神速發(fā)展的中國軌道交通
中國的軌道交通從改革開放後90年代末期第一次大提速開始，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，德國著名咨詢機(jī)構(gòu)SCI Verkehr發(fā)布研究報(bào)告公布了2010年世界軌道交通裝備制造商新造領(lǐng)域十強(qiáng)，中國南車躍居全球第一位。南車戚墅堰機(jī)車有限公司，是以生產(chǎn)乾線鐵路內(nèi)燃機(jī)車為主要產(chǎn)品的現(xiàn)代化大型企業(yè)。主要車型有東風(fēng)8、東風(fēng)8B、東風(fēng)11、東風(fēng)11G、HXN5等系列內(nèi)燃機(jī)車。
中國鐵路前六次提速的機(jī)車主要是以南車為主的DF11G型內(nèi)燃機(jī)車，最近兩年來，鐵路提速以電力機(jī)車為主。但內(nèi)燃機(jī)車還是有它的不可取代的地位，尤其在提速貨運(yùn)機(jī)車方面。從中全局出發(fā)，內(nèi)燃機(jī)車的需求量還是相當(dāng)大。全路內(nèi)燃機(jī)車目前約有19,000多臺(tái)，此外，大功率調(diào)車機(jī)車目前在各機(jī)務(wù)段和煤礦、石油等大企業(yè)都急缺，據(jù)初步估算，每年的機(jī)車更新總量在600臺(tái)以上(不包括每年約幾千臺(tái)的修理機(jī)車)。
軌道交通的主要零部件加工難度簡解
涉及到軌道交通機(jī)加工，相對(duì)來說有加工難度的主要零部件是車體轉(zhuǎn)向架、空芯軸套等機(jī)車走行部，另外就是柴油機(jī)關(guān)鍵零部件。機(jī)車柴油機(jī)主要零部件結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造精度、形位公差和表面粗糙度要求高(精度指標(biāo)大都在5~7級(jí)、粗糙度Ra0.4左右)，要求有良好的互換性，如機(jī)體、曲軸、連桿、汽缸蓋等，主要目的是為了保證機(jī)車在高速運(yùn)行中可靠性好、耐用度高、安全系數(shù)高。
以柴油機(jī)關(guān)鍵零部件來講，許多零部件的相關(guān)尺寸精度都在μm級(jí)，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4m以上，重量達(dá)2,500kg，主軸頸250(-0.029~0)mm，全長跳動(dòng)量0.06mm等;相關(guān)的形位公差、粗糙度要求等都極嚴(yán);
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有采用過的;
- 因平衡塊焊接結(jié)構(gòu)，對(duì)機(jī)械加工的設(shè)備回轉(zhuǎn)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(duì)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;
- 過盈量的控制要求嚴(yán)(如下圖)。
主要加工裝備的配備淺說
機(jī)械加工是由車、銑、刨、鏜、鉆、磨等基本加工方式構(gòu)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(tǒng)結(jié)構(gòu)的單一加工功能的車床、銑床、刨床、鏜床、鉆床、磨床等普通設(shè)備。隨技術(shù)的發(fā)展，這些普通設(shè)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(shù)控車床、立式和臥式加工中心數(shù)控加工機(jī)床。
隨機(jī)床配套產(chǎn)品的發(fā)展和對(duì)相關(guān)技術(shù)的深入研究，今天的數(shù)控機(jī)床已經(jīng)被柔性、復(fù)合、多軸聯(lián)動(dòng)、高精、高速化占了主導(dǎo)地位。如多軸聯(lián)動(dòng)的車銑中心、鏜銑中心、隨動(dòng)型磨床等。而機(jī)床的性能也隨刀具材料及制造技術(shù)、計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)、精密測(cè)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(yīng)用戶的產(chǎn)品生產(chǎn)需求，一些功能混搭技術(shù)交叉而實(shí)用的各類機(jī)床也產(chǎn)生。如：激光和銑削(DMG)揉合在一起;車銑和磨削(沃倫貝格)揉合在一起等等。
近年來，為了適應(yīng)不斷發(fā)展的市場(chǎng)需求，南車主要增添或引進(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);龍門式加工中心(適合零件：機(jī)體、構(gòu)架等);車銑加工中心(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(tái)設(shè)備可抵四、五臺(tái)設(shè)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(tái)車銑中心替代了以前需要由6-7臺(tái)機(jī)床才能實(shí)現(xiàn)的車、銑、鉆、擴(kuò)、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(shù)，提高了產(chǎn)品精度，同時(shí)對(duì)試制新產(chǎn)品的工裝準(zhǔn)備可大大降低，機(jī)床的加工柔性大大加強(qiáng)了;同樣，一臺(tái)曲軸隨動(dòng)磨床，替代了原來的普通大型外圓磨床和連桿頸曲軸磨床，一臺(tái)設(shè)備具有兩臺(tái)磨床的功效，而占地面積僅只有一臺(tái)磨床。
另外，數(shù)控在線測(cè)量也解決了以前加工中的測(cè)量問題。Marposs FENAR-L在線直徑測(cè)量裝置，可以實(shí)時(shí)控制在線產(chǎn)品加工時(shí)的精度，并設(shè)置超出自動(dòng)報(bào)警。
同時(shí)，在刀儀的應(yīng)用上，解決了對(duì)刀的精度，避免了加工不合格品，提高了加工效率。以前的在線測(cè)量就是停機(jī)操作者用游標(biāo)卡尺或內(nèi)、外卡憑操作者的經(jīng)驗(yàn)控制;高級(jí)工(6級(jí)以上)一般也就在0.02mm左右， 現(xiàn)在對(duì)刀儀可精確地到μm級(jí)，可靠性也極高。
復(fù)合刀具的應(yīng)用
80年代，機(jī)加工所用的刀具大都是焊接刀具，少數(shù)非標(biāo)刀具—也是焊接結(jié)構(gòu)的。目前只有少數(shù)是焊接刀具，絕大部分是機(jī)夾刀具、成型組合刀具、復(fù)合刀具。尤其是在加工中心等先進(jìn)設(shè)備所用刀具，100%是標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)夾刀具及非標(biāo)的機(jī)夾刀具。但刀具的費(fèi)用同樣也是相當(dāng)昂貴的。(工具消耗所占的制造成本比例為5~15%。)
復(fù)合加工技術(shù)實(shí)現(xiàn)了加工工序相對(duì)集中，減少了工件重復(fù)裝卸、定位次數(shù)，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(shè)備數(shù)量明顯減少，節(jié)約了生產(chǎn)線的產(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(qiáng)度(當(dāng)然另一方面需要提高工人的文化、技術(shù)素質(zhì))。
另外，在復(fù)合加工中，采用成型的復(fù)合刀具來加工一些同軸度要求高的孔系或加工一些復(fù)雜的型面也是相當(dāng)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(jī)加工領(lǐng)域使用得相當(dāng)普遍，但由於中刀具制造商在制造精度方面還有一些差距，近年來在鐵路行業(yè)中還沒有推廣。這或許是未來發(fā)展需加強(qiáng)的一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)。
現(xiàn)況的不足和相應(yīng)要解決的問題
對(duì)刀儀
各個(gè)機(jī)床廠所用的刀具不一樣，對(duì)刀儀也有差別，一臺(tái)對(duì)刀儀貴的要40~50萬，甚至達(dá)到上百萬;便宜的也要3~5多萬，沒有對(duì)刀儀給加工帶來不便，但每臺(tái)設(shè)備都備對(duì)刀儀也給用戶帶來了額外的負(fù)擔(dān);此外故障率也高。經(jīng)常壞，修理也是相當(dāng)困難。—這樣好事變成了壞事。
成型(復(fù)合)刀具的訂貨
成型刀具訂貨周期長，價(jià)格高;一些非標(biāo)刀具要三個(gè)月甚至更長。
刀具費(fèi)用
另外一個(gè)很重要的問題是刀具費(fèi)用太高了。
以曲軸為例：加工一根成品曲軸，上車銑中心大約有6~7 道工序，刀具費(fèi)用累計(jì)大約在5萬元/根左右，刀具費(fèi)用成本是原來的幾十倍甚至上百倍。這樣將人工成本低的優(yōu)勢(shì)全部吃掉了。
實(shí)際使用問題
在機(jī)床訂貨時(shí)，對(duì)工藝探討雙方交流不夠，導(dǎo)致預(yù)驗(yàn)收和終驗(yàn)收的時(shí)間跨度長，而且在驗(yàn)收以後，有相當(dāng)?shù)募?xì)節(jié)都存在問題(編程上、刀具使用上以及外商對(duì)圖紙和工藝的理解上的偏差等)。
軌道交通與機(jī)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(jī)床裝備行業(yè)和相應(yīng)的工具行業(yè)帶來了新的發(fā)展機(jī)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(jī)床裝備和工具後，結(jié)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(qiáng)的漫長過程。尤其是對(duì)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(yīng)用自如的漸進(jìn)過程。因此，如何當(dāng)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—這樣反過來，給自己的產(chǎn)品也樹立了良好的形象，這是擺在裝備廠商面前的新課題;同時(shí)如何迅速掌握先進(jìn)的裝備技術(shù)，也是中企業(yè)客戶所面臨的持久的課題。
軌道交通制造業(yè)未來的發(fā)展，隨機(jī)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(滿足不同用戶的要求)、噪聲低、污染少、低油耗、低排放(滿足TierⅣ排放要求)且具有高可靠性也是內(nèi)燃機(jī)車設(shè)計(jì)制造的目標(biāo)。南車戚墅堰機(jī)車有限公司計(jì)劃通過和國際合作的方式，朝這個(gè)方向不斷地努力。