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.
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.
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:
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:
加工过程与程序的编制思路
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.
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.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.
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 DIAMOF
N40 R3=550 ;R3为X方向参考点数值
N50 R10=R1-117.29 ;R1为轮宽(=135+K=135～142)

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