TF2000 型數(shù)控不落輪鏇床刀具補償調(diào)整方案研究
2024-7-23 來源：- 作者：-
摘要：針對 TF2000 型數(shù)控不落輪鏇床刀具補償調(diào)整需要結(jié)合數(shù)據(jù)反復(fù)試驗效率低下的問題，通過反復(fù)試驗提出以加工后不同輪形結(jié)果為依據(jù)進行刀具補償調(diào)整的方案?？偨Y(jié)了 10 種不同輪形結(jié)果應(yīng)采取的刀具補償?shù)恼{(diào)整方案，優(yōu)化了刀具補償調(diào)整方案，提高了輪對加工效率和精度。
關(guān)鍵詞：數(shù)控不落輪鏇床；刀具補償；電客車；踏面鏇修
數(shù)控不落輪鏇床是地鐵車輛段中常見的工藝設(shè)備，主要承擔(dān)電客車輪對的測量及鏇修工作。TF2000 型數(shù)控不落輪鏇床是一種高性能專用數(shù)控機床，主要適用于各類型機車車輛在不解編、不落架的條件下，對日常運營過程中輪對踏面、輪緣的磨損和擦傷進行修復(fù)，恢復(fù)輪對踏面技術(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。刀架固定在測向機構(gòu)上，實現(xiàn)了刀具加工坐標(biāo)系與測量坐標(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）負責(zé)鏇修車輪踏面、倒角及輪緣外側(cè)面，T2 刀（垂直刀）負責(zé)鏇修車輪的輪緣頂點與輪緣內(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 與機床原始坐標(biāo)系的對應(yīng)情況見圖 1。實線代表刀具的加工軌跡，M 點為機床的坐標(biāo)系原點；P 點為加工坐標(biāo)系原點的位置。虛線段 G55X 和 G55Z 分別表示 P 點與 M 點之間的偏移量，即加工坐標(biāo)系相對于機床坐標(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，輪對在踏面基點位置與軌道進行接觸，由于塑性變形在以基點位置附近形成一個凹陷區(qū)；輪緣外側(cè)與軌道在轉(zhuǎn)彎時相互作用，輪緣厚度減小輪緣高度增加，需通過鏇修恢復(fù)輪對踏面形狀。鏇床加工程序按照《TBT449-2003 機車車輛車輪輪緣踏面外形》[4]中 LM 磨耗型輪對踏面輪廓
進行編制，加工時嚴格按照 LM 磨耗型輪對踏面輪廓進行加工，確保修復(fù)完成的輪形符合標(biāo)準(zhǔn)要求。
圖 2 輪對廓形加工前后對比圖
4、TF2000 型數(shù)控不落輪鏇床刀具補償調(diào)整方案
由于鏇修程序中的刀位點都是按照 LM 型車輪踏面尺廓進行編寫的，刀具的運動軌跡未考慮到不同尺寸刀具的刀位點[3]，因此加工精度收到刀具尺寸影響較大。當(dāng)?shù)毒吒鼡Q、磨損時需通過鏇床標(biāo)定結(jié)果對刀具補償進行調(diào)整。加工過程中作業(yè)人員只能以經(jīng)驗和反復(fù)試驗確定刀補數(shù)據(jù)。這種方式需要多次試驗，效率低且誤差率高。經(jīng)試驗研究發(fā)現(xiàn)，以鏇床加工原理結(jié)合加工后輪對踏面形狀，采取相應(yīng)刀補措施可以提高刀具調(diào)整精度，節(jié)約刀具調(diào)整時間，增加工作效率。
4.1 加工后踏面輪廓正確，直徑過大
如圖 3 所示，加工后輪對踏面的輪廓符合要求，直徑與目標(biāo)直徑相比過大。這種情況說明刀具在 X 方向的切削深度不夠，導(dǎo)致輪對踏面 X 方向上的切削量過小。針對這種情況需要適當(dāng)減小 T1刀和 T2 刀 X 方向的刀具補償，從而滿足切削要求。
圖 3 踏面輪廓正確，直徑過大示意圖
4.2 加工后踏面輪廓正確，直徑過小
如圖 4 所示，加工后輪對踏面的輪廓符合要求，直徑與目標(biāo)直徑相比過小。這種情況說明刀具在 X 方向的切削深度過多，導(dǎo)致輪對踏面 X 方向上的切削量過大。針對這種情況需要增大 T1 刀和T2 刀 X 方向的刀具補償，從而滿足切削要求。
圖 4 踏面輪廓正確，直徑過小示意圖
4.3 加工后踏面輪廓錯誤，輪緣背面過大
如圖 5 所示，加工后輪緣背面過大，輪緣頂點到輪緣內(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)臺階。這種情況說明 T1 刀切削量正常，T2 刀在輪緣頂點到輪緣內(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)生臺階。針對這種情況需要減小 T2 刀 X 方向的
刀具補償，從而滿足切削精度的要求。
圖 5 踏面輪廓錯誤，輪緣背面過大示意圖
4.4 加工后踏面輪廓錯誤，輪緣背面過切
如圖 6 所示，加工后輪緣背面過切，車輪踏面、倒角及輪緣外側(cè)面 X 方向上高于輪緣頂點到輪緣內(nèi)側(cè)面，輪緣頂端出現(xiàn)臺階。這種情況說明 T1 刀的切削量正常，T2 刀在輪緣頂點到輪緣內(nèi)側(cè)面X 方向的切削深度過多，致使在 T1 刀與 T2 刀交接處產(chǎn)生臺階。針對這種情況需要增加 T2 刀 X 方
向的刀具補償，從而滿足切削要求。
圖 6 踏面輪廓錯誤，輪緣背面過切示意圖
4.5 加工后踏面輪廓錯誤，直徑過小
如圖 7 所示，加工后踏面直徑過小車輪踏面、倒角及輪緣外側(cè)面 X 方向上低于輪緣頂點到輪緣內(nèi)側(cè)面，輪緣頂端出現(xiàn)臺階。這種情況說明 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 方向的切削深度過多，致使在 T1 刀與 T2 刀交接處產(chǎn)生臺階。針對這種情況需要增加 T1 刀 X
方向的刀具補償，從而滿足切削要求。
圖 7 踏面輪廓錯誤，直徑過小示意圖
4.6 加工后踏面輪廓錯誤，直徑過大
如圖 8 所示，加工后踏面直徑過大，車輪踏面、倒角及輪緣外側(cè)面 X 方向上高于輪緣頂點到輪緣內(nèi)側(cè)面，輪緣頂端出現(xiàn)臺階。出現(xiàn)這種情況說明 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)生臺階。針對這種情況需要減
小 T1 刀 X 方向的刀具補償，從而滿足切削精度的要求。
圖 8 踏面輪廓錯誤，直徑過大示意圖
4.7 加工后踏面輪廓錯誤，踏面輪緣厚度過寬
如圖 9 所示，加工后踏面輪緣厚度過寬，輪對 QR 值低于 7。這種情況說明 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寬，輪對 QR 值超限。針對這種情況需增加 T1 刀 Z 方向的刀具補償，從而滿足切削精度的要求。
圖 9 面輪緣厚度過寬示意圖
4.8 加工后踏面輪廓錯誤，踏面輪緣厚度過窄
如圖 10 所示，加工后踏面輪緣厚度過窄，輪對 QR 值高于 11。這種情況說明 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 方向的切削深度過深，致使踏面輪緣厚度過窄，輪對QR 值超限。針對這種情況需減小 T1 刀 Z 方向的刀具補償，從而滿足切削精度的要求。
圖 10 輪緣厚度過窄示意圖
4.9 加工后踏面輪廓錯誤，輪緣內(nèi)側(cè)厚度過寬
如圖 11 所示，加工后輪緣內(nèi)側(cè)厚度過寬，輪緣內(nèi)側(cè)與輪緣頂端之間過渡不圓滑。這種情況說明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小，致使輪緣內(nèi)側(cè)厚度過寬。針對這種情況需減少 T2 刀在 Z 方向的刀具補償，從而滿足切削精度的要求。
圖 11 輪緣內(nèi)側(cè)厚度過寬示意圖 圖 12 輪緣內(nèi)側(cè)厚度過窄示意圖
4.10 加工后踏面輪廓錯誤，輪緣內(nèi)側(cè)厚度過窄
如圖 12 所示，加工后輪緣內(nèi)側(cè)厚度過窄，輪緣內(nèi)側(cè)與輪緣頂端之間過渡不圓滑。這種情況說明 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大，致使輪緣內(nèi)側(cè)厚度過窄。針對這種情況需增加 T2 刀在 Z 方向的刀具補償，從而滿足切削精度的要求。
5、總結(jié)
針對 TF2000 型數(shù)控不落輪鏇床刀具補償調(diào)整困難，依賴人員經(jīng)驗的問題，以加工后不同輪形結(jié)果為依據(jù)結(jié)合機床加工原理，總結(jié)出一套行使有效的刀具補償調(diào)整方案。經(jīng)實驗優(yōu)化后的刀具補償調(diào)整方案可節(jié)約換刀可節(jié)時間 15 min。后續(xù)計劃在此研究基礎(chǔ)上，進一步深入研究刀具補償量與切削次數(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
來源：石家莊市軌道交通集團有限責(zé)任公司 1 石家莊鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2
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