鄧美州 孫江宏② 王軍見

（①北京信息科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，北京 100192；②清華大學(xué)機(jī)械電子工程研究所，北京 100084；③國家機(jī)床質(zhì)量監(jiān)督檢測中心，北京 100102）

進(jìn)入21世紀(jì)以來，中國高速鐵路經(jīng)歷了跨越式的發(fā)展，走在世界前列。需求推動技術(shù)，高鐵零部件對加工機(jī)床的需求面臨越來越多的多樣性，對機(jī)床產(chǎn)品在精度、效率等方面提出更高的標(biāo)準(zhǔn)[1]。其中，高效的專用機(jī)床是提高高速列車產(chǎn)量、質(zhì)量的關(guān)鍵點(diǎn)。因此，結(jié)合高鐵的特性研究專用于高鐵加工機(jī)床就變得十分重要。

本文首先對高鐵可加工零部件進(jìn)行分類并確定高鐵機(jī)床的選用，然后聚焦對高鐵機(jī)械可加工零部件應(yīng)用的專用機(jī)床類型，最后總結(jié)和討論機(jī)床在高鐵領(lǐng)域的發(fā)展趨勢，為研究高鐵機(jī)床提供一定的借鑒和參考。

1 高鐵可加工件分類與高鐵機(jī)床的選用

1.1 高鐵可加工零部件分類

機(jī)床在高鐵中的應(yīng)用不僅能提高零件加工效率、精度和質(zhì)量[2]，同時還可以節(jié)約人力、財力。高鐵零部件的分類便于分析工件加工過程以及應(yīng)用到的機(jī)床。

高鐵零部件分類研究開始于2011年，主要根據(jù)高鐵信息進(jìn)行分類，包括層次分類法、面分類法和混合分類法等。層次分類法是將分類對象排成逐級展開的分類體系，適用于層次性清晰、邏輯性強(qiáng)和信息量大的分類。面分類法是將所選定的分類對象按特征進(jìn)行分類，適用于規(guī)則復(fù)雜、無共性和編碼數(shù)據(jù)量小的分類?；旌戏诸惙ㄊ菍哟畏诸惙ê兔娣诸惙ńM合使用，適用于分類量大、無共性的分類。由于高鐵結(jié)構(gòu)復(fù)雜、零部件繁多，且系統(tǒng)、部件和零件之間有嚴(yán)格的隸屬關(guān)系，因此采用層次分類法是最佳方案[3]。將高鐵整體按照構(gòu)造劃分為系統(tǒng)、子系統(tǒng)，進(jìn)而逐一拆解至最小可加工單元。其分類體系如圖1所示，總結(jié)出的高鐵可加工零部件分類如表1所示。

圖1 高鐵系統(tǒng)及零部件分類體系

表1 高鐵可加工系統(tǒng)及零部件分類表

通過表1可知軌道、轉(zhuǎn)向架、車體和接觸網(wǎng)零部件主要是機(jī)械可加工件，供風(fēng)及制動裝置、高壓牽引系統(tǒng)等以非機(jī)械可加工件為主。

1.2 高鐵機(jī)床的選用

高鐵穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵在于確保各個零部件之間的配合，這與零部件制造機(jī)床密不可分，因此高鐵機(jī)床的選用極為重要。高鐵對機(jī)床工具的需求分為4個方面：

（1）軌道系統(tǒng)中鋼軌和無砟板式制造。

（2）轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)中構(gòu)架、輪對等制造。

（3）機(jī)車車體的制造。

（4）高鐵運(yùn)行的日常維護(hù)和維修。

由于這些加工屬于機(jī)械制造，對通用性機(jī)床和專用機(jī)床需求量大，因此對于機(jī)床的選用根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)類型、產(chǎn)品的復(fù)雜程度等多方面因素來考慮：

（1）通用機(jī)床的選用。由于機(jī)床品種繁多，且每種機(jī)床應(yīng)滿足相應(yīng)的適用范圍和加工條件才能達(dá)到要求。因此選用時首先通過分析加工工序確定典型加工零件，在一定范圍內(nèi)去選擇合適的機(jī)床同時要適當(dāng)考慮機(jī)床工藝的發(fā)展情況為之后留有發(fā)展空間。然后采用相似性原則，對零件進(jìn)行分類歸組。最后，再確定適合工件加工的機(jī)床[4]。

（2）專用機(jī)床的選用。由于專用機(jī)床是一種專門適用于某種特定零件或者特定工序加工的機(jī)床[5]，而且通常是自動生產(chǎn)線式生產(chǎn)制造系統(tǒng)中不可或缺的。因此選用機(jī)床時首先依據(jù)客戶的產(chǎn)品要求去選擇，同時分析加工工藝，在一定范圍內(nèi)去選擇機(jī)床。然后要考慮加工效果，在相同條件下結(jié)合經(jīng)濟(jì)性選擇最優(yōu)。最后，再確定較優(yōu)的加工機(jī)床。

2 高鐵機(jī)械可加工零部件機(jī)床應(yīng)用現(xiàn)狀

應(yīng)用于高鐵零部件加工機(jī)床種類是多樣的。本節(jié)將按照1.1小節(jié)的總結(jié)對高鐵關(guān)鍵機(jī)械可加工件應(yīng)用的機(jī)床進(jìn)行歸類，重點(diǎn)考慮主流產(chǎn)品。

2.1 軌道系統(tǒng)加工機(jī)床

軌道系統(tǒng)是高鐵車輛運(yùn)行的引導(dǎo)部分，是一個復(fù)雜的整體性工程結(jié)構(gòu)。

2.1.1 鋼軌加工機(jī)床

鋼軌是支撐和引導(dǎo)列車運(yùn)行的軌道部分，呈“工”字形。其加工工序有除銹、焊接、焊縫的正火及風(fēng)冷、粗磨加工、調(diào)直處理、精磨加工和焊接超聲波檢驗(yàn)[6]。高鐵軌道鋪設(shè)的無縫鋼軌每焊接一次都會產(chǎn)生一個焊縫，需要高精度機(jī)床對焊接部位進(jìn)行精準(zhǔn)打磨和處理。除此之外，道岔是軌道薄弱環(huán)節(jié)之一，它是使車輛從一股道轉(zhuǎn)入另一股道的線路連接設(shè)備，類型多樣如圖2所示，其加工極為重要。

圖2 道岔類型圖

2.1.2焊縫加工機(jī)床

目前國內(nèi)鋼軌焊接頭精加工采用精磨機(jī)和精銑機(jī)。精磨機(jī)是指利用磨具研磨工件，以獲得所需形狀、尺寸及精密加工面的工具機(jī)。精銑機(jī)是指銑刀對工件多種表面進(jìn)行加工，以獲得所需加工形狀和精度的工具機(jī)。對于焊縫精密整形處理，國內(nèi)外傳統(tǒng)工藝主要是打磨。由于精磨機(jī)在加工過程中存在焊縫磨削不到位、磨削局部溫度升高、加工時間長、生產(chǎn)效率低、磨削粉塵污染嚴(yán)重和無法精準(zhǔn)定位等缺點(diǎn)，因此，前期國內(nèi)以引入精磨機(jī)為主，后期以國內(nèi)開發(fā)精銑機(jī)為主。

（1）精磨機(jī)

①法國吉斯馬公司生產(chǎn)的MAS150典型鋼軌精磨機(jī)主要用于焊接接頭500 mm范圍內(nèi)表面平順性修磨加工，由輸入、輸出機(jī)架和中間機(jī)架組成[7]，如圖3所示。其通過控制程序來實(shí)現(xiàn)整個焊縫打磨過程和打磨深度的“軟”調(diào)整，通過手動調(diào)節(jié)限位傳感器實(shí)現(xiàn)打磨深度的“硬”調(diào)整[8]，同時具有吸塵裝置一定程度上凈化了工作空間。②法國拉伊臺克公司研發(fā)的MMA-14AL典型鋼軌精磨機(jī)主要用于鋼軌焊接處500 mm范圍內(nèi)焊縫軌頂面和工作面精磨加工，如圖4所示。該設(shè)備利用搖籃機(jī)構(gòu)控制磨頭運(yùn)動，圍繞鋼軌軸線進(jìn)行左右擺動，按照設(shè)定的擺動角度對鋼軌軌面圓弧進(jìn)行磨削，實(shí)現(xiàn)鋼軌頭輪廓形狀的仿形磨削[9]。

圖3 MAS150型精磨機(jī)

圖4 MMA-14AL鋼軌精磨機(jī)床

③上海瑞紐機(jī)械股份有限公司研發(fā)的MK-1000鋼軌精磨機(jī)主要用于焊縫處1 000 mm范圍內(nèi)的平順性修復(fù)磨削[10]，如圖5所示。該設(shè)備采用高靈敏度的振動傳感器與伺服系統(tǒng)在焊接頭左右定位磨削，確定鋼軌磨削基準(zhǔn)面，然后調(diào)整磨削基準(zhǔn)橫梁與該兩點(diǎn)所確定的直線平行，實(shí)現(xiàn)焊縫的修磨加工。

圖5 MK-1000鋼軌焊縫精磨機(jī)床

（2）精銑機(jī)

①神州高鐵生產(chǎn)的GFJX-100鋼軌焊縫精銑機(jī)主要用于長鋼軌踏面300～1000 mm范圍內(nèi)輪廓面多向位整修[11]，如圖6所示。該設(shè)備最大的特點(diǎn)是銑削焊縫處接刀平滑順暢，無“駝峰”殘跡，切削系統(tǒng)剛性好，無讓刀現(xiàn)象。采用進(jìn)口機(jī)夾式刀具，使用壽命長，且更換方便。同時兩回轉(zhuǎn)臺分度采用雙交流伺服電機(jī)同步控制系統(tǒng)，其分度準(zhǔn)確，智能化程度高。

圖6 GFJX-100鋼軌焊縫精銑機(jī)床

②蘭州工務(wù)機(jī)械段和上海瑞紐機(jī)械股份有限公司共同研制的JKX-1000鋼軌焊縫精銑機(jī)，將機(jī)械、電氣、液壓和測控集合為一體，利用渦流傳感器測量小距離數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行對比。同時采用“兩端點(diǎn)連線法”計算鋼軌直線度，提高加工精度[12]。采用測量銑削同步機(jī)構(gòu)，提高銑削效率。對刀具的形態(tài)、角度進(jìn)行了改進(jìn)，提高了鋼軌焊接頭的平直度。

2.1.3 道岔加工機(jī)床

高鐵道岔通常采用銑刀一次加工成型，屬于重切削類型。不僅要求道岔數(shù)控龍門銑床具有高動靜態(tài)剛度和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，對機(jī)床抗振性、加工精度和功率也提出較高要求。

（1）通用技術(shù)齊齊哈爾二機(jī)床有限責(zé)任公司生產(chǎn)的XK系列道岔專用銑床如圖7所示，不僅能保證高生產(chǎn)效率，同時還可獲得高加工精度和表面質(zhì)量。該設(shè)備的特點(diǎn)是在橫梁上安裝1個或者2個大功率滑枕式鏜銑頭，可根據(jù)用戶需求配置多種附件，能夠在一次裝夾中對道岔鋼軌進(jìn)行銑、鏜、鉆和內(nèi)螺紋加工，避免了工件多次裝夾定位、找正和對刀等產(chǎn)生的誤差，提高了加工精度和效率。同時工作臺上配備永磁家具、自動推卸工件和自動夾緊工具，自動化程度高。

圖7 XK系列的岔道專用銑床

（2）武漢重型機(jī)床集團(tuán)有限公司生產(chǎn)的XK9720×400型數(shù)控龍門移動式道岔鏜銑床專用于加工高碳鋼道岔，如圖8所示。該設(shè)備有單、雙龍門移動可供選擇，最大特點(diǎn)是配有鋼軌加工專用的ATC自動換刀裝置。同時龍門移動采用雙電機(jī)、雙檢測同步驅(qū)動，主軸可自動拉刀，可實(shí)現(xiàn)90°自動定向，滑枕有液壓平衡裝置，橫梁設(shè)有滾動塊、鑲鋼導(dǎo)軌卸荷裝置，自動化程度高。

圖8 XK97岔道專用銑床

2.1.4 無砟板式加工機(jī)床

無砟板式是由混凝土底座、CA砂漿層、軌道板和扣件等組成的新型軌道結(jié)構(gòu)。其加工流程有打磨準(zhǔn)備、毛坯板的運(yùn)輸定位、提升板、毛坯板測量、打磨以及軌道板的檢測。目前國內(nèi)采用的無砟板式軌道有CRTSI型、CRTSII型和CRTSⅢ型3種結(jié)構(gòu)形式。其中Ⅱ型軌道板（博格板）打磨加工主要采用博格板數(shù)控磨床[13-14]。

（1）華東數(shù)控股份有限公司和中鐵六局集團(tuán)共同研發(fā)的BZM650軌道板專用數(shù)控磨床[15]是國內(nèi)首次開發(fā)研制的軌道板磨床，采用一次成型磨削技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對承軌臺平面和不同傾斜角度表面的成型加工。同時采用橫梁移動的橋式龍門機(jī)床結(jié)構(gòu)，縱向和橫向運(yùn)動采用雙伺服消隙驅(qū)動技術(shù)，實(shí)現(xiàn)機(jī)床的高精度控制。磨頭主軸有2個自由度，同時具有2個磨頭分別加工兩列承軌臺，打磨的精度更高。

（2）杭州機(jī)床集團(tuán)生產(chǎn)的MKB7025數(shù)控磨床專用于軌道板成軌臺磨削加工[16]，如圖9所示。該設(shè)備采用軌道板一次安裝、二次成形的工藝，整體采用橫梁數(shù)控磨床的移動方式。其精度高、故障率低，使得打磨過程簡單化。同時機(jī)床安裝有接觸式與非接觸式的自動測量裝置，自動化程度高[17]。該機(jī)床還采用軌道幾何額定值來縮短每個成軌臺之間的停頓時間[16]，左右垂直拖板下方各有1個磨頭加工來提高效率。

圖9 MKB7025數(shù)控磨床加工軌道板

2.2 轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)加工機(jī)床

轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)是高鐵的行走部件[18]，起支撐車體、轉(zhuǎn)向和制動作用。其結(jié)構(gòu)復(fù)雜如圖10所示，對機(jī)床功能要求高。

圖10 轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)圖

2.2.1 構(gòu)架加工機(jī)床

構(gòu)架是高鐵承載和傳力的基體，為全焊接結(jié)構(gòu)，整體鋼性差，結(jié)構(gòu)緊湊，加工精度高，加工部位多，使得加工困難[19]。其加工工藝流程有側(cè)梁和橫梁加工、構(gòu)架焊接、構(gòu)架反面加工、構(gòu)架正面加工、精整加攻絲和構(gòu)架三維檢測[20]。

荷蘭Unisign聯(lián)志公司生產(chǎn)的UNIPORT7000龍門加工中心具備5軸加工能力和卓越的剛度、精度，專用于構(gòu)架加工，如圖11所示。該設(shè)備自動化程度高，通過編制加工程序提高零件加工精度和效率，加工尺寸精度在0.005～0.01 mm。最大的特點(diǎn)是加工精度不受零件復(fù)雜程度的影響。

圖11 龍門加工中心UNIPORT7000

2.2.2 車軸加工機(jī)床

車軸承受著車輛自重和負(fù)荷，為了保證其足夠的安全性、可靠性和長使用壽命，對車軸材料及相關(guān)技術(shù)提出了極高的要求。車軸加工工藝流程有胚料、加熱、鍛造、熱處理、粗加工、檢測和精加工。

（1）江西奈爾斯-西蒙斯-赫根賽特中機(jī)有限公司出產(chǎn)機(jī)床

①CK1832型數(shù)控車軸系列車床專用于高鐵毛坯軸、半精軸的車削加工，可實(shí)現(xiàn)車軸外圓角、過渡圓角、倒角及軸肩的干式或濕式加工，如圖12所示。該機(jī)床具有液壓自動定位夾緊車軸、自動檢測車削、自動中心孔定位功能，可選單、雙主軸和單及雙刀架，同時還可選頂爪端面嵌入式驅(qū)動和專用摩擦型卡盤驅(qū)動。

圖12 CK1832型數(shù)控車軸系列車床

②N30型車削中心專用于車軸精加工，如圖13所示。該設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)銑削、鉆孔及帶有特定刀具的滾壓等功能如圖14所示，并且將這些功能集成到了柔性輸送系統(tǒng)中。除此之外，采用模塊化設(shè)計，適用于多家供應(yīng)商的標(biāo)準(zhǔn)接口刀具及裝夾系統(tǒng)，如主軸/副主軸、尾座。

圖13 N30型車削中心圖

圖14 N30型車削中心加工圖

③7624型車軸深滾壓機(jī)床專用于提高車軸的使用壽命，如圖15所示。該機(jī)床具有2個獨(dú)立刀架，每個刀架能夠提供3對滾輪用于特定深滾壓任務(wù)。當(dāng)每個刀架上同時滾動2對滾輪時，能優(yōu)化軸加工能力。除此之外，該設(shè)備能夠使特定區(qū)域或整根軸在同一臺機(jī)床上進(jìn)行深度滾壓，如圖16所示。

圖15 7624型車軸深滾壓機(jī)床

圖16 7 624型車軸深滾壓機(jī)床加工圖

（2）青海青重機(jī)床制造有限責(zé)任公司出產(chǎn)機(jī)床

①CK8132C/1車床專用于精鍛毛坯車軸的全軸車削加工，如圖17所示。其加工工件直徑范圍為100～320 mm，長度為1500～3 000 mm。該機(jī)床可實(shí)現(xiàn)一次裝卡完成車軸半精車、精車加工。機(jī)身采用斜置整體的布局形式，先進(jìn)的運(yùn)動和動力參數(shù)、高效的結(jié)構(gòu)配置保證了機(jī)床的高剛性、高速度和高性能，可以滿足高效加工的需求。

圖17 CK8132C/1車床

②QZ-048A、QZ-056A鉆床專用于車軸端面鉆中心孔。

2.2.3 輪對加工機(jī)床

車輪既是安全部件又是消耗部件，它的加工和維護(hù)都極為重要。高鐵車輪鋼材坯經(jīng)鋸切、鍛軋、熱處理、機(jī)加工等若干工序后，制成成品，然后進(jìn)行超聲波檢測、磁粉檢測、靜平衡測量、噴丸強(qiáng)化、硬度測量和全尺寸測量等全方位嚴(yán)格檢測。

（1）武漢重型機(jī)床集團(tuán)有限公司出產(chǎn)機(jī)床

①PWL1200龍門式車床專用于高精度高效率修整加工車輛上拆卸下來的輪對和制動盤，如圖18所示。其結(jié)合了最新機(jī)、電和液等先進(jìn)技術(shù)，采用SIEMENS 840DSL數(shù)控系統(tǒng)控制，具有輪對自動傳輸、自動抬起定心、自動加工及遠(yuǎn)程診斷功能。配備自動測量系統(tǒng)，并通過數(shù)據(jù)處理自動計算出最佳切削參數(shù)，同時自動完成輪對的全部加工工序。采用基于人機(jī)對話技術(shù)設(shè)計的軟件，操作者可方便地選擇不同型面的加工程序。加工循環(huán)完成后，機(jī)床能按照用戶確定的格式自動打印結(jié)果。

圖18 PWL1200龍門式車輪車床

②UGL系列數(shù)控不落輪車床專用于機(jī)車輪對踏面和制動盤的修整加工。該機(jī)床獨(dú)特的設(shè)計可在不拆卸車輛任何部件的情況下完成帶有內(nèi)軸箱或外軸箱輪對加工，如圖19所示。自動化程度高，整個測量、加工及結(jié)果打印過程均可通過操縱控制界面完成，如圖20b所示。在橫刀架上安裝有大型鏜桿式車削刀桿，該刀桿可完成對安裝在車軸刀桿內(nèi)側(cè)、外側(cè)和中間等各種制動盤的加工，如圖20a所示。除此之外，機(jī)床結(jié)構(gòu)堅固且便于維修。

圖19 UGL系列數(shù)控不落輪車床

圖20 UGL系列數(shù)控不落輪車床加工細(xì)節(jié)

（2）青海華鼎重型機(jī)床有限責(zé)任公司出產(chǎn)機(jī)床

①DLC-25GA地坑數(shù)控不落輪對車床專用于輪對輪緣和踏面的修理加工，在整列編組時輪對不需作任何解體（包括軸箱端蓋）便可作業(yè)，如圖21所示。除此之外該機(jī)床也可以用于單個輪對及單個轉(zhuǎn)向架上輪對輪緣和踏面的修理加工。

圖21 DLC-25GA地坑數(shù)控不落輪對車床

②SLC-25GA車床專用于輪對輪緣和踏面加工，如圖22所示。不需作任何解體，整個轉(zhuǎn)向架4個輪對可同時在該機(jī)床上作業(yè)，是當(dāng)代加工修整各種車輛輪對的最佳手段。該機(jī)床可切換2個各自獨(dú)立的不落輪對車床操作模式，滿足各種輪對型面和制動的加工。

圖22 SLC-25GA車床

③TUP650SH不落輪對鏇床專用于修復(fù)車輛的車輪輪廓，在解體與不解體情況下都可以作業(yè)，適應(yīng)性強(qiáng)，如圖23所示。其加工的車軸負(fù)荷不超過30 000 daN。

圖23 TUP650不落輪對鏇床

（3）原沈陽機(jī)床廠出產(chǎn)機(jī)床

STC14020智能數(shù)控不落輪鏇床是集輪對幾何參數(shù)測量、分析、修復(fù)加工于一體的先進(jìn)設(shè)備，如圖24所示?？梢栽跈C(jī)車整列編組不需要進(jìn)行任何拆卸前提下對整個機(jī)車的所有輪對進(jìn)行鏇修加工，修正廓形誤差，從而達(dá)到機(jī)車輪對幾何參數(shù)的要求。

圖24 STC14020數(shù)控不落輪鏇床

（4）江西奈爾斯-西蒙斯-赫根賽特中機(jī)有限公司出產(chǎn)機(jī)床

①U2000-G400系列不落輪車床專用于車輛的單個輪對、同一轉(zhuǎn)向架的2條輪對、同車的2個轉(zhuǎn)向架的4條輪對加工，如圖25所示。無論在解體或不解體狀態(tài)下，都可對輪緣和踏面進(jìn)行在線加工和等效錐度及多邊形在線檢測，最大切屑橫截面積可達(dá)10 mm2。

圖25 U2000-G400系列不落輪車床

②Mobiturn型移動式不落輪車床專用于待修輪對的加工修復(fù)，如圖26所示。該機(jī)床可以通過鐵路或公路運(yùn)輸?shù)讲煌牡胤?，只需將它放置在車間的軌道網(wǎng)絡(luò)中，就可以在需要時從軌道網(wǎng)絡(luò)上的待機(jī)位置簡單地送到待修位置，如圖27所示。與傳統(tǒng)的不落輪車床相比，Mobiturn具有特定應(yīng)用的特定優(yōu)勢，一臺設(shè)備可滿足區(qū)域內(nèi)不同地點(diǎn)的輪對修理，機(jī)動性好可以節(jié)省車輪鏇修的成本。

圖26 Mobiturn型移動式不落輪車床

圖27 Mobiturn車床加工圖

2.2.4 軸承加工機(jī)床

軸承是連接輪軸和轉(zhuǎn)向架的關(guān)鍵部件，由鋼球、鋼板、套圈組成。鋼球制造流程為原材料、冷鐓、光磨、熱處理、硬磨、初研、外觀和精研；鋼板制造流程為原材料、剪料、裁環(huán)、光整、成形、整形和沖鉚釘孔；套圈制造流程為原材料、鍛造、退火、車削、淬火、回火、磨削和裝配。在軸承的加工過程中內(nèi)外圈淬火工藝是極其重要的，用于提高軸承的壽命和承載能力。

寧夏機(jī)械研究院股份有限公司生產(chǎn)的ZCY-2G全自動全封閉鐵路軸承內(nèi)外圈淬火壓床如圖28所示，用來控制鐵路客車和貨車軸承熱處理淬火過程中的硬度和變形量,從而保證鐵路軸承的質(zhì)量。具有自動化程度高、可靠性好和淬火工件質(zhì)量穩(wěn)定等顯著特點(diǎn)。該設(shè)備可提高淬火工作效率，減輕勞動強(qiáng)度，降低廢品率，促進(jìn)工廠熱處理工藝水平上升，是全國最大、也是唯一能夠?qū)崿F(xiàn)高鐵軸承淬火的專用設(shè)備[21]。

圖28 ZCY-2G軸承淬火壓床

2.2.5 制動盤加工機(jī)床

盤形制動盤是列車制動的最后保障[22]。因此，研制出高性能制動盤對整個高鐵事業(yè)至關(guān)重要。其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對成形材料的韌性、硬度和強(qiáng)度要求較高。其加工工序有粗車、半精車、精車、精鉆孔、去毛刺和檢驗(yàn)入庫[23]。目前，國內(nèi)制動盤主要依賴進(jìn)口，制造技術(shù)受制于國外，亟需大力自主研發(fā)。

上文提到的武漢重型機(jī)床集團(tuán)有限公司生產(chǎn)的PWL1200門式車輪車床和UGL系列數(shù)控不落輪車床也專用于制動盤加工。PWL1200門式車輪車床加工制動盤100 mm上的平面度可以達(dá)到0.1 mm，表面粗糙度Ra為3.5μm。UGL系列數(shù)控不落輪車床加工制動盤100 mm上的平面度可以達(dá)到0.25 mm，表面粗糙度Ra為3.5μm。

2.3 車體加工機(jī)床

車體是整個車輛中最大的零部件，多采用通長的擠壓鋁型材焊接而成。制造車間采用高速龍門加工中心和多功能工業(yè)機(jī)器人焊接裝備來加工車體，加工中心需要配置五軸聯(lián)動高級數(shù)控系統(tǒng)以對復(fù)雜的空間曲面進(jìn)行高精度加工[24]。

德國（Fooke）?？斯旧a(chǎn)的ENDURA?500銑床專用于加工車體，配備直線電機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)高精度加工，如圖29所示。該設(shè)備的特點(diǎn)有大型、快速、可靠。所生產(chǎn)的移動式龍門銑床ENDURA?1006LINEAR，帶2個龍門，專用于加工鋁合金型材，如圖30所示。

圖29 ENDURA? 500加工圖

圖30 ENDURA? 1006LINEAR加工圖

沈陽機(jī)床生產(chǎn)的GMC45620u超大型龍門移動式五軸聯(lián)動加工中心產(chǎn)品是國內(nèi)首臺超長高鐵加工設(shè)備，專用于車體的復(fù)雜曲面加工，如圖31所示。該機(jī)床采用整機(jī)輕量化技術(shù)、整機(jī)高精度加工技術(shù)、超長行程床身精度保障技術(shù)、床身分段對接技術(shù)、X軸采用超高速移動技術(shù)和“變形補(bǔ)償加工”技術(shù)[25]。保證了復(fù)雜曲面的加工精度，同時提高了加工效率，還節(jié)約了成本。

圖31 GMC45620u龍門加工中心

3 結(jié)語

中國高鐵走在世界前列，需求推動著技術(shù)，其制造機(jī)床從前期以國外引入為主逐漸走向后期自主研發(fā)。由于高鐵的獨(dú)特性，各零部件加工工藝存在差異以及精度和質(zhì)量要求高，所以采用不同的專用機(jī)床來滿足加工要求同時能夠提高加工效率。但為了進(jìn)一步提升產(chǎn)量和質(zhì)量，將離散工作的關(guān)鍵零部件加工專用機(jī)床形成配套生產(chǎn)線是關(guān)鍵點(diǎn)之一。

未來機(jī)床發(fā)展總趨勢是“智能+”機(jī)床[26-27]。具體表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：（1）高速和高精密度。（2）智能化。（3）復(fù)合化與系統(tǒng)化。（4）定制化。（5）綠色化[28]。（6）高性能[29-32]。高鐵機(jī)床會隨著高鐵與新一代信息技術(shù)融合[33]而進(jìn)一步升級，在未來高鐵領(lǐng)域發(fā)展的趨勢主要有以下幾點(diǎn)：

（1）智能化。由于未來高速列車會朝著智能高鐵[34-35]的方向發(fā)展，由智能高鐵大腦平臺、智能建造、智能裝備和智能運(yùn)營4個部分組成[36-37]，通過傳感器和標(biāo)準(zhǔn)通信接口等相結(jié)合，實(shí)時控制加工。結(jié)合大數(shù)據(jù)、工業(yè)物聯(lián)、數(shù)字孿生[38]、邊緣計算/云計算和深度學(xué)習(xí)等技術(shù)力助推動未來智能機(jī)床在高鐵領(lǐng)域的發(fā)展[39-41]。

（2）定制化、專門化[42-43]。由于未來高鐵將朝著更快、更重、更難、更新和更廣的方向邁進(jìn)。針對高鐵車體等大型復(fù)雜曲面加工需求，需要研制智能磨拋系統(tǒng)和柔性打磨工具；針對軌道、轉(zhuǎn)向架、輪對等關(guān)鍵零組件制造需求，開發(fā)專用高效加工成套裝備[43]。故需要根據(jù)用戶需求，在機(jī)床結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)配置、專業(yè)編程、切削刀具和測量等方面提供定制化開發(fā)，在加工工藝、切削參數(shù)、故障診斷和運(yùn)行維護(hù)等方面提供專門化服務(wù)。模塊化設(shè)計、可重構(gòu)配置、網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同、軟件定義制造和可移動制造等技術(shù)將為實(shí)現(xiàn)定制化提供技術(shù)支撐[31]。

（3）功能集成化。支持多種零件的加工，只需調(diào)整相關(guān)控制程序即可進(jìn)行多模式的生產(chǎn)。不僅節(jié)約生產(chǎn)時間，同時降低重復(fù)定位帶來的誤差，能夠強(qiáng)化數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用范圍，簡化加工人員布局。

（4）協(xié)同化。高鐵加工是一個龐大的工程，機(jī)床與機(jī)器人協(xié)同作業(yè)，可以提高加工效率。機(jī)床結(jié)合企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)營模式，進(jìn)行綜合且專業(yè)化的設(shè)計，實(shí)現(xiàn)靈活應(yīng)變，打造柔性制造系統(tǒng)。

（5）雙碳模式化[44]。為了應(yīng)對氣候變化與綠色發(fā)展，機(jī)床制造業(yè)也要面對綠色轉(zhuǎn)型。第一從原材料的采購到最后的包裝運(yùn)輸實(shí)現(xiàn)全程的碳中和。第二元器件采用高效、低能耗的產(chǎn)品。第三在技術(shù)上進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)機(jī)床加工零部件過程中的碳中和。

智能制造是工業(yè)4.0的標(biāo)志[45]。目前國際產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移進(jìn)程不斷加快，世界裝備制造業(yè)部分生產(chǎn)能力正向發(fā)展中國家轉(zhuǎn)移，不僅加工制造在轉(zhuǎn)移，而且研發(fā)產(chǎn)業(yè)也在轉(zhuǎn)移，對中國發(fā)展數(shù)控機(jī)床行業(yè)是一個機(jī)遇，同時高鐵機(jī)床也是重點(diǎn)發(fā)展方向。