基于SIEMENS 828D数控系统提高轮对旋修质量的探讨

李静

摘要：铁路货车轮对踏面为LM磨耗型，可以减少轮与轨的磨耗，延长使用寿命。轮对踏面质量直接影响了轮与轨的黏着关系，关系着车辆运行安全。车辆在线路上运行一段时间后，轮对因存在表面裂纹、缺损、碾堆、剥离、擦伤、局部凹陷、尺寸过限等缺陷，需要旋修，往往这种旋修比例占段修定检车间收入轮对数量的60%以上。

关键词：铁路货车;轮对 ;旋修;故障;解决办法

1问题的提出

轮对承担着车辆全部重量，并且在轨道上高速运行，同时还承受着从车体、钢轨方面传递来的其他各种静、动作用力，受力很复杂。但在实际运用中，因为各种因素造成轮对擦伤、剥离、尺寸超限，因此，在铁路货车段修作业中，需旋修轮对常常在收入轮对中占比高达60%以上。踏面、轮缘质量直接影响着车轮与钢轨间的黏着关系，关系着铁路运输安全，轮对机加工质量对铁路运输至关重要，段修定检车间作为轮对旋修加工的主力，加工质量显得尤为重要。

2车轮数控加工原理简述

现新出厂以及新做大修的数控车轮车都已经采用西门子公司的SIEMENS 828D数控系统，两套828D系统别控制左右刀架，X、Z两轴联动进行插补，在加工轮对时，数控装置按照加工程序，通过数控系统的数字运算后向伺服驱动装置发出控制信号，驱动伺服电机转动，再经滚珠丝杠螺母传递给刀架的导杆，同时主轴带动车轮旋转，使车轮与刀具之间产生相对运动;通过系统对仿形数据的分析控制伺服電机转动圈数（即控制滚珠丝杠旋转圈数），实现控制刀杆的运动，从而控制主、副刀尖某一时间点相对机床原点的X和Z坐标，从而加工出符合程序设计尺寸要求的车轮。

数控车轮车床一般使用的是相对编码器，开机后加工第一条轮对前必须先将机床刀架X、Z轴返回参考点（刀尖的基准零点），系统以此基准零点进行数据分析，从而控制整个LM磨耗型踏面的仿形加工。

3常见质量不良及产生原因分析

3.1 轮径存在偏差

3.1.1轮径偏差不固定，忽大忽小

开机后加工第一条轮对前按要求返回了参考点，但是旋修出来的轮对尺寸总是存在偏差，且尺寸偏差飘忽不定，但轮径偏差符合要求。

原因分析：一是刀架内滚珠丝杠磨损过限或端轴轴承松动;二是刀杆磨耗过限导致刀盒与刀杆之间配合有间隙或刀杆的刀盒安装座有裂损。

解决办法：加强设备维护保养、点检、巡检制度落实，要求作业人员每班开工前加强对刀杆、刀盒、刀具检查;要求设备维修人员做好每日巡检工作，做好定期小修工作。

3.1.2 轮径偏差固定在某一值附近

开机后加工第一条轮对前按要求返回了参考点，但是旋修出来的轮对尺寸总是存在偏差，且尺寸偏差值基本上固定，但轮径偏差符合要求。

原因分析：偏差恒定，说明设备本身无问题;经常性发生，排除人为失误。该问题是车床参数设定不正确，即刀尖到车床基准零点的X轴距离（一般用R1表示）不准确导致。

解决办法：调整如果旋修后的实际尺寸偏大amm，则说明加工时刀尖往机床基准零点少走了1/2amm距离，所以将R1值调小1/2amm即可，反之亦然。

3.2 轮辋外侧无倒角、倒角过小、倒角过大

旋修后外侧无倒角、倒角过小或者倒角过大，达不到《轮规》要求“旋修后的车轮外侧倒角为5mm×5mm”。

原因分析：车轮旋修一般以轮辋内侧面为对刀基准面（也称一次对刀），828D系统原程序参数页面默认轮辋宽度为139mm，系统以对刀的基准Z坐标加139作为Z轴切削起点，从外侧倒角处开始切削。因此，倒角问题主要有两种原因：一是对刀基准面选取不准确导致切削起点不正确;二是没有作业者没有仔细测量并在参数页面修改轮辋宽度值导致未能从实际起点开始切削。

解决办法：应当先测量轮辋宽度值，设置好轮辋宽度，调整好对刀位置。

3.3踏面粗糙度过大

旋修后的轮对几何尺寸基本符合要求，但是车轮旋修后，踏面表面波纹过深，达不到《轮规》要求的25μm。

原因分析：作业者在旋修最后一刀时进刀量较大，达到直径8mm甚至10mm以上，造成切销量过大;此类轮对加工前往往是有剥离、擦伤、两轮径差过大等故障。

解决办法：遇到该类轮对，让作业者分两刀加工，先以直径8mm的进给量、不超过15mm/min的Z轴切削速度、主轴二档低速粗车，直至将轮对自身故障消除，然后再以直径不超过3mm的进给量、25mm/min的Z轴切削速度、主轴二挡中速或高速进行精车一遍就可以解决。

3.4踏面处有明显“台阶”

旋修后的轮对几何尺寸基本符合要求，存在些许偏差，踏面处有一条明显的“台阶”。

原因分析：出现此类问题绝大多数情况下是机床本身出现了问题，一般是齿条松动或者丝杠端轴承松动。

解决办法：出现此类问题立即停止使用，报设备维修人员调整滚珠丝杠。

3.5轮缘顶点有“台阶”或轮缘过于“矮平”

旋修后轮缘顶点处有一条明显的“台阶”或者轮缘过于“圆润矮平”。

原因分析：轮缘内、外侧分别由副、主刀具单独加工，加工轨迹在轮缘顶点处汇合。轮缘台阶处出现“台阶”，则说明两个加工轨迹在轮缘顶点处偏差较大，即主、副刀片的高低差参数值过大，反之若出现轮缘过于“圆润矮平”则说明主、副刀片的高低差参数值过小。

解决办法：如果轮缘台阶处出现“台阶”，将主、副刀片的高低差参数值逐步调小，直至加工出合格的轮缘;反之调大。

4结论与建议

4.1各段修单位技术管理人员须时刻关注轮对旋修加工后的技术状态，对出现的类似上述问题及时对号入座并及时解决。作业者要加强责任感，做好数控车轮车床的保养油润工作，做好开工前的点检工作，发现异常及时维修、调试。

4.2.最经济的加工参数选取：进刀量取直径3～8mm，主轴旋转选择中速、Z轴方向进给切削速度选择15mm/min。

参考文献：

[1]铁路货车轮轴组装检修及管理规则.北京：中国铁道出版社，2016.9.

[2]铁路货车段修规程.北京：中国铁道出版社，2012.10.

[3]严隽耄，付茂海.车辆工程.中国铁道出版社，2008.

[4]刘岩.车辆修造工艺与装备.北京：中国铁道出版社，2007.8.

[5]苏必文.铁路货车LM型踏面加工工艺探讨.机车车辆工艺，2008年第1期.