我國鐵路運輸高速重載發展的方向，對鐵道車軸質量要求越來越高。因此鐵道用車軸的生產工藝和裝備要求不斷提升。我廠是南車集團車軸生產的主要基地之一，車軸機加工生產線經過多次的技術改造，正逐步采用數控設備，目前數控機床已占50％以上。數控機床以其良好的加工穩定性和高柔性，極大地提高了我廠車軸的整體質量。但在近幾年中，通過數控加工出現的問題車軸也有不少，其中有RD2、RE2A、RD3A、出口越南、印尼等國車軸。這些問題軸大部分是由于栽刀或尺寸超差，而造成不應有的經濟損失。因此，分析探討數控加工中避免問題軸產生的方法具有一定的意義。     1．數控加工中問題車軸產生原因分析

 

    （1）編程與操作習慣的影響  數控機床操作者一般有一定手工編程能力。編制車軸NC程序，無論其工藝還是數值計算都不復雜，因此編程較易上手。但往往不好的編程習慣或在機床操作上存有一些差異而引發誤動作。如果實際編程中，采用G50指令設定坐標系，先予執行，而后直接操作啟動用返參自動建立坐標系的程序（刀補后建立工件坐標系），運行時則出現誤動作。這是由于此程序在G50設定值上進行了刀補偏置，而非原程序中相對返參自動坐標系。生產中，像這樣編程與操作習慣不同而造成產品報廢的例子，屢見不鮮。

 

    （2）設備故障的影響  數控機床縱然可靠性較高，但不注意加強維護，也會出故障，尤其是隱性故障。一般數控機床開機都要進行回零（即返參考點位置），返參故障是機床常見故障之一。由返參考點引起的位置錯誤，只有在加工時才能發現。如果使用返參自動建立坐、標系，刀具補償設定工件坐標系進行編程，而機床又發生返參位置錯誤，工件栽刀事故就難以避免。我廠生產中也時有發生。這也是當前數控設備坐標軸逐步采用絕對編碼器的原因，從而使機床無須返參操作。

 

    （3）試加工與操作者水平的影響  我廠生產的車軸品種較多，生產批量大小也不同，NC編程時常是要現場手工編制。因此程序錄入錯誤有之，由于操作者水平不高或過于自信者有之，造成在程序調試運行中的誤動作時有發生。

    2．基于宏指令通用程序的編制

    （1）車軸（RD2、RE2等）通用NC程序實例  鐵道車軸幾何形狀一般基本相同，因此可以從編程的角度出發，使用變量，利用宏程序相同操作的可重復性和宏指令的算術、邏輯運算功能，編制NC通用程序，迎過程序控制的方法，來探討避免產生問題軸的途徑。我們依據上述分析，在實際生產中，以車軸軸身加工為例進行了編程嘗試，并以RD2貨車軸軸身加工任務為例 （如圖1），進行說明。

 

    我廠的數控機床主要以FANUC-OTD系統為主。由于該系統版本早，面板沒有運算符編輯鍵；同時，現場也不具備與計算機通信的手段，因此只能應用A類宏程序，即用G65 Hxx P#xx Q#xx R#xx或G65 Hxx P#xx Qxx Rxx輸入格式編制宏程序。指令中H代碼是基本指令，以實現算術和邏輯運算（如H01賦值、H02-H05為加減乘除運算法等）；P、Q、R地址后 “xx”指微米級數值；“#xx”是變量號。圖2是超路線簡圖，實例程序如下。

 

    O1111；主程序（RD2）#p#分頁標題#e#

    N10 M43*（主軸掛擋位3）

    N20 MO3*

    N30 M98 O9990*

    N40 M98 O9995*

    N50 T0212*

    N60 M98 O9997*

    N70 T0414*

    N8O M98 O9998*

    N90 T0111*

    N100 M98 O9999*

    N110 M98 O9990*

    N120 M30

    O9990；初始化子程序（取消偏置、刀補及循環等）

    N10 G18 T0000* N30 C40*

    N20 C54 G80 G99* N40 M99*

    O9995；位置檢查與建立坐標系子程序

    N05 M98 O9990*

    N10 G65 H01 P#120 Q#5041*（賦工件坐標值）

    N20 C65 H01 P#121 Q#5042*

    N30 G65 H01 P#122 Q#5021*（賦機床坐標值）

    N40 G65 H01 P#123 O#5022*

    N50 G65 H02 P#148 Q#530 R#122*

    N60 G65 H02 P#149 Q#531 R#123*

    N70 G50 X#148 Z#149*（設立工件坐標系）

    N80 M99*

    O9996；圓弧節點運算子程序（計算圓弧節點坐標）

    N10 G65 H03 P#505 Q#500 R#501*

    N20 G65 H05 P#102 Q#505 R2*

    N30 G65 H03 P#103 Q#502 R#102*

    N40 C65 H28 P#506 Q#502 R#103*

    N50 M99*

    O9997；右粗車子程序

    N10 M98 O9996*

    N20 G65 H81 P120 Q樣509 R0*（粗車次數條件判斷）

    N30 G65 H02 P#111 Q#501 R15000*

    N40 G65 H02 P#113 Q#501 R4000*

    N50 G65 H02 P#110 Q#500 R201000*

    N60 G00 X#111 Z-#506*

    N70 G01 X#113 F#507*

    N80 G03 U#505 W#506 R#502 F#507*#p#分頁標題#e#

    N90 G01 U3.0*

    N100 GOO X#110 Z0*

    N120 M99*

    O9998；左粗車子程序

    N10 M98 O9996*

    N20 G65 H81 P120 Q#508 R0*（粗車次數條件判斷）

    N30 C65 H02 P#107 Q#501 R5000*

    N40 G65 H03 P#108 O#503 R#506*

    N50 G65 1102 P#109 O#501 R4000*

    N60 G65 H02 P#110 Q#500 R201000*

    N70 G00 X#107 Z-#108*

    N80 G01 X#109 F#507*

    N90 G02 U#505 W-#506 R#502 F#507*

    N100 G01 U3.0*

    N110 G00 X#110 Z0*

    N120 M99*

    O9999；精車子程序

    N10 M98 O9996*

    N60 G65 H02 P#110 Q#500 R201000*

    N70 G65 H02 P#105 Q#500 R3000*

    N80 G65 H03 P#106 Q#503 R#506*

    N90 G00 X#105 Z0*

    N100 G01 X#500 F#504*

    N110 G02 U-#505 W-#506 R#502 F#504*

    N120 G01 Z-#106*

    N130 G02 U#505 W-#506 R#502 F#504*

    N140 G01 U3.0*

    N150 G00 X#110 Z0*

    N160 M99*

 

 

中國南車集團銅陵車輛廠

    （2）車軸通用程序中安全策略實例加工程序中，核心是采用了主程序（01111）調用子程序結構。主程序中除按照工藝要求選擇刀具外，沒有其他插補指令，因此程序結構簡單，使操作者現場編程的安全性增強。實際編程中，工藝人員根據加工車軸的基本尺寸下達工藝卡片即可，操作者依據工藝卡片修改變量值。由于新程序只是修改相應變量值，因此完全避免了加工調試環節所造成的誤廢發生。程序中設計了初始化子程序調用（O9990），以避免其他程序運行后可能造成的干擾。

    在車軸NC通用程序中，我們重點設計了位置檢測和設定坐標系子程序（O9995），其作用一是保證該程序與其他程序的對刀方法以及操作者的操作習慣相一致；二是使工件坐標系的建立僅依據機床參考點位置。我廠FANUC-OTD數控機床的機床參考點位置掉電時是可以保持記憶的。這樣，主程序除可以與其他程序一樣在機床任意位置可啟動運行外，同時也無須返參考點的操作（在機床參考點位置未被改變時），機床如同坐標軸采用了絕對編碼器一樣。因此避開了機床返參故障。#p#分頁標題#e#

    在粗車子程序中（O9997、O9998），還可通過添加H81功能（條件判斷語句），增加粗車次數，以滿足不同車軸余量不同的需要。更加保證車軸加工安全。實例程序中簡化為粗車一次。

    3．小結

    上述NC通用程序的特點是結構簡潔、清晰、易讀，通過一次使用成功后，基本不需大的修改。通過參數設定，還可以隱藏子程序，使程序有更好的安全性。

    生產中，我們用宏指令編制的車軸通用程序加工半光軸軸身（RD2、RE2、RB2、印客軸），實際應用證明，此方法有效地防止了數控加工過程中各種問題軸的產生。不管生產批量的大小，都極大地簡化了編程，減少了錯誤，減輕了程序維護工作量。