1、普通型车轮车床的数控改造唐山重型机床厂 王淑芬我厂近年来对青海重型机床厂生产的普通型车轮车床 C8011B 和 C8013B 进行了数控改造，收到了良好的社会效益和经济效益。下面就采用西门子的 802D 数控系统做改造的案例作一介绍。一、原机床数控改造的需求：原普通型的车轮车床采用模板式的电触点仿形，加工效率不高，轮型单一，不易修改和增加新轮型。按此方法加工出来的车轮精度不高，电触点仿形装置经常发生故障，可靠性不强。其中采用的微型开关构成的触指灵敏性差需要经常维修。随着我国铁路事业的发展，火车提速的需要，对车轮轮型和精度都有了更高的要求。如机车轮型，原来只有摩耗型一种 JM 和标准型（JB）或
2、叫锥形，而近年来推广使用的有三种摩耗型 JM1，JM2 和 JM3。只有通过数控改造才能更好地满足生产建设的需要。二、数控改造方案：车轮车床的数控改造，主要是将原机床刀架的电触点仿形方式改为数控方式，将机床进给系统的机电配置进行重新设计。该机床为双刀架结构，左右刀架分别加工左右车轮，可以同时加工也可单独加工。因此两个刀架分别采用一套数控系统，每套数控系统控制两个轴 X 和 Z。我们选用两套西门子公司的 SINUMERIK 802D 数控系统，分别控制左右刀架的 X 轴、Z 轴，两轴联动进行插补，纵横向的进给运动分别由西门子的 1FK6 型交流伺服电机驱动，通过滚珠丝杠传动，驱动装置用西门子的
3、SIMODRIVE 611UE 双轴模块，伺服电机上带有内置编码器，数控系统与伺服电机构成位置半闭环控制。X 和 Z 轴上分别设有硬限位和参考点、急停限位组合开关。整个电气控制原理框图如下：三、机床坐标系的设定数控机床加工零件时必须首先确定机床坐标系，本机床中，X 坐标与其它机床一样，不作任何变动，即 X 轴的正方向为刀具横向离开工件的方向。而 Z 坐标不同，因为机床有左右刀架之分，Z 轴的正方向为左右刀架相反，左刀架为刀具向床头箱的方向，右刀架为刀具向尾座的方向，这样，在本机床上左右刀架才可以用同一程序格式，完成左右车轮轮缘踏面形状的加工。机床坐标系的设定如下图所示：四、加工过程与程序的编制
4、思路1 加工过程：本机床采用两把机夹刀，加工内侧面的为副刀，加工轮缘踏面的为主刀。在加工之前，左右刀架都必须先进行对刀，以确定加工轮对的起始点。本机床采用的是手动对刀，方法是将刀架开到轮对的内侧面，用副刀靠近内侧面 A 点，以刚刮下铁屑为好。这时在事先选好的程序下采用自动方式运行程序即可。根据计算刀架会按程序自动运行到轮型加工的起始点 Q，这时主刀按照轮形坐标编制的程序开始加工踏面，当到达轮缘的顶点 C 时，要进行快速换刀，换成副刀接着加工轮缘和内侧面。下面以右刀架为例画一示意图说明。2 编程思路同一规格的轮缘踏面宽度不尽相同，它有一随机公差值 K，K 值的设定也必须根据不同的轮缘规格而设置。
5、例如：LM 型 K 值的变化范围是 0-7，当轮宽为 135 时，K=0；当轮宽为 142 时，K=7。这样，随不同轮对宽度变化的差值在自动加工时计入踏面外形的 1：8 直线段处。Q 点在Z 方向的坐标值已由程序根据对刀点计算好，用户不必考虑，而 Q 点在 X 方向的坐标值与其参考点 R3（参见程序举例）的值密切相关。也可以说轮对加工后的直径值准不准，取决于 R3 值的调整和确定。值得注意的是，左右刀架的程序是通用的，但因参考点的限位开关位置不可能完全一致，R3 的值也常常不同，需分别调整。一旦调好后就不用动了。操作者在操作前，首先要测量车轮的直径和车轮的宽度，根据机床的切削深度以及表面光洁度
6、等确定加工次数，将车轮加工后所要达到的直径值输入到参数 R1 中，将车轮宽度的值输入到参数 R2 中。选好程序，对刀后按动 NC 起动按钮即可。3影响轮缘踏面加工的因素：本机床刀宽为 55，由于 A 点到 O 点的 Z 向距离是一定的，车辆轮为 70，机车轮为 73，以车辆轮为例，刀具实际在 Z 方向的运行距离是：70+T（刀宽）-R（刀具半径）=70+55-4=121在正常切削时，Zz 值的大小可以改变轮缘根部的肥瘦，Xx 的值影响轮缘两侧的过渡，即轮缘顶点 C 接刀过渡中的平滑性。五、程序举例轮型加工程序有很多种，但只要知道一种编程思路，再根据轮缘踏面的坐标值，就可举一反三，以此类推编制出
7、其它轮型的程序，下面就给出车辆摩耗型（LM）轮缘厚为 32mm 的零件程序以供参考。%_N_PF32_MPF;$PATH=/_N_MPF_DIR ；通过电脑传输程序必须要有的程序头N30 DIAMOFN40 R3=550 ；R3 为 X 方向参考点数值N50 R10=R1-117.29 ；R1 为轮宽（=135+K=135142）N60 R11=R10/8N70 R12=R11+7.52N80 R13=R2/2 ；R2 为要加工的车轮直径值N90 R13=R13+1.4N100 R13=R3-R13N110 R30=R1-135N120 R15=R1-70N130 G74 X0N140 G91
8、 G00 Z=R15+121N150 T1D1N160 G91 G42 G01 G94 X=-R13 Z8 F500N170 X=-R12 F50N175 G91 Z-8N180 G91 X5 Z-5N190 X=2.214+R30/8 Z=-(17.712+R30)N200 G03 X1.637 Z-22.094 CR=220N210 G02 X1.591 Z-29.757 CR=500N220 X3.626 Z-19.59 CR=100N230 X8.656 Z-9.249 CR=14N240 G01 X2.615 Z-0.952N250 G03 X10.507 Z-10.109 CR=1
9、8N260 X0.891 Z-4.537 CR=12 ；加工至 C 点N270 G01 Z-22N280 G00 X10N290 Z-17N300 X-7N310 G01 X-5.2 ；Xx =22.7,此处取 2.2N320 Z-8N330 G03 X-3.06 Z-8 CR=12N340 X-17.888 Z-8 CR=24N350 G01 X-5N360 G00 Z-8N370 G40 X=R13 T0D0N380 G91 Z4N390 G04 F3N400 M30六、改造效果车轮车床进行数控改造，是我厂的成熟产品，选用西门子的 802D 数控系统比较经济实用，可靠性高，易于操作。这种改造在实际应用中比较成功。所选用的刀可选瑞典的山特维克机夹刀，也可选用山特维克的杯型刀，我们根据用户的需要都可编制不同的加工程序，满足用户的要求。改造后的机床在生产效率和加工精度上都有很大提高，并能提高机床工作的可靠性和表面光洁度，提高机床的自动化程度。附：个人资料姓名：王淑芬 职称：工程师 职业：机床电气设计单位：唐山重型机床厂 邮编：063030地址：唐山市丰润区厂前路副 2 号 电话：0315-3126733E-mail：
