郭章信

(安陽鑫盛機床股份有限公司，河南安陽 455000)

鐵路機車輪軸軸頸在使用一定時間后必須進行檢修，更換軸承，以延長車軸的使用壽命，國內機車定期檢修的市場很大。不僅如此，鐵路行業(yè)的快速發(fā)展，也迫使機車輪軸軸頸的加工及維修技術不斷發(fā)展。目前國內幾家大的鐵路維修企業(yè)正在使用的機車輪軸軸頸加工設備是上世紀50年代從前蘇聯(lián)進口的普通機床，加工適用機車輪軸軸頸規(guī)格范圍單一，傳動結構復雜，操縱不便，效率較低。針對以上情況，根據(jù)鐵路行業(yè)對機車輪軸軸頸的加工要求，以新的設計理念創(chuàng)新設計機床結構，利用新技術開發(fā)了高自動化、高效率、高精度的適用加工范圍寬的數(shù)控專用機床。該機床在加工時不用拆卸車輪、剎車盤等，尤其方便作為維修輪對車軸使用。

1 機床結構方案

如圖1所示，機床主要由雙床鞍、雙刀架、雙尾座、進給機構、剎車機構、皮帶傳動機構、工件托起裝置及電氣液壓部分組成。每套刀架在X向、Z向2個方向上由伺服電動機驅動進給，機床配置剎車機構，主軸驅動為皮帶傳動并由壓帶輪壓緊。

機床配置左右2個尾座，采用頂尖頂緊方式把工件支撐于兩尾座之間。機床配置有工件托起裝置，液壓驅動，點動升降，方便工件裝卸。機床利用變頻電動機配雙速齒輪變速箱實現(xiàn)調速，檔內變頻調速，變速箱固定于機床后部。采用平皮帶傳動，皮帶一端掛在車輪上，一端掛在帶輪上，使用液壓驅動壓緊及抬起壓帶輪，靠液壓驅動剎車塊進行剎車，減少停車時間。

機床采用雙數(shù)控系統(tǒng)，每套系統(tǒng)配X向、Z向雙軸伺服驅動，左右對稱配置。機床橫向進給采用伺服驅動及手動2種功能。整機在左右兩端采用雙床鞍、雙滑板、雙刀架結構，兩端可獨立進行操作進行加工;每一個床鞍上又分為前后雙滑板結構，后滑板固定滾珠絲杠一端，前滑板上固定絲杠螺母，絲杠與電動機可自由軸向移動;當后滑板固定時，前滑板上的刀架可做車床刀架車削使用，當前后滑板都不固定時，可實現(xiàn)對工件的滾光加工，兩個滾輪由絲杠相聯(lián)實現(xiàn)同步相向均衡滾壓。三位手柄可控制前、后滑板刀架的移動，以實現(xiàn)車削與滾壓功能轉換。

前滑板分為上、下兩層，上滑板緊固時，刀架可作數(shù)控車床自動加工;上滑板松開自由移動時，可手動操作加工。由于上滑板采用梯形絲杠傳動，帶自鎖功能，因此手動操作時安全可靠。設置自動與手動轉換按鈕方便操作。自動滾壓時使用伺服電動機驅動使刀架Z向移動，手動功能時伺服電動機不進給并鎖住滾珠絲杠進行定位。

在X向上通過液壓調壓達到一定的壓力來滾壓工件;手動時搖動梯形絲杠進給，通過手的感覺來控制滾壓壓力滾壓工件。滾壓壓力可調整大小，由壓力記錄儀顯示并可貯存數(shù)據(jù)，并可由打印機打印數(shù)據(jù)。

數(shù)控系統(tǒng)左右對稱分置，在床身上左右配置方便操作的按鈕。在操縱面板上布置不同功能的按鈕，包括手動/自動功能的選擇按鈕等。

2 機床主要技術參數(shù)

機床主要技術參數(shù)見表1。

3 工藝過程

用天車把工件吊運到機床前，放置在支撐架上。支撐架設計為2個，并能夠調整兩支撐架之間間距，以適應對不同工件的支撐安裝;對于規(guī)格不同的工件，支撐架可手動調整高低不同位置并最終靠液壓支撐托起到安裝位置高度。根據(jù)工件長度，手動調整兩尾座位置，調整好與工件車輪對應的皮帶輪位置，然后固定尾座。啟動液壓油缸，升起工件，手動搖動尾座頂尖，頂緊工件。在安裝工件時把皮帶套入工件車輪上，頂緊工件后啟動按鈕降下支撐架。掛好皮帶，按下壓帶按鈕，通過液壓驅動壓帶輪壓緊皮帶。

表1 機床主要技術參數(shù)

通過車削、滾壓轉換手柄選擇加工方式，通過工件的軸端或利用對刀輔具通過軸肩精確對刀，進行坐標定位，記入系統(tǒng)內。滾輪上有明確的對刀點與工件對刀面對應，使得易于對刀，不易出錯。車削時可手動利用成形刀加工帶R軸肩及直軸，或者程序控制用外圓車刀一次性加工帶R的軸肩及直軸。滾壓時也分為手動及程控自動2種方式。自動方式下調整好合適壓力，利用合適的滾輪沿軸肩向外端進行滾壓，壓力可通過記錄儀示出并可貯存數(shù)據(jù)以供打印。手動方式下，滾壓壓力可通過液壓站供壓或手動調整供壓，然后手搖動手輪進給滾壓。

加工完畢后，移開刀架或滾輪，通過按鈕或程序控制，使工件停轉剎車，支撐架升起。手動搖開頂尖，卸下皮帶，支撐架支撐著工件降下，起吊工件放在合適場地。機床左右配置2套數(shù)控系統(tǒng)，其中一套控制工件轉速。2套系統(tǒng)可獨立操縱實現(xiàn)進給加工。

4 關鍵技術

4.1 一體化的無級調速主傳動系統(tǒng)設計

由于所加工工件結構的特殊性以及要滿足對工件一次裝夾進行車削與滾壓兩端軸頸的要求，工件旋轉運動無法像正常的車床那樣靠卡盤裝卡由主軸帶動而實現(xiàn)，因此對主傳動的結構設計有一定的難度。本機床根據(jù)加工工件特點，經分析摩擦輪傳動與皮帶傳動的優(yōu)劣，最終選擇了皮帶傳動，并仔細分析了工件車輪的圓柱面與錐面復合的復雜結構，對皮帶傳動設計了良好的壓帶裝置及擋帶裝置，實現(xiàn)了在較高轉速下工件運轉平穩(wěn)。主傳動系統(tǒng)只能放置于機床后部，為使主傳動系統(tǒng)與機床主體聯(lián)接在一起成一體化結構，采用變頻電動機與雙速減速器組合使用，結構緊湊，無級調速，完全程控，勿需手動變檔，大大提高了機床自動化程度，提高了加工效率。

4.2 符合加工工藝特點的高精度特殊床身導軌設計

圖2所示為用戶提供的一種典型工件軸頸結構，對安裝軸承直徑為130 mm的軸頸，要求不允許出現(xiàn)倒錐，最好出現(xiàn)如圖示向里的正錐。為方便手動滾壓及車削加工，在設計時應考慮進刀時能夠避免出現(xiàn)倒錐。另外加工工件各種各樣，長短不一，軌距及輪子直徑也不同，機床設計時必須考慮這些情況，以便能夠適應各種規(guī)格、各種類型工件的加工。

本機床根據(jù)目前市場上出現(xiàn)的各種工件結構尺寸，設計了符合加工工藝特點的高精度特殊床身導軌。床身設計為整體床身，山形導軌結構。床身前后側面在必要部位安裝齒條，使尾座、工件支撐架可通過手搖在床身上移動。床身導軌分為小山形及大山形2個，小山形導軌通長，大山形導軌分布于床身兩端，中間不連續(xù);且自床身兩端向中間方向，大小山形導軌在水平面內間距逐漸增大，即尾座導軌與床鞍導軌保持一微小角度，在加工時可以方便可靠地保證機車輪軸軸頸所需達到的微小錐度要求，避免倒錐的出現(xiàn)。

4.3 特殊功能結構設計

機床橫向進給采用伺服驅動及手動2種功能。整機在左右兩端采用雙床鞍、雙滑板、雙刀架結構，兩端可獨立進行操作加工;每一個床鞍上又分為前后雙滑板結構，后滑板固定滾珠絲杠一端，前滑板上固定絲杠螺母，絲杠與電動機可自由軸向移動;當后滑板固定時，前滑板上的刀架可做車床刀架車削使用，當前后滑板都不固定時，可實現(xiàn)對工件的滾光加工，兩個滾輪由絲杠相聯(lián)實現(xiàn)同步相向均衡滾壓。三位手柄可控制前、后滑板刀架的移動，以實現(xiàn)車削與滾壓功能轉換。

前滑板分為上、下兩層，上滑板緊固時，刀架可作數(shù)控車床自動加工;上滑板松開自由移動時，可手動操作加工。由于上滑板采用梯形絲杠傳動，帶自鎖功能，因此手動操作時安全可靠。設置自動與手動轉換按鈕方便操作。

自動滾壓時使用伺服電動機驅動使刀架Z向移動，手動功能時伺服電動機不進給并鎖住滾珠絲杠進行定位。

在X向上通過液壓調壓達到一定的壓力來滾壓工件;手動時搖動梯形絲杠進給，通過手的感覺來控制滾壓壓力滾壓工件。

4.4 特殊功能部件設計

(1)進給機構

采用左、右2套數(shù)控系統(tǒng)各自獨立進行控制，左邊可以控制主軸轉速，而右邊不控制主軸轉速;每套系統(tǒng)均可控制X向、Z向2個伺服驅動軸，左右對稱配置，可以針對不同加工參數(shù)的工件分別編程加工。

(2)壓力調整及顯示系統(tǒng)

在滾壓時可以針對不同滾壓要求的工件，調整滾壓壓力大小，滾壓壓力由壓力記錄儀顯示并可貯存數(shù)據(jù)，通過打印機打印出相關數(shù)據(jù)。

(3)升降機構

對輔助裝卸直徑不同的工件可采用相應型號的V形鐵支撐，支撐墊與支撐部位軸的錐度結構或圓柱結構相匹配，并通過矩形螺紋絲桿結構調整裝卸高度，用液壓定行程油缸支承工件升降以輔助裝卸。由于工件中間軸上安裝了一個或多個剎車盤或其它結構，因此支撐架設計為2個，支撐架底座可通過手輪搖動在床身上移動位置，通過壓板螺栓固定，間距縱向可調，以適應對不同結構的工件進行裝卸。支撐架還可以全部拆下，以利于帶齒輪箱工件的輪對的加工。

(4)尾座

尾座是用來支撐安裝工件的，由于工件較重，其結構的設計采用了與車床主軸相同的結構，為可旋轉尾座，尾座可整體在導軌上進行位置調整，螺栓固定壓緊，并有止退機構頂緊在床身上，使尾座固定牢固可靠。對于不同長度的工件，可以通過調整套筒伸出長度或者通過整體移動尾座在床身上的位置以達到合適的安裝要求。

5 結語

該機床開發(fā)完成后已申報并獲得了國家專利。通過用戶驗收使用表明，針對用戶給出的十幾種產品種類規(guī)格，使用本機床可完全達到加工要求。