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数控机床在铁路货车车轴加工中的应用


CNC 机床在铁路货车车轴加工中的应用
刘胜勇 (济南机车车辆厂转向架) 摘要: 摘要:文章指出了 CNC 机床在铁路货车车轴加工中的广泛应用,通过细致地工艺过程分析,介绍了 RD2 型车轴的程序编制、校核,并就在实际加工中遇到的问题提出了一些行之有效的解决办法。可供 有关技术人员参考。 关键词: 关键词:CNC 机床;车轴;加工工艺;

CNC m

achine tool’s application to the axle machining of the railway truck
LIU Shengyong Abstract:This article is indicated that CNC machine tool is applied to the axle machining of the railway : truck and introduced the programme and proof of RD2 axle by the technologic process’s analyzing detailedly and is put forward the practicable solution to the question of the axle machining.It may be refered by the technicians in this field Key words:CNC machine tool;axle; machining technics :

一 引言
车轴是铁路货车上的重要部件,其加工质量尤其是圆弧成型质量,直接影响了车辆的运行安全,严重 者导致切轴事故发生。传统加工工艺是在仿型机床上利用成型靠模加工 RD2、RE2 车轴,此方法加工精度 差,常出现圆弧半径扩大、轴向尺寸及引入部长度不稳定、形状和位置公差超差,生产效率较低,且靠模 制作费用较高,不适应中小批量、频繁改型、精度要求高、形状又较复杂工件加工的需要。围绕“装备保 工艺、工艺保质量”这一主题,结合 CNC 机床的加工性能和广泛适应性,我厂自 1999 年以来,耗资 2000 万余元购置了 4 台 FANUC—0TD 系统 CNC 机床投入到车轴的成型加工中。经过消化吸收,我们已成功得 完成了 RD2 车轴转型、RE2A 车轴的试制及长度为 2320~2875mm 的重载冶金车轴的加工。

二 加工过程分析
CNC 机床加工是用系统允许的数字化指令信号,来控制设备运行和刀具运动轨迹,从而 完成图 1 工件的外颈、两处圆弧的加工。为了获得高精度的工件,加工前,要做好准备工作。
圆滑过渡

圆滑过渡,细砂布打光

图1 RD2型车轴成品图(GB12814-2002-07)

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2

图2 A型轴

图3

3

B型轴

1

1

分析零件图样, 分析零件图样,确定加工工艺

1.1 根据工件特点,合理安排工艺路线 根据工件特点, 图 1 在加工前的直径尺寸和两处圆弧的预留量均为 4~5mm。考虑到机床的利用率,达到缩短生产周 期的目的,在实际中分为半精车、精车两道工序,半精车预留 1~1.5mm,精车预留 0.3~0.4mm,最终磨削 成型。 1.2 工件装夹方式确定 半精车为单端加工,采用两顶一夹的装夹方式,主轴端为三爪卡盘夹紧。精车为双端加工,采用两顶 一摩擦装夹方式,主轴端为树脂合成摩擦片。 1.3 最佳切削参数选择 结合 50 钢车轴的性能和 CNC 机床要求,我们确定最佳切削参数如表 1。 切削 方式 半精车 精车 刀片 型号 KC810 KC9110 主轴转速 n(rev/min) 350 450 切削速度 进给量 f 切深 ap V (m/min) (mm/rev) (mm) 140 180 0.4 0.2 2~2.5 1.0~1.5

1.4 切削液选择 为降低切削温度,提高加工精度和刀具的耐用度,并考虑环境保护,采用高压风进行冷却。 1.5 坐标系原点确定 以车轴的设计基准为试切对刀点,轴线为 X 轴,端面为 Z 轴,点 Qp 即工件坐标系原点(编程原点) 。 通过工件试切,测得△X=X—D、△Z=Z,分别输入到 offest 界面的几何形状 X、Z 值里,即完成了工件零 点偏置。

Q
G02

Z轴

X轴 1.6 刀尖的切入切出 落刀时,选择 G00 快速接近车轴加工表面,G01 直线进给切入工件,避免扎刀或折断刀具。抬刀时, 使刀具沿工件的直线延长线切出,防止零件表面产生切痕,影响加工质量。 1.7 循环指令的使用 半精车分两刀切削完成。 为提高加工效率, 减少程序编辑和存储量, 采用 G73 固定成型车削循环指令。 1.8 刀具补偿的设定 根据走刀路线,选择 G41 半径补偿,并将补偿值在 CRT/MDI 面板上用 offset 功能键置入刀具补偿寄 存器内,然后在程序中用 T0101 指令进行调用。

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运动轨迹点的坐标计算
考虑到车轴圆弧相切性,为保证加工的精确度,采取 CAD 绘图取点的方式,来确定各基点的坐标值。

加工程序的编制

做完了上述工作,接下来是程序编制阶段。根据点的坐标值,依据 CNC 机床许可指令方式,完成程 序的编辑,并通过 CRT/LCD 面板上功能键或 RS-232C 通信口输入加工程序。鉴于篇幅所限,在此紧列出 了 RD2 车轴 A 型的半精车加工程序 O0001,供参考。 O0001; N010 T0101; N020 M03 S350; N030 G90 G41 G00 X310. Z5. ;
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N040 N050 N060 N070 N080 N090 N100 N110 N120 N130 N140 N150 N160 N170 N180 N190 N200 N210 N220 N230 N240 N250

M08; G73 U1. W1. R2; G73 P070 Q200 U2. W1. ; G00 X130.425; G01 X132.425 Z-9.5 F140; Z-193.25; G02 X133.361 Z-205.161 R35. F80; X155.419 Z-219.059 R20. ; X157.125 Z-219.250 R2. ; G01 X165.025 F140; X167.425 Z-220.45; Z-241.55; G02 X178.603 Z-265.554 R35. F80; X193.560 Z-272.226 R20. ; G03 X194.858 Z-273.242 R1.2; G01 X196.200 Z-289.050 F140; Z-465.00 ; M09; G40 G00 X310. Z5. ; T0100; M05; M30;

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仿真绘图和首件试切

在 AUTO 方式下,选择 GRPHA 功能键,进行仿真绘图,验证程序的正确性。为了掌握工件的加工精 度和准确度,还需进行首件试切。

三 常见问题及解决办法
1 机床不能正常返回基准,且产生 、+Z 过行程报警 机床不能正常返回基准,且产生+X、
从工作原理可得出脉冲编码器的每转信号未输入,有可能是下面几种原因造成:a.脉冲编码器、连接 电缆、抽头是否断线;b.脉冲编码器;c.返回基准点的起动点离基准点太近。根据上述原因,我们对脉冲 编码器及电缆进行检查,没有发现任何问题。随用手摇脉冲发生器移动工作台远离基准点,按 Reset 键复 位结果过行程报警消除了,然后选择正确模式进行回零操作,没有再出现类似情况。由此断定返回基准点 的起动点与基准点距离不能太近。回零前,先把工作台 X、Z 向远离基准点 50mm,再进行返回基准操作。

2 机床报警,并在 CRT/LCD 面板上显示报警号 机床报警, 在日常加工中出现一些报警,我们结合《FANUC Series 维修说明书》等资料,进行参数正确调
整,运行机器故障消失。明确机床工作原理,使用好机床手册,对 CNC 机床诊断性维修是很方便的。

3 精切削立面时,出现颤纹 精切削立面时,
分析认为:a..切削振动大;b.工件预留量大;c.切削参数不当;d..刀具角度不合适。我们在工艺允许范 围内降低主轴转速,调整上工序工件圆弧出预留量,修整切削参数,调整刀具角度,试切削问题得以解决。

4 机床尾座发热
分析认为有以下几种原因:a.尾座轴承预紧力过大;b.轴承研伤;c.润滑不及时或油脂脏。我们拆卸尾 座后发现轴承滚子有坑点,研伤,更换同型号轴承,进行适当预紧保证正常游隙,并用干净润滑油及时进 行润滑,经过一段时间使用,未出现发热现象。 在数控机床的维修中,我们应注意不断总结积累经验。遇到故障,应从其工作原理入手,根据实际情 况,认真分析查找故障现象,才能准确判定故障原因,并加以解决。

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四 结束语
通过近几年的使用,CNC 机床的高质量、高性能优势已经在铁路货车车轴加工中发挥地淋漓尽致。 即提高了加工效率,降低了劳动强度;又提升了产品质量,大大增加了行车的安全性。

[参考文献 参考文献] 参考文献 1. 孟少农主编. 《机械加工工艺手册》 .北京:机械工业出版社,1998 2. 郑晓峰主编. 《数控技术及应用》 .北京:机械工业出版社,2004 3. RD2 型车轴.GB/T12814-2002-07 4. RD2 型车轴(半精加工) .GB/T12814-2002-23 5. 《FANUC Series 操作说明书》 6. 《FANUC Series 维修说明书》

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