CN106112698A - 不落轮车床车轮加工前后轮廓圆周周向精度检测的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种不落轮车床车轮加工前后轮廓圆周周向精度检测的方法，属于数控车床技术领域，通过直角坐标、极坐标、阶次或波数三种图谱形式以及车轮等效锥度通过机床自动检测测量传感装置信息处理***对列车车轮加工前后车轮轮廓圆周周向的精度状态通过直角坐标图谱、极坐标图谱、阶次或波数图谱以及等效锥度显示出来；解决现有不落轮车床不解体列车轮对加工前后车轮轮廓圆周周向精度检测测量功能缺失的情况下，避免造成列车在高速重载行驶中由于车轮轮廓圆周周向失圆出现高阶多边形等效锥度从而造成列车轮对与轨道产生波磨，使列车转向架发生共振所留下列车行车安全隐患的问题。

Description

不落轮车床车轮加工前后轮廓圆周周向精度检测的方法

技术领域

本发明涉及数控车床技术领域，具体而言，涉及一种不落轮车床车轮加工前后轮廓圆周周向精度检测的方法。

背景技术

随着我国铁路的发展，截止2014年底全国铁路营业里程突破11.2万公里，其中高速铁路营业里程超过1.6万公里，稳居世界第一，随着高铁运营里程规划目标的实现，高铁正在成为铁路客运的主力军，我国也将全面迈向高铁社会，高铁对社会方方面面的影响将日益显著，在日常生活中将起到重大作用。高速铁路的运输安全至关重要，铁路列车高铁运营设备检测测量新技术的发明是保证高速列车、动车组铁路列车运输安全的关键之一。

现有的不落轮车床车轮加工前后轮廓圆周周向精度的检测测量方法，缺乏对列车车轮进行加工前后进行检测测量，加工后列车车轮轮廓圆周周向状态不能准确检测测量，导致铁路列车及高速列车运行安全、运行品质和旅客乘坐舒适度等运行平稳性的轮对加工检测专用设备的得不到保障，轮对加工前后几何精度的掌握直接影响铁路列车轮轨关系和关系到列车运行安全，若采用加工几何精度不合格的轮对运行，严重威胁铁路列车的运行安全，也严重威胁人民群众的生命安全和国家财产安全。

根据中国铁路总公司运输局（运辆动车电[2015]1834号）《中国铁路总公司运输局关于CRH3C、CRH380B型动车组轴端安装螺栓防脱整治的通知》文中指出，“前期，CRH3C型动车组、CRH380B型动车组发生多起轴箱端盖、接地盖安装螺栓松脱故障，经调查分析，车轮存在明显18~20阶多边形且线路个别区段存在的波磨波长与车轮多边形相近，动车组高速运行时，线路激扰频率与车轮多边形激扰频率相近产生共振，加剧轴端振动是导致螺栓松脱的根本原因。”需要研制更符合高铁检修运用需要的动车轮对全功能自动化加工的数控不落轮车床，具备在铁路动车转向架上不解体轮对进行自动控制切削仿形、自动检测测量轮对轮径、内侧距、踏面轮廓、轮缘高度、轮缘厚度、径跳函数、Qr值基础上增加列车轮对加工前后不圆度高阶多边形和等效锥度的自动检测测量全功能自动化数控不落轮车床，助力我国铁路运输发展的需要，具有很重大社会意义和经济效益。

发明内容

本发明的目的在于提供一种不落轮车床车轮加工前后轮廓圆周周向精度检测的方法以达到为列车车轮加工前后的轮廓圆周周向精度提供了准确的几何参数，对列车具体运营作出正确的判断，保证列车运行安全的目的；解决现有不落轮车床不解体列车轮对加工前后车轮轮廓圆周周向精度检测测量功能缺失，造成列车在高速重载行驶中由于车轮轮廓圆周周向失圆出现高阶多边形等效锥度使列车轮对与轨道产生波磨和列车转向架发生共振，导致列车行车安全隐患的问题。

为实现本发明目的，采用的技术方案为：一种不落轮车床车轮加工前后轮廓圆周周向精度检测的方法，其特征在于，包括机床通道坐标中相互垂直的X、Z向坐标、加工轮对、轴箱定位***、滑动设置在机床上的刀架、自动检测***以及信息处理***，所述刀架上设有位移传感器，位移传感器与自动检测***电连接，本方法包括以下步骤：

A.将加工轮对通过轴箱定位***装配于机床上，调整位移传感器并在机床通道坐标中确定X、Z向坐标原点；

B.将位移传感器移动至加工轮对两侧车轮的轮缘顶部中间位置处且设为起始点，以起始点沿车轮周向方向上的连续距离测量轮对车轮径向跳动的波动值；

C.将位移传感器沿Z方向移动，测量加工轮对的车轮滚动圆对应位置上的径向变动量；

D.通过位移传感器沿机床通道坐标的Z方向移动至相应位置分别检测加工轮对加工前后的车轮轮缘圆周径向、车轮滚动圆圆周径向以及车轮踏面圆周径向尺寸以及位移传感器沿Z方向在各个测量位置点之间的横向移动量；

其中：步骤B、C、D中的数据测量过程均由自动检测***控制完成，且自动检测***收集数据后反馈至信息处理***得到相应的车轮轮廓圆周周向状态图谱。

进一步地，所述步骤A的坐标原点以机床刀架的X方向的任意进给起始点作为机床通道坐标中的X向坐标原点，以加工轮对左右车轮轮缘顶部中间位置作为机床通道坐标中的Z向坐标原点。

进一步地，所述信息处理***包括车轮不圆度后处理软件和车轮等效锥度的后处理软件。

进一步地，所述轴箱定位***采用轴箱定位方式驱动轮对车轮绕轴线自由旋转。

进一步地，所述位移传感器与加工轮对的检测圆周面垂直接触。

进一步地，所述步骤B通过车轮不圆度后处理软件中的数学变换函数将检测数据处理得到直角坐标图谱和极坐标图谱。

进一步地，所述步骤C通过车轮不圆度后处理软件中的径跳函数和傅里叶变换参数得到反映车轮高阶多边形状态图谱。

进一步地，所述步骤D通过车轮等效锥度的后处理软件中的傅里叶函数变换方程进行车轮加工前后的等效锥度比值评估。

采用本发明具有如下优点：

1.本发明通过机床自动检测测量及信息处理***对列车车轮加工前后车轮轮廓圆周周向的具体精度状态通过直角坐标图谱、极坐标图谱从不同的角度反映车轮轮廓圆周周向状态、通过阶次或波数图谱反映车轮轮廓圆周周向圆度多边形的状态以及通过函数变换得到等效锥度评估；

2.采用本发明的车轮加工前后轮廓圆周周向的精度检测用于高速动车组、铁路各种类型各种型号列车、城市轻轨列车、地铁列车轮对的不落轮加工，保证列车的安全运行；

3.本发明填补了国内外现有不落轮车床对列车轮对加工前后车轮轮廓圆周周向精度专用检测测量功能的空白，对于列车车轮轮廓周向精度的控制了解，避免列车车轮轮廓圆周周向出现高阶多边形及等效锥度所造成的列车行车安全隐患，使列车的行车安全得到保证具有积极的意义。

附图说明

图1是本发明提供的不落轮车床车轮加工前后轮廓圆周周向精度检测的方法的直角坐标系图谱；

图2是本发明提供的不落轮车床车轮加工前后轮廓圆周周向精度检测的方法的极坐标系图谱；

图3是本发明提供的不落轮车床车轮加工前后轮廓圆周周向精度检测的方法的波数图谱；

图4是本发明提供的不落轮车床车轮加工前后轮廓圆周周向精度检测的方法的阶数图谱；

图5是本发明提供的不落轮车床车轮加工前后轮廓圆周周向精度检测的方法的车轮等效锥度测量结果示意图；

图6是本发明提供的不落轮车床车轮加工前后轮廓圆周周向精度检测的方法的车轮等效锥度的通道坐标的建立图；

图7是本发明提供的不落轮车床车轮加工前后轮廓圆周周向精度检测的方法的车轮滚动圆位置示意图。

具体实施方式

下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。

图1、图2、图3、图4、图5、图6以及图7出示了本发明提供的不落轮车床车轮加工前后轮廓圆周周向精度检测的方法的分析示意图谱，本发明的检测方法是通过全功能自动化加工的数控不落轮车床实现的，该车床包括机械主体结构、液气压配合***、驱动装置、执行机构、自动检测***、信息处理***、计算机与信息处理单元、变换放大传递接口技术，可针对铁路列车转向架上不解体轮对在加工前后的圆周周向不圆度状态、不圆度高阶多边形以及等效锥度进行自动检测测量的全功能自动化数控不落轮车床，包括机床通道坐标中相互垂直的X、Z向坐标、轴箱定位***、滑动设置在机床上的刀架、自动检测***以及信息处理***，所述刀架上设有位移传感器，位移传感器与自动检测***电连接，本方法包括以下步骤：

A.建立机床通道坐标，通过调整位移传感器确定X、Z向坐标原点；所述的坐标原点以机床刀架的X方向的任意进给起始点作为机床通道坐标中的X向坐标原点，以加工轮对左右车轮轮缘顶部中间位置作为机床通道坐标中的Z向坐标原点；通过机床控制实现数控不落轮车床通道坐标中的X、Z向坐标与工件列车加工轮对的X、Z向坐标自动的对应重合或平行进行定位；所述机床刀架在X方向坐标的移动距离和位移感应器的检测数据均反馈到自动检测***，自动检测***发出控制信息驱动机床刀架在X、Z方向上的移动，保证位移感应器始终与轮对的轮廓面接触，完成后续的数据检测。

如图6所示，机床左右刀架X向拖板的O点与O1点为机床通道坐标X向坐标原点，加工工件轮对左右车轮轮缘顶部的O´点与O1´点为机床通道坐标Z向坐标原点，X、X1坐标轴垂直于Z、Z1坐标轴形成机床加工控制的柔性坐标体系。

B.位移传感器移动至加工轮对左右车轮的轮缘顶部中间位置处为起始点，以起始点沿车轮周向方向上的连续距离测量车轮径向跳动的波动值，通过信息处理***得到车轮圆周周向状态图谱，信息处理***中嵌入的车轮不圆度后处理软件，通过控制刀架上位移传感器的移动，位移传感器与轮对车轮轮缘的中间位置接触，在轮对转动的过程中分别记录车轮径跳的波动值和位移传感器沿车轮周向至起始点的距离，通过数学变换方法得到直角坐标图谱和极坐标图谱；

如图1所示，Z向坐标表示位移传感器沿车轮周向至起始点的距离，其X向坐标表示车轮径跳的波动值，反映列车车轮圆度空间不圆度平顺度；

如图2所示，将步骤B中的X向坐标转换成相对应的角度，纵向坐标仍然为车轮径跳的波动值，极坐标的图谱可将列车轮对车轮加工前后的空间圆度的差异围成一个圈，使列车车轮圆周周向的状态更加形象化。

C.位移传感器沿X方向移动，测量轮对滚动圆对应位置上相对于标准轮对的径向变动量，通过信息处理***得到车轮轮廓圆周周向不圆度高阶多边形，所述的滚动圆指的是整个轮对车轮的中间位置处的截面滚动圆，滚动圆位于轮对车轮的踏面圆周上，如图7中所示的A点位置；

如图3所示，车轮轮廓圆周周向不圆度高阶多边形检测原理：在数控不落轮车床的自动检测***嵌入车轮不圆度后处理软件，对标准轮对的尺寸检测并导出车轮不圆度的原始数据，然后对加工轮对的加工前后的检测数据进行车轮不圆度高阶多边形检测评估；车轮多边形由车轮滚动圆位置对应的径向变动量随相位的函数（即“径跳函数”）及其傅里叶变换参数来评价轮对的高阶多边形状态，见图3中的波数图谱表示列车车轮加工前后圆周周向状态呈9阶以下相对应的车轮表面粗糙度为-35～20μm之间，9阶以上相对应表面粗糙度为-30～0μm之间，从而反映车轮表面粗糙度与车轮不圆度高阶多边形之间的分布关系。

如图4所示，根据加工前后列车轮对轮廓圆周曲线状态，通过车轮不圆度后处理软件得到的车轮多边形情况分别为一阶（偏心）、二阶（椭圆）、三阶（三边形）、四阶（四边形）（由图4中所示的标注1、2、3、4分别表示为一阶、二阶、三阶、四阶）以及依此类推的高阶多边形；列车的后续加工情况可根据高阶多边形的检测情况进一步地加工修复打磨，以防止列车的高阶多边形与轨道产生共振，导致列车安全事故的发生，列车轮对的多边形阶数越多，在轮对的运行过程中，更加容易产生共振的情况。

D.通过位移传感器沿机床通道坐标的X方向移动至相应位置分别检测加工轮对加工前后的车轮轮缘圆周径向尺寸、车轮滚动圆圆周径向尺寸以及车轮踏面圆周径向尺寸以及位移传感器沿机床通道坐标的X方向在各个径向尺寸测量位置点的横向移动量（形象化理解为构成一个类似于锥度的倾斜连线），将横向移动量和各个位置点的圆周径向尺寸进行傅里叶函数变换并通过信息处理***得到车轮等效锥度比值评估；

本发明提供的全功能数控不落轮车床进行加工前后车轮等效锥度的检测原理：在车床的自动检测***中嵌入车轮等效锥度的后处理软件，检测并导出车轮轮廓外形的原始数据以及在车轮的轴向方向上的横向移动量，对加工前后车轮的等效锥度比值进行评估，检测测量评估由以下具体测量项目的几何精度实现，等效锥度相对应于行业标准轮对≤5%，按设定加工模板加工后，车轮的轮缘部分、滚动圆部分、踏面部分外形径向尺寸与设定模板一致，其轮缘厚度和Qr值与加工模板廓形之间的对比误差均在0.2mm以内。

步骤B、C、D中的数据测量过程均由自动检测***控制完成，且自动检测***收集数据后反馈至信息处理***得到相应的车轮轮廓圆周周向状态图谱。

所述轴箱定位***采用轴箱定位方式驱动车轮绕轴心自由旋转，自动检测***采用接触式测量方法，由车床自带的轴箱定位***采用轴箱定位方式保证测试过程中车轮可绕轴心自由旋转，车床的自动检测***位移传感器与车轮垂直接触，传感器跟随车轮旋转从轮缘至踏面移动记录车轮踏面外形廓形信息。

所述位移传感器与加工轮对的检测圆周面垂直接触，有利于位移传感器能够检测出加工轮对在X方向上的径向变动量以及轮对的轮缘、滚动面、踏面的外轮廓信息。

步骤B通过车轮不圆度后处理软件中的数学变换函数将检测数据处理得到直角坐标图谱和极坐标图谱，两种坐标图谱能从不同的角度反映车轮轮廓的圆周不圆度情况。

步骤C通过车轮不圆度后处理软件中的径跳函数和傅里叶变换参数得到反映车轮高阶多边形状态图谱，反映加工轮对的轮廓外形多边形状态。

步骤D通过车轮等效锥度的后处理软件中的傅里叶函数变换方程进行车轮加工前后的等效锥度比值评估，等效锥度是评价轮轨接触几何状态的重要指标。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种不落轮车床车轮加工前后轮廓圆周周向精度检测的方法，其特征在于，包括机床通道坐标中相互垂直的X、Z向坐标、加工轮对、轴箱定位***、滑动设置在机床上的刀架、自动检测***以及信息处理***，所述刀架上设有位移传感器，位移传感器与自动检测***电连接，本方法包括以下步骤：

A.将加工轮对通过轴箱定位***装配于机床上，调整位移传感器并在机床通道坐标中确定X、Z向坐标原点；

B.将位移传感器移动至加工轮对两侧车轮的轮缘顶部中间位置处且设为起始点，以起始点沿轮对车轮周向方向上的连续距离测量车轮径向跳动的波动值；

C.通过位移传感器沿Z方向移动，测量加工轮对的车轮滚动圆对应位置上的径向变动量；

D.通过位移传感器沿机床通道坐标的Z方向移动至相应位置分别检测加工轮对加工前后的车轮轮缘圆周径向、车轮滚动圆圆周径向以及车轮踏面圆周径向尺寸以及位移传感器沿Z方向在各个测量位置点之间的横向移动量；

其中：步骤B、C、D中的数据测量过程均由自动检测***控制完成，且自动检测***收集数据后反馈至信息处理***得到相应的车轮轮廓圆周周向状态图谱。

2.根据权利要求1所述的不落轮车床车轮加工前后轮廓圆周周向精度检测的方法，其特征在于，所述步骤A的坐标原点以机床刀架的X方向的任意进给起始点作为机床通道坐标中的X向坐标原点，以加工轮对左右车轮轮缘顶部中间位置作为机床通道坐标中的Z向坐标原点。

3.根据权利要求1所述的不落轮车床车轮加工前后轮廓圆周周向精度检测的方法，其特征在于，所述自动检测***控制刀架移动到测量位置；所述信息处理***包括车轮不圆度后处理软件和车轮等效锥度的后处理软件。

4.根据权利要求1所述的不落轮车床车轮加工前后轮廓圆周周向精度检测的方法，其特征在于，所述轴箱定位***采用轴箱定位方式驱动轮对车轮绕轴线自由旋转。

5.根据权利要求1所述的不落轮车床车轮加工前后轮廓圆周周向精度检测的方法，其特征在于，所述位移传感器与加工轮对的检测圆周面垂直接触。

6.根据权利要求3所述的不落轮车床车轮加工前后轮廓圆周周向精度检测的方法，其特征在于，所述步骤B通过车轮不圆度后处理软件中的数学变换函数将检测数据处理得到反映车轮圆周周向状态的直角坐标图谱和极坐标图谱。

7.根据权利要求3所述的不落轮车床车轮加工前后轮廓圆周周向精度检测的方法，其特征在于，所述步骤C通过车轮不圆度后处理软件中的径跳函数和傅里叶变换参数得到反映车轮高阶多边形状态图谱。

8.根据权利要求3所述的不落轮车床车轮加工前后轮廓圆周周向精度检测的方法，其特征在于，所述步骤D通过车轮等效锥度的后处理软件中的傅里叶函数变换方程进行车轮等效锥度比值评估。