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TF2000 型數(shù)控不落輪鏇床刀具補(bǔ)償調(diào)整方案研究

2024-7-23 來(lái)源：- 作者：-

摘要：針對(duì) TF2000 型數(shù)控不落輪鏇床刀具補(bǔ)償調(diào)整需要結(jié)合數(shù)據(jù)反復(fù)試驗(yàn)效率低下的問(wèn)題，通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)提出以加工后不同輪形結(jié)果為依據(jù)進(jìn)行刀具補(bǔ)償調(diào)整的方案?？偨Y(jié)了 10 種不同輪形結(jié)果應(yīng)采取的刀具補(bǔ)償?shù)恼{(diào)整方案，優(yōu)化了刀具補(bǔ)償調(diào)整方案，提高了輪對(duì)加工效率和精度。

關(guān)鍵詞：數(shù)控不落輪鏇床；刀具補(bǔ)償；電客車；踏面鏇修

數(shù)控不落輪鏇床是地鐵車輛段中常見(jiàn)的工藝設(shè)備，主要承擔(dān)電客車輪對(duì)的測(cè)量及鏇修工作。TF2000 型數(shù)控不落輪鏇床是一種高性能專用數(shù)控機(jī)床，主要適用于各類型機(jī)車車輛在不解編、不落架的條件下，對(duì)日常運(yùn)營(yíng)過(guò)程中輪對(duì)踏面、輪緣的磨損和擦傷進(jìn)行修復(fù)，恢復(fù)輪對(duì)踏面技術(shù)狀態(tài)[1]。

1、TF2000 型數(shù)控不落輪鏇床刀具系統(tǒng)

TF2000 型數(shù)控不落輪鏇床刀具系統(tǒng)采用刀架對(duì)稱布置方案，每側(cè)刀架均由刀座、刀片、以及固定塊組成。刀架是刀具系統(tǒng)的基礎(chǔ)，刀座、刀片均固定在刀架上。刀架固定在測(cè)向機(jī)構(gòu)上，實(shí)現(xiàn)了刀具加工坐標(biāo)系與測(cè)量坐標(biāo)系的統(tǒng)一。鏇床共配置 4 枚刀具，采用垂直刀和水平刀結(jié)合加工的方式，通過(guò)楔形螺絲與刀片固定塊相互作用固定在刀座上。T1 刀（水平刀）負(fù)責(zé)鏇修車輪踏面、倒角及輪緣外側(cè)面，T2 刀（垂直刀）負(fù)責(zé)鏇修車輪的輪緣頂點(diǎn)與輪緣內(nèi)側(cè)面[2]。T1 刀和 T2 刀具有互換性。

2、TF2000 型數(shù)控不落輪鏇床輪的加工坐標(biāo)系

為便于加工根據(jù)輪對(duì)踏面的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求建立了加工坐標(biāo)系 G55。G55 與機(jī)床原始坐標(biāo)系的對(duì)應(yīng)情況見(jiàn)圖 1。實(shí)線代表刀具的加工軌跡，M 點(diǎn)為機(jī)床的坐標(biāo)系原點(diǎn)；P 點(diǎn)為加工坐標(biāo)系原點(diǎn)的位置。虛線段 G55X 和 G55Z 分別表示 P 點(diǎn)與 M 點(diǎn)之間的偏移量，即加工坐標(biāo)系相對(duì)于機(jī)床坐標(biāo)系偏移量。

圖 1 TF2000 型數(shù)控不落輪鏇床程序工件坐標(biāo)系示意圖

3、TF2000 型數(shù)控不落輪鏇床輪的加工軌跡

如圖 2，輪對(duì)在踏面基點(diǎn)位置與軌道進(jìn)行接觸，由于塑性變形在以基點(diǎn)位置附近形成一個(gè)凹陷區(qū)；輪緣外側(cè)與軌道在轉(zhuǎn)彎時(shí)相互作用，輪緣厚度減小輪緣高度增加，需通過(guò)鏇修恢復(fù)輪對(duì)踏面形狀。鏇床加工程序按照《TBT449-2003 機(jī)車車輛車輪輪緣踏面外形》[4]中 LM 磨耗型輪對(duì)踏面輪廓

進(jìn)行編制，加工時(shí)嚴(yán)格按照 LM 磨耗型輪對(duì)踏面輪廓進(jìn)行加工，確保修復(fù)完成的輪形符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

圖 2 輪對(duì)廓形加工前后對(duì)比圖

4、TF2000 型數(shù)控不落輪鏇床刀具補(bǔ)償調(diào)整方案

由于鏇修程序中的刀位點(diǎn)都是按照 LM 型車輪踏面尺廓進(jìn)行編寫的，刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡未考慮到不同尺寸刀具的刀位點(diǎn)[3]，因此加工精度收到刀具尺寸影響較大。當(dāng)?shù)毒吒鼡Q、磨損時(shí)需通過(guò)鏇床標(biāo)定結(jié)果對(duì)刀具補(bǔ)償進(jìn)行調(diào)整。加工過(guò)程中作業(yè)人員只能以經(jīng)驗(yàn)和反復(fù)試驗(yàn)確定刀補(bǔ)數(shù)據(jù)。這種方式需要多次試驗(yàn)，效率低且誤差率高。經(jīng)試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，以鏇床加工原理結(jié)合加工后輪對(duì)踏面形狀，采取相應(yīng)刀補(bǔ)措施可以提高刀具調(diào)整精度，節(jié)約刀具調(diào)整時(shí)間，增加工作效率。

4.1 加工后踏面輪廓正確，直徑過(guò)大

如圖 3 所示，加工后輪對(duì)踏面的輪廓符合要求，直徑與目標(biāo)直徑相比過(guò)大。這種情況說(shuō)明刀具在 X 方向的切削深度不夠，導(dǎo)致輪對(duì)踏面 X 方向上的切削量過(guò)小。針對(duì)這種情況需要適當(dāng)減小 T1刀和 T2 刀 X 方向的刀具補(bǔ)償，從而滿足切削要求。

圖 3 踏面輪廓正確，直徑過(guò)大示意圖

4.2 加工后踏面輪廓正確，直徑過(guò)小

如圖 4 所示，加工后輪對(duì)踏面的輪廓符合要求，直徑與目標(biāo)直徑相比過(guò)小。這種情況說(shuō)明刀具在 X 方向的切削深度過(guò)多，導(dǎo)致輪對(duì)踏面 X 方向上的切削量過(guò)大。針對(duì)這種情況需要增大 T1 刀和T2 刀 X 方向的刀具補(bǔ)償，從而滿足切削要求。

圖 4 踏面輪廓正確，直徑過(guò)小示意圖

4.3 加工后踏面輪廓錯(cuò)誤，輪緣背面過(guò)大

如圖 5 所示，加工后輪緣背面過(guò)大，輪緣頂點(diǎn)到輪緣內(nèi)側(cè)面 X 方向上高于車輪踏面、倒角輪緣外側(cè)面，輪緣頂端出現(xiàn)臺(tái)階。這種情況說(shuō)明 T1 刀切削量正常，T2 刀在輪緣頂點(diǎn)到輪緣內(nèi)側(cè)面 X 方向的切削深度不足，致使在 T1 刀與 T2 刀交接處產(chǎn)生臺(tái)階。針對(duì)這種情況需要減小 T2 刀 X 方向的

刀具補(bǔ)償，從而滿足切削精度的要求。

圖 5 踏面輪廓錯(cuò)誤，輪緣背面過(guò)大示意圖

4.4 加工后踏面輪廓錯(cuò)誤，輪緣背面過(guò)切

如圖 6 所示，加工后輪緣背面過(guò)切，車輪踏面、倒角及輪緣外側(cè)面 X 方向上高于輪緣頂點(diǎn)到輪緣內(nèi)側(cè)面，輪緣頂端出現(xiàn)臺(tái)階。這種情況說(shuō)明 T1 刀的切削量正常，T2 刀在輪緣頂點(diǎn)到輪緣內(nèi)側(cè)面X 方向的切削深度過(guò)多，致使在 T1 刀與 T2 刀交接處產(chǎn)生臺(tái)階。針對(duì)這種情況需要增加 T2 刀 X 方

向的刀具補(bǔ)償，從而滿足切削要求。

圖 6 踏面輪廓錯(cuò)誤，輪緣背面過(guò)切示意圖

4.5 加工后踏面輪廓錯(cuò)誤，直徑過(guò)小

如圖 7 所示，加工后踏面直徑過(guò)小車輪踏面、倒角及輪緣外側(cè)面 X 方向上低于輪緣頂點(diǎn)到輪緣內(nèi)側(cè)面，輪緣頂端出現(xiàn)臺(tái)階。這種情況說(shuō)明 T2 刀的切削量正常，T1 刀在車輪踏面、倒角及輪緣外側(cè)面 X 方向的切削深度過(guò)多，致使在 T1 刀與 T2 刀交接處產(chǎn)生臺(tái)階。針對(duì)這種情況需要增加 T1 刀 X

方向的刀具補(bǔ)償，從而滿足切削要求。

圖 7 踏面輪廓錯(cuò)誤，直徑過(guò)小示意圖

4.6 加工后踏面輪廓錯(cuò)誤，直徑過(guò)大

如圖 8 所示，加工后踏面直徑過(guò)大，車輪踏面、倒角及輪緣外側(cè)面 X 方向上高于輪緣頂點(diǎn)到輪緣內(nèi)側(cè)面，輪緣頂端出現(xiàn)臺(tái)階。出現(xiàn)這種情況說(shuō)明 T2 刀的切削量正常，T1 刀在車輪踏面、倒角及輪緣外側(cè)面 X 方向的切削深度不足，致使在 T1 刀與 T2 刀的交接處產(chǎn)生臺(tái)階。針對(duì)這種情況需要減

小 T1 刀 X 方向的刀具補(bǔ)償，從而滿足切削精度的要求。

圖 8 踏面輪廓錯(cuò)誤，直徑過(guò)大示意圖

4.7 加工后踏面輪廓錯(cuò)誤，踏面輪緣厚度過(guò)寬

如圖 9 所示，加工后踏面輪緣厚度過(guò)寬，輪對(duì) QR 值低于 7。這種情況說(shuō)明 T2 刀的切削量正常，T1 刀在車輪踏面、倒角及輪緣外側(cè)面 Z 方向的切削深度不足，致使踏面輪緣厚度過(guò)寬，輪對(duì) QR 值超限。針對(duì)這種情況需增加 T1 刀 Z 方向的刀具補(bǔ)償，從而滿足切削精度的要求。

圖 9 面輪緣厚度過(guò)寬示意圖

4.8 加工后踏面輪廓錯(cuò)誤，踏面輪緣厚度過(guò)窄

如圖 10 所示，加工后踏面輪緣厚度過(guò)窄，輪對(duì) QR 值高于 11。這種情況說(shuō)明 T2 刀的切削量正常，T1 刀在車輪踏面、倒角及輪緣外側(cè)面 Z 方向的切削深度過(guò)深，致使踏面輪緣厚度過(guò)窄，輪對(duì)QR 值超限。針對(duì)這種情況需減小 T1 刀 Z 方向的刀具補(bǔ)償，從而滿足切削精度的要求。

圖 10 輪緣厚度過(guò)窄示意圖

4.9 加工后踏面輪廓錯(cuò)誤，輪緣內(nèi)側(cè)厚度過(guò)寬

如圖 11 所示，加工后輪緣內(nèi)側(cè)厚度過(guò)寬，輪緣內(nèi)側(cè)與輪緣頂端之間過(guò)渡不圓滑。這種情況說(shuō)明T1 刀的切削量正常，T2 刀在輪緣內(nèi)側(cè)面 Z 方向上的切削深度過(guò)小，致使輪緣內(nèi)側(cè)厚度過(guò)寬。針對(duì)這種情況需減少 T2 刀在 Z 方向的刀具補(bǔ)償，從而滿足切削精度的要求。

圖 11 輪緣內(nèi)側(cè)厚度過(guò)寬示意圖圖 12 輪緣內(nèi)側(cè)厚度過(guò)窄示意圖

4.10 加工后踏面輪廓錯(cuò)誤，輪緣內(nèi)側(cè)厚度過(guò)窄

如圖 12 所示，加工后輪緣內(nèi)側(cè)厚度過(guò)窄，輪緣內(nèi)側(cè)與輪緣頂端之間過(guò)渡不圓滑。這種情況說(shuō)明 T1 刀的切削量正常，T2 刀在輪緣內(nèi)側(cè)面 Z 方向上的切削深度過(guò)大，致使輪緣內(nèi)側(cè)厚度過(guò)窄。針對(duì)這種情況需增加 T2 刀在 Z 方向的刀具補(bǔ)償，從而滿足切削精度的要求。

5、總結(jié)

針對(duì) TF2000 型數(shù)控不落輪鏇床刀具補(bǔ)償調(diào)整困難，依賴人員經(jīng)驗(yàn)的問(wèn)題，以加工后不同輪形結(jié)果為依據(jù)結(jié)合機(jī)床加工原理，總結(jié)出一套行使有效的刀具補(bǔ)償調(diào)整方案。經(jīng)實(shí)驗(yàn)優(yōu)化后的刀具補(bǔ)償調(diào)整方案可節(jié)約換刀可節(jié)時(shí)間 15 min。后續(xù)計(jì)劃在此研究基礎(chǔ)上，進(jìn)一步深入研究刀具補(bǔ)償量與切削次數(shù)、切削量的關(guān)系，以期制定出效率、精準(zhǔn)度更高的刀具調(diào)整方案。

作者：王巖1 張淑敏 2

來(lái)源：石家莊市軌道交通集團(tuán)有限責(zé)任公司 1 石家莊鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2

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