軌道交通產(chǎn)業(yè)帶給機床工具行業(yè)的新機遇

發(fā)布時(shí)間：2021-06-25 神速發(fā)展的中國軌道交通中國的軌道交通從改革開(kāi)放後90年代末期第一次大提速開(kāi)始，到2011年完成的第八次提速，中軌道交通歷了一神速展的歷程。以上海到南京為例，提速前全程要4~5個(gè)小時(shí)，目前最快的僅需1小時(shí)，速度已...

　　神速發(fā)展的中國軌道交通

　　中國的軌道交通從改革開(kāi)放後90年代末期第一次大提速開(kāi)始，到2011年完成的第八次提速，中軌道交通歷了一神速展的歷程。以上海到南京為例，提速前全程要4~5個(gè)小時(shí)，目前最快的僅需1小時(shí)，速度已超過(guò)了每小時(shí)350公里；從上海到北京也只需5個(gè)小時(shí)了。

　　2012年，德國著(zhù)名咨詢(xún)機構SCI Verkehr發(fā)布研究報告公布了2010年世界軌道交通裝備制造商新造領(lǐng)域十強，中國南車(chē)躍居全球第一位。南車(chē)戚墅堰機車(chē)有限公司，是以生產(chǎn)乾線(xiàn)鐵路內燃機車(chē)為主要產(chǎn)品的現代化大型企業(yè)。主要車(chē)型有東風(fēng)8、東風(fēng)8B、東風(fēng)11、東風(fēng)11G、HXN5等系列內燃機車(chē)。

　　中國鐵路前六次提速的機車(chē)主要是以南車(chē)為主的DF11G型內燃機車(chē)，最近兩年來(lái)，鐵路提速以電力機車(chē)為主。但內燃機車(chē)還是有它的不可取代的地位，尤其在提速貨運機車(chē)方面。從中全局出發(fā)，內燃機車(chē)的需求量還是相當大。全路內燃機車(chē)目前約有19,000多臺，此外，大功率調車(chē)機車(chē)目前在各機務(wù)段和煤礦、石油等大企業(yè)都急缺，據初步估算，每年的機車(chē)更新總量在600臺以上（不包括每年約幾千臺的修理機車(chē)）。

　　軌道交通的主要零部件加工難度簡(jiǎn)解

　　涉及到軌道交通機加工，相對來(lái)說(shuō)有加工難度的主要零部件是車(chē)體轉向架、空芯軸套等機車(chē)走行部，另外就是柴油機關(guān)鍵零部件。機車(chē)柴油機主要零部件結構復雜、制造精度、形位公差和表面粗糙度要求高（精度指標大都在5~7級、粗糙度Ra0.4左右），要求有良好的互換性，如機體、曲軸、連桿、汽缸蓋等，主要目的是為了保證機車(chē)在高速運行中可靠性好、耐用度高、安全系數高。

　　以柴油機關(guān)鍵零部件來(lái)講，許多零部件的相關(guān)尺寸精度都在μm級，這是以前難以想象的，也是根本做不到的。

　　

　　例1：引進(jìn)曲軸：全長(cháng)4m以上，重量達2,500kg，主軸頸250（-0.029~0）mm，全長(cháng)跳動(dòng)量0.06mm等；相關(guān)的形位公差、粗糙度要求等都極嚴；

　　主要難度有以下幾點(diǎn)：

　　- 毛坯擠壓要求高，成型後非加工面尺寸要求高；

　　- 平衡塊焊接要求也是原先中曲軸沒(méi)有采用過(guò)的；

　　- 因平衡塊焊接結構，對機械加工的設備回轉半徑加大，形位公差要求高；

　　- 采用噴霧冷卻正火+最終表面氮化的熱處理方式，對變形的控制有較大難度。

　　例2：曲軸附件薄壁錐套：外圓210（-0.03~0）×160mm，壁厚僅5~7mm，圓度0.01mm；

　　主要難度有以下幾點(diǎn)：

　　- 薄壁錐套的加工和控制變形；

　　- 與飛輪法蘭的1：50錐度的配合覆蓋率80%及互換性；

　　- 過(guò)盈量的控制要求嚴（如下圖）。

　　

　　主要加工裝備的配備淺說(shuō)

　　機械加工是由車(chē)、銑、刨、鏜、鉆、磨等基本加工方式構成的，圍繞不同產(chǎn)品、和同一產(chǎn)品不同的加工工序，以往人們使用的是大量傳統結構的單一加工功能的車(chē)床、銑床、刨床、鏜床、鉆床、磨床等普通設備。隨技術(shù)的發(fā)展，這些普通設備所占的比例已大幅下降，取而代之的是以單軸和二軸聯(lián)動(dòng)加工為主的數控車(chē)床、立式和臥式加工中心數控加工機床。

　　隨機床配套產(chǎn)品的發(fā)展和對相關(guān)技術(shù)的深入研究，今天的數控機床已經(jīng)被柔性、復合、多軸聯(lián)動(dòng)、高精、高速化占了主導地位。如多軸聯(lián)動(dòng)的車(chē)銑中心、鏜銑中心、隨動(dòng)型磨床等。而機床的性能也隨刀具材料及制造技術(shù)、計算機軟件技術(shù)、精密測量技術(shù)、快速伺服拖動(dòng)技術(shù)的發(fā)展具有高速、高效加工和智能的特點(diǎn)。除此之外，為了適應用戶(hù)的產(chǎn)品生產(chǎn)需求，一些功能混搭技術(shù)交叉而實(shí)用的各類(lèi)機床也產(chǎn)生。如：激光和銑削（DMG）揉合在一起；車(chē)銑和磨削（沃倫貝格）揉合在一起等等。

　　近年來(lái)，為了適應不斷發(fā)展的市場(chǎng)需求，南車(chē)主要增添或引進(jìn)了一些國產(chǎn)和進(jìn)口的立式、臥式加工中心（適合零件：連桿、汽缸蓋等）；龍門(mén)式加工中心（適合零件：機體、構架等）；車(chē)銑加工中心（適合零件：凸輪軸、曲軸）；鏜銑加工中心（適合零件：抱軸箱等）；曲軸、凸輪軸專(zhuān)用磨床，以及立式雙磨頭磨床等。加工中心具有占地面積小，一臺設備可抵四、五臺設備的功能；而且加工質(zhì)量高，可靠性高；操作者體力消耗小等優(yōu)點(diǎn)。

　　仍以曲軸為例，一臺車(chē)銑中心替代了以前需要由6-7臺機床才能實(shí)現的車(chē)、銑、鉆、擴、鉸等加工功能，包括曲軸的主軸頸、連桿頸和曲柄的所有加工、法蘭孔的加工、鍵槽加工、螺紋孔的加工、主油孔和斜油孔的加工等，減少了裝夾次數，提高了產(chǎn)品精度，同時(shí)對試制新產(chǎn)品的工裝準備可大大降低，機床的加工柔性大大加強了；同樣，一臺曲軸隨動(dòng)磨床，替代了原來(lái)的普通大型外圓磨床和連桿頸曲軸磨床，一臺設備具有兩臺磨床的功效，而占地面積僅只有一臺磨床。

　　另外，數控在線(xiàn)測量也解決了以前加工中的測量問(wèn)題。Marposs FENAR-L在線(xiàn)直徑測量裝置，可以實(shí)時(shí)控制在線(xiàn)產(chǎn)品加工時(shí)的精度，并設置超出自動(dòng)報警。

　　同時(shí)，在刀儀的應用上，解決了對刀的精度，避免了加工不合格品，提高了加工效率。以前的在線(xiàn)測量就是停機操作者用游標卡尺或內、外卡憑操作者的經(jīng)驗控制；高級工（6級以上）一般也就在0.02mm左右， 現在對刀儀可精確地到μm級，可靠性也極高。

　　復合刀具的應用

　　80年代，機加工所用的刀具大都是焊接刀具，少數非標刀具—也是焊接結構的。目前只有少數是焊接刀具，絕大部分是機夾刀具、成型組合刀具、復合刀具。尤其是在加工中心等先進(jìn)設備所用刀具，100%是標準的機夾刀具及非標的機夾刀具。但刀具的費用同樣也是相當昂貴的。（工具消耗所占的制造成本比例為5~15%。）

　　復合加工技術(shù)實(shí)現了加工工序相對集中，減少了工件重復裝卸、定位次數，縮短加工輔助時(shí)間，提高了工件加工精度和生產(chǎn)效率，而且設備數量明顯減少，節約了生產(chǎn)線(xiàn)的產(chǎn)地面積，使單位面積的產(chǎn)量有大幅的提高，同時(shí)也減輕了工人的勞動(dòng)強度（當然另一方面需要提高工人的文化、技術(shù)素質(zhì)）。

　　另外，在復合加工中，采用成型的復合刀具來(lái)加工一些同軸度要求高的孔系或加工一些復雜的型面也是相當普遍的，一是由於精度高，二是加工效率高。在歐美等一些高端機加工領(lǐng)域使用得相當普遍，但由於中刀具制造商在制造精度方面還有一些差距，近年來(lái)在鐵路行業(yè)中還沒(méi)有推廣。這或許是未來(lái)發(fā)展需加強的一個(gè)薄弱環(huán)節。

　　現況的不足和相應要解決的問(wèn)題

　　對刀儀

　　各個(gè)機床廠(chǎng)所用的刀具不一樣，對刀儀也有差別，一臺對刀儀貴的要40~50萬(wàn)，甚至達到上百萬(wàn)；便宜的也要3~5多萬(wàn)，沒(méi)有對刀儀給加工帶來(lái)不便，但每臺設備都備對刀儀也給用戶(hù)帶來(lái)了額外的負擔；此外故障率也高。經(jīng)常壞，修理也是相當困難。—這樣好事變成了壞事。

　　成型（復合）刀具的訂貨

　　成型刀具訂貨周期長(cháng)，價(jià)格高；一些非標刀具要三個(gè)月甚至更長(cháng)。

　　刀具費用

　　另外一個(gè)很重要的問(wèn)題是刀具費用太高了。

　　以曲軸為例：加工一根成品曲軸，上車(chē)銑中心大約有6~7 道工序，刀具費用累計大約在5萬(wàn)元/根左右，刀具費用成本是原來(lái)的幾十倍甚至上百倍。這樣將人工成本低的優(yōu)勢全部吃掉了。

　　實(shí)際使用問(wèn)題

　　在機床訂貨時(shí)，對工藝探討雙方交流不夠，導致預驗收和終驗收的時(shí)間跨度長(cháng)，而且在驗收以後，有相當的細節都存在問(wèn)題（編程上、刀具使用上以及外商對圖紙和工藝的理解上的偏差等）。

　　軌道交通與機床制造業(yè)相互促進(jìn)共同發(fā)展

　　軌道交通的快速發(fā)展，的確給機床裝備行業(yè)和相應的工具行業(yè)帶來(lái)了新的發(fā)展機遇。2012年4月在南京舉辦了“第八屆中國國際金屬加工高峰論壇”，本次高峰論壇以“邁進(jìn)整體解決方案時(shí)代”為主題，引發(fā)了各路專(zhuān)家學(xué)者的熱烈討論。

　　目前中的企業(yè)，在引進(jìn)先進(jìn)的機床裝備和工具後，結合軌道交通的特殊產(chǎn)品，還有一個(gè)消化吸收和鞏固加強的漫長(cháng)過(guò)程。尤其是對工藝編程、操作者甚至生產(chǎn)管理人員都有一個(gè)從不熟悉到初步掌握、再到應用自如的漸進(jìn)過(guò)程。因此，如何當好企業(yè)的工藝師，幫助企業(yè)盡快地將裝備和工具投入使用并迅速產(chǎn)生效益—這樣反過(guò)來(lái)，給自己的產(chǎn)品也樹(shù)立了良好的形象，這是擺在裝備廠(chǎng)商面前的新課題；同時(shí)如何迅速掌握先進(jìn)的裝備技術(shù)，也是中企業(yè)客戶(hù)所面臨的持久的課題。

　　軌道交通制造業(yè)未來(lái)的發(fā)展，隨機床制造業(yè)的發(fā)展而不斷發(fā)展；隨各行各業(yè)的不同需求而不斷地發(fā)展。綠色且多元化（滿(mǎn)足不同用戶(hù)的要求）、噪聲低、污染少、低油耗、低排放（滿(mǎn)足TierⅣ排放要求）且具有高可靠性也是內燃機車(chē)設計制造的目標。南車(chē)戚墅堰機車(chē)有限公司計劃通過(guò)和國際合作的方式，朝這個(gè)方向不斷地努力。