RQMC车轮整体加工工艺与难点

杨鹏  周洁 张敏

【摘要】近年来，国家工业水平高速发展，轨道交通更是全球领先，火车作为轨道交通的重要组成部分，不仅在国内高速发展，还不断的走向世界。火车的核心部位就是火车头，而火车头的“心脏”则是走形部位——转向架，车轮作为走形部位的重要组成部位，其加工尺寸和质量要求都是非常高的，它的质量直接影响火车的运行安全，而它的外观也会直接影响人们对火车头的第一印象，车轮是火车上的消耗品，随着火车产出的不断增多，车轮的需求量也急速增长。因此如何提升车轮产量，如何保证车轮质量成为了关键。

【关键词】RQMC   刀具选择  刀具安装  工艺分析  测量 碎屑

【引言】数控加工是指在数控机床上进行零件加工的一种工艺方法，数控机床加工与传统机床加工的工艺规程从总体上说是一致的，但也发生了明显的变化。它是用数字信息控制零件和刀具位移的机械加工方法。可以解决零件品种多变、批量小、形状复杂、精度高等问题和实现高效化和自动化加工的有效途径，随着我国轨道交通的高速发展，车轮的需求量非常大，市场供不应求。车轮的加工包括外形轮廓，内孔，钻注油孔，镗孔等。传统的数控加工工艺是将车轮分为多个工序（外侧面，内侧面，踏面，注油孔，内孔，制动盘孔，倒角等），因此也需要不同的数控机床（包括多台车床，镗床以及加工中心），这样占据了太多的人力物力以及场地。为此我们公司引进了德国重型立式车铣中心RQMC，有效的解决了这以问题。

一、RQMC的介绍

     德国重型立式车铣RQMC，削铁如泥之机械巨兽。左侧万能车铣头滑枕HSK100接口，可加工车、铣、钻镗、雕刻、插补，加工任意角度斜孔。右侧重型立式滑枕Capto C10接口（如图）。主轴采用电主轴直驱，转速范围0—400rpm, 功率S1高达106KW.左右双通道双刀库。刀库内有20个刀位。可以自动对刀，测量，补偿。可实现对车轮的整体加工。

RQMC加工的亮点：

1、功率强大，直接驱动，达50000NM；最大扭矩（通用）150KW 驱动功率

2、避免使用机械传动元件，如齿轮和齿轮箱

3、4种车轮机床的模块化设计概念（RQ、RMC、RQMC、RQQ）

4、维护保养工作量低的机床

5、内部主轴承接测量系统的高分辨率

6、附加车-铣单元用以实现一台机床/旋转B轴的最大范围的操作

7、重型加工，自动刀具更换（最多40把刀具）

8、使用直接驱动器实现对工作台的最高定位精度

9、集成的刀具和工件测量

10、使用精密控制器直接进行水冷定子绕组

11、同步换刀，以优化操作时间

二、RQMC车轮整体加工的图纸与技术要求

1.技术要求

（1）每班首件加工前，检查3个等高垫高度应在同一水平面内，误差小于0.03mm。

（2）禁止焊修打磨所有表面。

三、RQMC车轮整理加工的工艺流程

1.外部轮廓加工

外部轮廓包括内外侧面轮辋面、轮毂面、制动盘面以及踏面等。使用20的圆弧刀，将车轮外部轮廓的整体加工。

2.内孔加工

内孔加工采用了刀库探头自动测量补偿模式，先试切再通过探头的测量，得到测量结果，然后在刀补上自动补偿，补偿以后，进行最后的精加工。

3.注油孔加工

注油孔我们使用的是45°斜孔加工，它分25的引孔、14的底孔、16的丝攻、6个的通孔以及38.5的沉台。

4.制动盘孔和销孔加工

自动盘孔和销孔位于制动盘面，制动盘是车轮制动系统中非常重要的部位，因此它的尺寸精度很高。

5.刻打车轮钢印

车轮钢印是由车轮制造年月.轧制工厂标记.车轮钢代号.车轮型号.车轮炉号.序列号.加工单位代号等组成。传统的车轮钢印采用手动敲打。手动敲打钢印不仅不美观还非常容易出错。

四、RQMC加工时常见的问题，以及处理方法

RQMC车轮加工过程中常见问题有以下方面：

1.跳动超差问题

RQMC我们使用的是所示的卡盘，跳动超差是一个常见问题，它的出现是因为RQMC的装夹采用的是机械手上料与卡盘的自动装夹。这样会导致加工过程中产生的细小铁屑未能及时发现和清理干净。加工就会造成车轮圆跳动以及同轴度超差。为此安装了探头检查，轮子加工前，我们在程序里面加了检测程序段，探头会对车轮的圆跳动，平面跳动以及相关尺寸进行测量，测量出尺寸满足加工要求后方可继续加工。                                            

2．断屑问题

车轮加工所产生的带状铁屑是影响设备加工精度和质量的一个最主要因素。RQMC机床的左侧带有动力头，主要进行注油孔，螺栓孔，销孔，等精度较高的孔内加工。由于车轮加工不断屑，时常会出现在销孔加工过程中铁屑缠绕动力头，把动力头憋死给动力头、刀柄、车轮带来严重的损坏。甚至会导致刀毁轮亡 。同时

加工时产生的铁屑也会在换刀过程中进入刀库，轻则会导致换刀系统故障报警，重则会压坏刀柄端面，使气密性检测不合格。为此我们通过修改程序，更换刀片等一系列方法来解决这一问题。

3.制动盘销孔加工时偶发性超差问题

销孔位于制动盘面，制动盘是车轮制动系统中非常重要的部位，因此它的尺寸精度很高。销孔加工通常我们是先使用24.7的可换钻头钻底孔，再用25的铰刀铰孔。

通过长时间的观察记录，我们发现导致销孔偶发性超差的原因是加工过程中所产生的积屑瘤造成的。

积屑瘤形成的过程：切削沿前刀面流出，由于切削与前刀面之间的强烈挤压与摩擦，使切屑底层的一部分金属产生“滞留”现象，当滞留层与前刀面摩擦力大于材料内部的结合力时，滞留层部分金属就会粘附（冷焊）在刀具前刀面上，逐渐形成积屑瘤。积屑瘤在切削过程中是不稳定的。积屑瘤的形成过程中，积屑瘤不断长高，长到一定程度的高度后因不能承受切削力而破坏脱落，所有积屑瘤是一个时生时灭、周而复始的动态过程。

积屑瘤对切削过程的影响：1、保护刀具，积屑瘤的硬度高于被切金属，可代替切削刃进行切削，保护刀具减少刀具磨损。2、增大实际前角，积屑瘤形成后，增大了刀具实际前角，切削力减少，切削更轻快。3、积屑瘤不断的脱落和重新生成，使被吃刀量不断变化，影响加工尺寸。脱落下来的金属会在工件表面形成硬点，并在加工表面留下不均匀的沟痕，影响表面粗糙度。

避免积屑瘤的方法：1、选择低速或者高速切削

2、增大前角，减少正压力，减少切削热的产生

3、采用冷却性能和润滑性能好的切削液

最后通过提高程序中的铰孔时动力头的转速，有效的减少了产生的积屑瘤的几率。最终解决销孔加工过程中偶发的尺寸变大问题。

4．磨耗极限槽加工过切问题

磨耗极限槽位于车轮外侧面轮辋面上，它是车轮磨损的一条警戒线，它是判断返修轮子能否继续使用的依据。但是车削出来的磨耗极限槽与图纸相比出现了明显的过切现象

我们加工的工艺图纸上磨耗极限槽斜面的角度为45°，

我们现场使用的刀杆都是斜度为93°的刀杆，我们厂使用的刀片夹角为55°，这样的话，我们刀片的后角就只有32°，会对磨耗极限槽斜面有干涉，造成过切现象。                                                                         

将我们原先使用的磨耗极限刀片（夹角为55°）更换为夹角只有40°的刀片，这样的话，刀片的后角就变为47°了，大于了磨耗极限槽斜面的角度，不会对斜面车削造成干扰，也不会出现过切问题                  

5．切削液的浓度

     在机械加工中一般选乳化液作为冷却液，而我们也一样； 通过长期的跟踪记录观察，智能产线的切削液浓度在6-8之间的效果最佳。合理选择和使用切削液是质量的重要保证。粗车、精加工时，选用润滑性能好的乳化液或切削油，连续地、充分地浇注；可以减小刀具与切屑、刀具与工件过渡表面之间的摩擦，主要降低切削温度、减小了切削变形。改善已加工表面的质量和提高刀具使用寿命。同时工件不受切削热的影响而使它的加工尺寸和几何精度发生变化，是保证零件加工质量的有效措施之一。

【结束语】通过上述的改进措施和加工方法，从根本上提高了产品质量，降低了加工成本，美化了车轮外观，保证了公司对产品合格率99.9%的要求，同时也提高了生产率。但是学无止境，每年还是有产品报废，不合格品流出，希望我们能持续改进取得更高的技术水平，产品合格率100%是我们永恒的目标，也是我们为轨道交通事业通奋斗终身的动力。

【参考文献】

1.高级车工工艺与技能训练/晏丙午/主编，—北京：中国劳动社会保障出版社。

2.车工技师培训教材/陆根奎，—北京：机械工业出版社