了真正意义上的全自动加工。

10. 由于工业控制计算机的强大功能, QIY-85车轮内孔加工专用数控立式车床在车轮及轴的加工中, 不仅可以独立使用, 也可以成为轮对专用生产线上的设备, 还可以用它来控制工件的上料、下料、机械手等。

11. 工控机上安装铁道部通用HOMIS技术协议后, 可以和其它主设备进行点、线或面的数据通讯。

1、总输入功率： 30KW
2、输入电压： AC380V±10%
3、主轴功率： 23KW
4、交流伺服电机： X：2KW 9.8N·m
Y：2KW 9.8N·m
5、重复定位精度： 2μm
6、刀架最大移动速度： 2000mm/min
7、刀架最大移动距离： X：500mm Y：900mm
8、车轮直径： Φ700～Φ900
9、测量精度 ±0.01mm 测量范围 d+22.5±2.5mm 线性度（在测量范围内） 0.2%
10、环境温度（摄氏） 10℃～40℃
11、相对湿度 HRC50°
12、主轴转速 6.3r/min～200r/min

本机床的机械部分由床身、工作台、主传动变速系统、横梁防护系统、刀架系统等组成。

1. 主传动变速系统： 本机床的主传动变速系统采用 16 级有级变速。通过液压及电器配合实现从 6.3r/min-200r/min 的 16 种工作台转速。

2. 工作台系统： 工作台为两层卡盘叠放, 通过螺钉把和在一起, 上层有 3 条 120 度的滑道, 滑道中装有 3 个滑块, 滑块上装有 3 个卡爪。主轴压装在卡盘上, 主轴和卡盘通过径项轴承和圆珠推力轴承装在工作台底座上, 保证了工作台的端面跳动精度在 0.02mm 以内。 主轴下端装有卡紧工件用油缸, 油缸通过活塞轴与工作台中心孔配合的楔块固定, 液压油进入油缸带动活塞轴使楔块上下运动, 楔块通过斜面带动滑块作不平直线运动, 实现工件的卡紧与放松。

3. 刀架的水平移动系统 刀架水平移动由横梁中的滚珠丝杠通过丝母与横梁滑枕连接, 横梁右端装有箱型支架, 支架右端装减速箱, 减速箱上安装交流伺服电机。滚珠丝杠与减速箱与交流伺服电机之间均通过胀环联轴器连接。本机床所用减速箱为行星齿轮传动机构, 结构紧凑, 重量轻, 转动惯量小, 传动精度高, 实现了刀架水平方向的刚性运动。 4. 刀架垂直移动系统 该系统中滚珠丝杠一端固定在回转座上, 另一端固定在箱型支架上, 通过丝母与滑枕连接。箱型支架上方装有 Z 型支架, Z 型支架上装减速箱, 减速箱上装交流伺服电机, 滚珠丝杠与减速箱与交流伺服电机之间均通过胀环联轴器连接, 并有平衡油缸系统, 平衡滑枕重量。 交流伺服电机带有抱闸装置与液压平衡系统一起保证掉电时不掉刀。

本机床液压系统共有两部分组成。

第一部分为机床所具备的液压系统, 主要为主传动变速, 横梁卡紧, 刀架平衡油缸和工作台变速箱提供高压油及低压润滑油。

第二部分为工件卡紧用的液压系统。由一独立的液压站控制, 由油箱、油泵、叠加阀、储能器、压力继电器等组成。

正常工作时, 应经常观察系统压力和电磁阀的吸合情况, 当系统压力降低时压力继电器发信号主传动及进给应停止

本机床的操作分为两部分：一部分为显示屏上的触摸按钮, 一部分为显示屏下部的硬件按钮。

机床送电后, 首先将床身后部箱内空气开关合上, 这时按钮站上电源灯亮, 然后打开显示器开关, 显示器亮起, 用鼠标或手按显示器桌面按钮进入加工菜单。 检查各液压系统压力和压力继电器是否正常；按手动润滑油泵手柄, 给机 床加润滑油；检查激光传感器通电是否正常, 并用镜头纸轻轻擦拭激光传感镜面, 保证激光传感器镜面光洁。 然后将硬件油泵按钮按下, 按钮灯亮。按下予卡紧按钮, 此时对工件进行予卡紧, 操作者轻轻敲击工件, 将工件找平。 这时可点击触摸屏上的卡紧按钮, 卡紧工件, 压力继电器发出信号后, 可进行手动加工。

如工件程序已经编好, 则工件予卡紧后按下触摸屏上的加工按钮就可实现全自动加工。

1 、 LED 液晶显示器

以 Windows2000NT 作为操作界面, 具有编程, 操作软件按钮, 设置各种参数, 监视加工程序轨计等功能。可用鼠标, 键盘或软件按钮对机床进行操作控制, 还配有软驱及 USB 接口。

2 、计算机中央处理器

可用国际标准 G 代码和 AUTOCAD 编制零件加工程序, 通过触摸屏上的软按钮对机床实行手动或自动控制, 接收各个单元反馈的数字量信号, 计算后向各单元发出数字指令信号, 并将传感器测量后的尺寸与标准尺寸比较, 自动补偿再加工。

3 、 激光传感器

激光传感器放置在刀杆内部, 通过传感器专用电缆与 A/D 转换卡相连, 事先将工件孔的直径和公差送入显示器的一个菜单中传感器根据这些数值自动测量工件中心和工件尺寸, 传感器将测到的信息转换成 4-20mA 的模拟信号, 通过电压变换传给 A/D 转换卡。

4 、 A/D 转换卡

该转换卡的作用是将传感器的模拟信号转换成数字信号送到计算机中央处理器。

5 、 MC02 移动控制卡

接受中央处理器的数字信息, 发送到 X , Z 轴交流驱动伺服单元。反馈伺服单元的信息给中央处理器, 同时接收相应开关量输入和开关量输出信号。

6 、 X , Z 轴交流驱动伺服单元

驱动 X , Z 轴交流伺服电机, 实现两轴的快速进给运动。

7 、光电隔离输入输出单元

该单元类似于常用的 PLC , 主要是接收中央处理器的指令信号及连锁反馈信号, 指令外部强电各元件的逻辑功能, 实现对机床的控制。

主要含：主轴启动, 工件卡紧, 油泵系统, 横梁系统, 变速系统等。