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摘要：本文以数控不落轮镟床UGL15-CNC为例，结合国内数控不落轮镟床的使用情况，分析研究了城市轨道交通车辆段专用设备数控不落轮镟床的使用现状、存在问题和改进措施。
关键词：轨道交通；数控不落轮镟床；镟修
引言
数控不落轮镟床是轨道交通车辆段三大检修设备之一，主要用于轨道交通车辆在转向架与车体不分解的状态下，对车辆轮对的车轮踏面和轮缘的磨损、剥离，热裂纹等病害进行检测、镟修加工，以达到修复的目的。走形部是轨道交通车辆最重要的组成部分，其状态直接影响到轨道交通车辆的运营安全和运行的平稳性、乘坐的舒适度等，数控不落轮镟床作为轮对状态检测和修复的专用设备，其技术状态直接关系到车辆维修部门能否为正线运营提供数量充足、质量优良的运营车辆。本文主要以UGL15-CNC型数控不落轮镟床为例进行论述，提出目前数控不落轮镟床应用中存在的问题和改进措施。
1．UGL15-CNC数控不落轮镟床简介
UGL15-CNC数控不落轮镟床是专门针对在不拆卸任何部件的情况下对整列车辆轮对进行加工修复的专用设备，主要由机座、轨道系统、轴向控制装置及刀架，抬升、定心、驱动系统、测量系统、外轴箱压紧系统、液压及气动系统，数字控制/操作系统、集削/碎削/排削系统及辅助设备——遥控公铁两用车组成。
1.1机座结构
机床框架由特制的有紧密纹理的铸铁制成，热处理后，可满足机床在最大的静、动态负荷条件下的刚度，主要由两个立柱和一个横梁组成，两个立柱安装抬升定位系统、装夹系统、轴向控制轮及支撑轮对重量等；横梁安装刀架、测量盒、Z轴丝杆和水平导轨等。
1.2活动轨道、轴向控制装置及刀架
活动轨道是在机床非运行状态时，支撑公铁两用车、轨道车辆通过机床；轴向控制装置用于轮对的轴向固定，保证轮对轴向位置的可靠稳定，避免轮对加工过程中的轴向串动；刀架采用交流伺服电机驱动，可无级调速进给和快速运动，满足不同速率和进给量的切削。
1.3轮对抬升、定位、装夹及驱动系统
通过观察对中信号，牵引车将车辆牵引至机床中心位置（±50mm）。由4个圆锥型驱动滚轮对其进行抬升定位，将轮对定位在轴向中心线±3mm的范围内。然后对轮对进行装夹，装夹系统主要由千斤顶、压卡装置、轴向控制轮组成。千斤顶和压卡装置限制轮对的经向串动，轴向控制轮主要平衡加工过程中刀具轴向工作的推力，避免轮对的轴向窜动。装夹完成之后，抬升系统给出40公斤的浮动压力，驱动系统通过双滚轮与车轮之间的纯滚动摩擦带动车轮转动，测量系统和刀具对轮对进行测量和加工，驱动系统可实现无级变速，并具有打滑报警功能。
1.4测量系统及加工
UGL15-CNC可加工轴重小于等于15吨，轨距为1435mm，轮经为770-1100mm和440-770mm的车辆轮对，加工型面符合国家TB/T449-2003标准，根据轮缘厚度的不同，程序设有100多种加工型面。测量系统采用Sarposs（马波斯）探针式测量系统，可自动测量轮对内侧距Ar、外侧距SR、轮对直径D、径向跳动（旋转偏差），轴向跳动、轮缘厚度SD、轮缘高度Sh、横向值（QR值）及轮对踏面的轮廓磨耗——机床选择轮对踏面上10个点进行测量（如下图），从Z1/X1到Z10/X10测出各个数据；测量数据同标准轮廓的相应值进行比较，通过插值运算，得出各平面的最小磨耗。系统处理两个车轮的数据，确定最小的公用直径以重新建立一个标准轮廓（称为：新标准轮廓）。
根据新的标准轮廓和径向跳动及轮廓计算，系统处理加工循环，给出建议的踏面直径和轮缘厚度及总切削量、切削次数和切削深度，其中踏面直径和轮缘厚度可由操作员修改，修改后系统重新进行计算切削量和切削次数（至少两次），并经操作者确认后系统开始加工轮对。
机床轮对的加工由1号刀具和2号刀具组成，分别安装于刀架两侧，1号刀具从轮对外侧面开始加工到轮缘最高处，2号刀具专用于加工轮缘内侧面。加工期间无需人工更换刀具，一次可加工一整条轮对。因为首次测量时，轮对状态为非标准轮型（踏面和轮型有磨损），Sarposs（马波斯）探针式测量系统的测量结果是近似的，为避免测量误差对加工精度的影响，系统对1号刀具的加工分两次进行，首次加工切掉大部分轮对缺陷，再进行内侧距和直径的二次测量，重新建立工件坐标系，并将直径首次切削的理论值与实际值的偏差写入工件偏置G54，用于X1/X2轴的修正值（代数和），在1号刀具的第二次切削时，这个修正值对轮对直径进行纠正，以提高机床的切削精度。最后则用2号刀具对轮对内侧进行修复。
轮对加工完成（踏面和轮缘）后，重新测量各项数据。如果测量的同一轮对两直径的差值超过0.5mm，机床则建议再进行一次全轮廓的切削，切削量由操作者自行输入。切削完成后打印操作着姓名及加工参数有关的数据。
1.5液压及气动系统
机床液压系统由液压泵站、温控箱、集成块、阀件、液压管路、油缸，液压马达及电气配电盘等部分组成，为轮对抬升、装夹等提供动力。机床所需气源由螺杆式空压机提供，压缩空气主要用于测量杆轴向测量时，利用气动活塞将测量杆经向锁死；测量杆经向测量时，利用气动活塞将测量杆轴向锁死，另外压缩空气还用于刀具及测量盒的清理，以保证测量系统不被灰尘和铁削卡滞，造成测量偏差。
1.6控制/操作系统
机床控制系统包括四个功能单元，分别为CNC数控系统，采用了西门子840Dsl控制系统，其可自行诊断程序错误、CNC运行及报警状态、以及主要的机械、电气、液压部件的状态；PLC可编程逻辑控制系统，控制4个摩擦驱动轮的旋转和同步及X/Y/Z轴的工作；伺服驱动系统和MMC（人机通讯）系统。
1.7集削/碎削/排削系统
集削/碎削/排削系统将金属切削物咬碎后，经三条传送带输送到制定铁削箱，由三相异步交流电机驱动，能在不落轮镟床工作时自动运转，也可以在控制操作台以手动模式进行操作。
2.数控不落轮镟床应用中存在的问题
近些年，随着各城市地铁的迅速发展，各地对数控不落轮镟床的需求量日益增加，与此同时，数控不落轮镟床应用中存在的问题也日渐凸显，主要有以下几个问题：
2.1数控系统、液压系统等关键部件国产化程度不高，未能掌握其核心技术，依赖进口严重，导致机床生产、维修费用高，维修周期长，机床故障时对车辆轮对的检测及镟修影响比较大。
2.2测量系统陈旧。Sarposs（马波斯）探针式测量系统测量耗时长、效率低，准确度不高，特别是经向跳动和踏面轮廓的测量，因为其选取踏面数点测量，未能准确反映轮对失圆和踏面剥离、擦伤等异常磨损情况，导致加工必须采用两刀切的形式，加工效率低。
2.3机床智能化程度不高，未能实现轮对测量数据的共享，传输和分析、及周期内轮对状态的预测等功能。
2.4机床与遥控公铁两用车的互锁仍采用机械互锁形式，操作繁琐，效率低，无法规避现场操作人员的疏忽和违规操作可能存在的风险。
3.数控不落轮镟床的改进措施
最近几年，数控不落轮镟床在轨道交通检修基地的运用日益成熟，国产化率也不断提高，但要不断提高设备的稳定性、提高生产效率，降低设备故障对现场生产造成的影响，仍然面临着挑战。建议采取如下措施：
3.1加大对数控系统、液压零部件等关键部件的研发、生产，做到真正的国产化，把技术掌握在自己手里，摆脱被被人牵着鼻子走的局面；
3.2引进国外先进的测量系统，如海德汉、雷尼绍等长度计测量系统，用于代替Sarposs（马波斯）探针式测量系统，提高测量系统的准确度和效率，使测量更全面、精确，准确，以便于优化切削次序，对小切削量采用一刀切的形式，提高设备加工精度和效率。
3.3加大机床的改造升级，运用互联网+，提高设备的智能化，做大做强网络接口和网络传输，实现镟修数据远程监控与下载，使设备更智能化，实现自检及自动润滑和维护提醒功能。
3.4研究机床与遥控公铁两用车的无线连接，实现机床与遥控公铁两用车的远程连接与唤醒功能，软件上实现机床与遥控公铁两用牵引车的互锁，以达到床动车不动，车动床不动，从根本上规避风险和隐患。
4.结束语
在当今的中国，选择地铁出行的群众数量越多越多，这就意味着地铁检修人员身上的责任也越来越重，因此，有一台性能稳定、安全可靠、加工效率高，加工精度高的数控不落轮镟床至关重要，也是提升车辆检修水平，为人们提供一种安全舒适的交通工具的必备条件。
参考文献：
[1]殷，瑞，忠.不落轮镟床及其在地铁车辆轮对镟修中的应用[J].现代城市轨道交通，2009（02）：11-13.
[2]中华人名共和国铁道行业标准TB/T449-2003
[3]郑智，郭军，周志颖，提高数控机床系统工作稳定性的方法（J）.科技资讯，2010（06）.
[4]周志勇.不落轮镟床在地铁列车轮对镟修中的应用[J].科学家，2016，4（6）.
论文作者:刘永章,张冬文,程阳
论文发表刊物:《基层建设》2019年第18期
论文发表时间:2019/10/9
标签：测量论文; 系统论文; 不落论文; 机床论文; 加工论文; 轮缘论文; 数控论文; 《基层建设》2019年第18期论文;