不落轮镟床切削加工控制方式比较研究

不落轮镟床切削加工控制方式比较研究

练权辉

珠海启世机械设备股份有限公司广东珠海519085

【摘要】对于不落轮旋床来说，其刀架切削加工的驱动控制方式主要以下两种，一种是液压仿形控制，另一种是数控控制。这两种控制方式在原理和特点方面存在着一定的区别，本文通过分析两种控制方式的原理，对不落轮旋床切削加工控制方式进行了详细的对比研究的，促进了不落轮旋床在重要列车中的应用。

【关键词】不落轮旋床；切削加工；控制方式；对比分析；

不落轮旋床是一种特殊的车床，一般情况下它都是安装在地下，其加工的对象是单个或者轨道的轮对，是最常使用的辅助检修设备，主要应用在重要的列车中，如地铁、火车等，它能够在列车不解体的情况下，通过旋修加工的方式直接维修被损坏的或者具有擦伤的轮。我国广州的地铁就在每条地铁经过的线路地段都设置了不落轮旋床设备，这种设备的控制方式主要包括两种，分别为液压仿形控制方式和数控控制方式。这两种控制方式都有自身独特的特点，能够在一定的情况下顺利完成对列车轮的旋修加工。本文对不落轮旋床切削加工的控制方式进行了对比分析，希望能够促进不落轮旋床的良好使用。

一、不落轮旋床切削加工控制方式

（一）液压仿形控制方式

1、仿形刀架的结构分析

在不落轮旋床的床身两边都设置了一个刀架，本文对其中一个刀架进行了详细的分析和研究，其具体的结构如图1所示。仿形刀架的组成部分主要包括横向液压缸、纵向液压缸、横向导轨、纵向导轨、仿形触头以及仿形模板等。不落轮旋床两边的刀架都有一个横向的导轨（也就是沿着Z轴方向存在的导轨）和纵向的导轨（就是沿着X轴方向存在的导轨），刀架的运行主要是依靠纵向和横向液压缸来驱动导轨，从而使导轨进行横向和纵向的移动，来带动刀具加工切削轮对的运行[1]。通过对导轨进行硬化研磨和耐磨处理，能够对仿形刀架的工作精度进行保障。另外，刀架是通过仿形触头来控制其横向和纵向液压缸的移动的，仿形触头和轮对廓形模板共同移动，从而对相应的油路进行控制，促使液压缸进行移动。其中仿形触头的组成部分主要有仿形头、液压阀以及反馈装置等。

2、液压仿形控制方式的原理分析

基于刀架仿形移动的切削加工液压控制方式的原理如图2所示。如果电磁阀启动，仿形进给也要相应的启动，液压泵给出的液压油要通过可调比例阀流入到液压缸的B腔以及横向液压缸的A腔中。因为液压油有可能会受到压力阀的限制作用，从而就留在横向液压缸的B腔中，这时刀架就不能做横向运行，而仿形模板会向着仿形触头的方向以垂直的形式进行移动。在仿形模板移动到仿形触头位置时，仿形触头的柱塞也发生了相应的改变。如果将纵向液压缸的回油路关闭，A腔中的液压油就不能进行回流运动，而且垂直方向的运动也会停止，这时连接纵向液压缸B腔和横向液压缸A腔的管中的油压也会相应的升高，如果达到了压力阀的规定值，其控制管就会打开。如果横向液压缸B腔的回油路是疏通的，那么驱动模板就会向仿形触头的方向移动，在仿形模板倾斜度不断增加的同时，仿形触头的柱塞就会想b位置移动，与此同时，液压油会向纵向液压缸的A腔流动，从而促使刀架进行垂直方向的移动，形成仿形切削加工轮对的形式

。

（二）数控控制方式

1、CNC加工刀架的结构分析

在不落轮旋床切削加工中，CNC加工刀架也包括左边和右边两部分，而且左右部分是按照对称的方式安装在旋床两侧的，每部分都由横向导轨、径向导轨、横向螺旋丝杆、纵向螺旋丝杆、横向螺母、纵向螺母、横向伺服电机、径向伺服电机以及刀具装置等组成，其具体的结构如图3所示。

如果刀架向横向的方向移动，主要是沿着横梁上固定的两条导轨以滑行的方式前进，而且主要还要发挥三相伺服电机的驱动控制作用。伺服电机在运行时会发挥V型皮带的作用来带动横向滚珠丝杆一起运动，由于在横向滚珠丝杆驱动刀架上安装了螺母，所以就促进了刀架沿着横向的方向的不断移动。而刀架的纵向移动是在活塞装的推杆支座基础上完成的，该支座是坐落在刀架上面的，而且纵向移动也会受到三相伺服电机的作用，这次是利用一个减速的皮带来带动径向滚珠丝杆进行转动，进而实现刀架的纵向移动。

2、数控控制方式的原理分析

基于CNC加工刀架的数控控制方式是由横向和纵向的伺服电机驱动来进行控制的，主要发挥了闭环控制系统的作用，其控制的原理如图4所示。在闭环控制系统中主要使用了增量式的光电检测装置，它主要是跟随着伺服电机的转轴一起运动，主要的作用是对伺服的转角进行监视和检测，进而估算出刀架纵向和横向移动的位移数[2]。在编码器中会产生正弦和余弦的反馈信号，而且该信号会被反馈到NCU装置的比较器里，将其和程序指令值进行对比分析，利用两者的差值对其进行相应的控制。该种控制模式具有较强的精度，最准确时能够达到0.1mm，非常符合不落轮旋床的切削加工要求。另外，旋床还能通过数控系统来控制刀架坐标的运行轨迹，从而形成相应的廓形轨迹，完成不落轮旋床的旋修加工。

二、不落轮旋床切削加工控制方式的特点对比分析

对于不落轮旋床来说，其切削加工控制方式主要有液压仿形控制方式和数控控制方式，两者的特点不尽相同，其中，液压仿形控制方式的不落轮旋床每侧的仿形架上都设置了仿形触头，它能对模板轮廓所发出的信号进行感应，从而对纵、横向的液压缸进行控制，通过模板的轮廓来进行不落轮旋床的旋修加工。经过旋修加工得到的轮对在廓形方面和模板一样，设备的结构也比较简单，具有较强的加工可靠性，如果发生故障的话，维修起来也会比较方便，但是，该设备发生故障的次数还是比较少的。另外，液压仿形控制方式在加工廓形方面具有一定的局限性，不仅仿形的模板比较单一，加工形式也比较单一，轮对加工参数的调整也比较困难，很难对轮对等级进行有效的旋修加工。

而数控控制方式的不落轮旋床主要采用刀架走刀的形式来进行控制，从而实现对轮对廓形的有效加工。和液压仿形式的不落轮旋床相比，其功能可能会比较强，而且还能轮对自己还能进行自动等级的旋修加工，其参数精度最强能够达到0.1mm。另外，该种方式的不落轮旋床还能对轮廓的功能进行有效的分析，从而为操作人员的工作提供有用的意见，使操作人员能够按照轮对的实际情况进行加工方式和程序的选择[3]。基于数控控制方式的不落轮旋床，它会通过分段加工的形式来对踏面进行休整，也就是将轮对踏面分成几个不同的区域，之后按照车辆的实际使用情况，选择相应的对轮进行某段踏面的实际加工，一定要在保证安全的情况下发挥轮对的最大的使用效率，并且提高不落轮旋床设备的使用功能，加强经济效益的提升。但是，液压仿形式的不落轮旋床就没有该项功能，所以在现代重要的列车运行过程中，数控控制方式的不落轮旋床设备是最受欢迎的。

结束语：

综上所述，我国的科学技术一直在不断提升，从而对列车轮的加工质量也有了比较高的要求。现阶段所使用的不落轮旋床控制方式都是最普通的数控控制方式，它的加工精度比较高，而且还能对轮缘厚度的加工参数进行适当的调整，所以该种控制方式在铁路和轨道行业中正在非常广泛的使用。

参考文献：

[1]邱春福.不落轮镟床切削加工控制方式的对比分析[J].机电工程技术，2011，06：156-158+164.

[2]王洪峥.浅析不落轮镟床装夹方式[J].机电工程技术，2015，06：157-159.

[3]秦嘉宁.地铁数控不落轮镟床技术分析[J].住宅与房地产，2015，S1：126.