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神速發展的中國軌道交通

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個小時，目前最快的僅需1小時，速度已超過了每小時350公里；從上海到北京也只需5個小時了。

2012年，德國著名咨詢機構SCI Verkehr發布研究報告公布了2010年世界軌道交通裝備制造商新造領域十強，中國南車躍居全球第一位。南車戚墅堰機車有限公司，是以生產乾線鐵路內燃機車為主要產品的現代化大型企業。主要車型有東風8、東風8B、東風11、東風11G、HXN5等系列內燃機車。

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

軌道交通的主要零部件加工難度簡解

涉及到軌道交通機加工，相對來說有加工難度的主要零部件是車體轉向架、空芯軸套等機車走行部，另外就是柴油機關鍵零部件。機車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在高速運行中可靠性好、耐用度高、安全系數高。

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

引進曲軸

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

主要難度有以下幾點：

- 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：

- 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（如下圖）。

飛輪法蘭薄壁錐套裝配視圖

主要加工裝備的配備淺說

機械加工是由車、銑、刨、鏜、鉆、磨等基本加工方式構成的，圍繞不同產品、和同一產品不同的加工工序，以往人們使用的是大量傳統結構的單一加工功能的車床、銑床、刨床、鏜床、鉆床、磨床等普通設備。隨技術的發展，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動加工為主的數控車床、立式和臥式加工中心數控加工機床。

隨機床配套產品的發展和對相關技術的深入研究，今天的數控機床已經被柔性、復合、多軸聯動、高精、高速化占了主導地位。如多軸聯動的車銑中心、鏜銑中心、隨動型磨床等。而機床的性能也隨刀具材料及制造技術、計算機軟件技術、精密測量技術、快速伺服拖動技術的發展具有高速、高效加工和智能的特點。除此之外，為了適應用戶的產品生產需求，一些功能混搭技術交叉而實用的各類機床也產生。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，為了適應不斷發展的市場需求，南車主要增添或引進了一些國產和進口的立式、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：機體、構架等）；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，一臺設備可抵四、五臺設備的功能；而且加工質量高，可靠性高；操作者體力消耗小等優點。

仍以曲軸為例，一臺車銑中心替代了以前需要由6-7臺機床才能實現的車、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，提高了產品精度，同時對試制新產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，數控在線測量也解決了以前加工中的測量問題。Marposs FENAR-L在線直徑測量裝置，可以實時控制在線產品加工時的精度，并設置超出自動報警。

同時，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。以前的在線測量就是停機操作者用游標卡尺或內、外卡憑操作者的經驗控制；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%。）

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

另外，在復合加工中，采用成型的復合刀具來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，近年來在鐵路行業中還沒有推廣。這或許是未來發展需加強的一個薄弱環節。

現況的不足和相應要解決的問題

對刀儀

各個機床廠所用的刀具不一樣，對刀儀也有差別，一臺對刀儀貴的要40~50萬，甚至達到上百萬；便宜的也要3~5多萬，沒有對刀儀給加工帶來不便，但每臺設備都備對刀儀也給用戶帶來了額外的負擔；此外故障率也高。經常壞，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，價格高；一些非標刀具要三個月甚至更長。

刀具費用

另外一個很重要的問題是刀具費用太高了。

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，刀具費用累計大約在5萬元/根左右，刀具費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勢全部吃掉了。

實際使用問題

在機床訂貨時，對工藝探討雙方交流不夠，導致預驗收和終驗收的時間跨度長，而且在驗收以後，有相當的細節都存在問題（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相互促進共同發展

軌道交通的快速發展，的確給機床裝備行業和相應的工具行業帶來了新的發展機遇。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“邁進整體解決方案時代”為主題，引發了各路專家學者的熱烈討論。

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

軌道交通制造業未來的發展，隨機床制造業的發展而不斷發展；隨各行各業的不同需求而不斷地發展。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燃機車設計制造的目標。南車戚墅堰機車有限公司計劃通過和國際合作的方式，朝這個方向不斷地努力。