200kmh单开道岔转辙器直线尖轨的加工工艺和数控加工

装订线毕业设计（论文）报告纸 毕 业 论 文课题名称200km/h单开道岔转辙器直线尖轨的加工工艺和数控加工系/专 业 机械工程学院/数控技术班 级数控0817学 号学生姓名张营周指导教师：徐坚 2010 年 06 月 01 日摘要机械制造业是国民经济的重要基础和支柱产业，其发展的规模和水平是反映一个国家经济实力和科学技术水平的重要标志。而数控技术的发展，给机械制造业带来许多新的发展，是产品的质量和生产效率大大提高。数控技术已成为机械制造业不可缺少的部分。铁路是交通运输的重要组成部分，道岔又是铁路必不可少的部分。道岔对列车的行驶速度有很大的影响。在中国铁路大提速的背景下，中国铁路在未来几十年将会出现质量和速度的双重发展，这就对道岔的设计和加工的要求越来越高。本课题通过对200km/h-60kg/m钢轨12号可动心轨辙叉单开道岔转辙器直线尖轨的数控加工过程的概述，主要介绍了该直线尖轨的加工工艺和西门子840D的基本操作以及数控机床的故障诊断。关键词：道岔 转辙器 直线尖轨 加工工艺 数控加工AbstractMachinery manufacturing industry is the important foundation and pillar industries, the scale and level of development to reflect a countrys economic strength and scientific and technological level of the important signs. The CNC technology to machine manufacturing industry has brought many new developments, is the product quality and production efficiency is improved. CNC technology has become an indispensable part of the machinery manufacturing industry. Rail is an important part of transportation, turnout is an essential part of the railway. Turnout on the train speed has a great influence. Speed in the background of China Railway, China Railway in the coming decades there will be double the quality and speed of development, which on the turnout in the design and processing have become increasingly demanding. Track this topic on 200km/h-60kg/m 12 Movable frog single turnout switches tip rail line overview of the NC machining process, we introduce the main rail line tip the processing and the basic Siemens 840D operation and fault diagnosis of CNC machine tools. Keywords: turnout switches line tip rail processing numerical control machining目录第一章绪论1.1数控技术的发展现状与发展趋势1.1.1 数控与数控机床1.1.2 数控系统的发展1.1.3 国内数控机床的发展1.1.4数控机床的发展趋势1.2数控技术发展的意义第二章铁路道岔的介绍2.1 我国高速铁路事业的发展 2.1.1高速铁路的发展历史 2.1.2我国高速铁路的发展现状和总体规划2.2铁路道岔的介绍2.2.1概述2.2.2 普通单开道岔的构造第三章直线尖轨加工工艺的分析 3.1 分析加工零件的图纸。 3.2 制定数控加工路线，确定数控加工方法。 3.3 确定工件的定位与装夹方法，确定刀具夹具。 3.4 调整数控加工工序。 3.5 分配数控加工中的加工余量，确定各工序的切削参数。 3.6 填写数控加工工艺卡片。 3.7 填写数控加工刀具卡片。第四章直线尖轨的数控加工 4.1 西门子840D数控铣床的基本操作简介 4.2 根据图纸确定编制加工程序 4.3 进行模拟加工第五章 总结致谢附录第一章绪论1.1数控技术的发展现状与发展趋势数控技术是20世纪40年代后期发展起来的一种自动化加工技术，它综合了计算机、自动控制、电机、电气传动、测量、监控和机械制造等学科的内容，目前在机械制造业中已得到了广泛的应用。科学技术的发展以及世界先进制造技术的兴起和不断成熟，对数控加工技术提出了更高的要求：超高速切削、超精密加工等技术的应用，对数控机床的数控系统、伺服性能、主轴驱动、机床结构等提出了更高的性能指标；FMS的迅速发展和CIMS的不断成熟，又将对数控机床的可靠性、通信功能、人工智能和自适应控制等技术提出更高要求。随着微电子和计算机技术的发展，数控系统的性能日臻完善，数控技术的应用领域日益扩大。1.1.1 数控与数控机床（1）数字控制（Numerical Control）:是一种用数字化信号对控制对象进行自动控制的技术简称NC。（2）数控技术：是指用数字、字母和符号对某一工作过程进行可编程自动控制的技术（3）数控系统：是指实现数控技术相关功能的软硬件模块的有机集成系统，是数控技术的载体。(4)计算机数控系统（CNC）：是指以计算机为核心的数控系统。(5)数控机床（NC Machine）：是指应用数控技术对加工过程进行控制的机床。(6)控制轴数和联动轴数：前者指数控系统可控制的、按加工要求运动的坐标轴数量，后者指数控系统可同时控制的、按加工要求运动的坐标轴数量。1.1.2 数控系统的发展数控机床的发展是随着数控技术的发展而发展的。数控系统的发展经历了电子管分立式晶体管小规模集成电路大规模集成电路小型计算机超大规模集成电路微机式的数控系统等几个发展阶段。数控系统的发展阶段见表1-1表1-1发展阶段控制系统的发展产生年代硬件数控第一代电子管数控系统1952年第二代晶体管数控系统1959年第三代集成电路数控系统1965年软件数控第四代小型计算机数控系统1968年第五代微处理器数控系统1974年第六代基于工控PC机的通用CNC系统1990年1.1.3 国内数控机床的发展我国是世界上机床产量最多的国家，但数控机床的产品竞争力在国际市场中仍处于较低水平，即使在国内市场也面临着严峻的形势。中国从1958年开始研究数控技术，到20世纪60年代中期处于研制、开发阶段。1965年进入晶体管数控装置的研制。60年代末70年代初研制成功了数控铣床。 从20世纪70年代开始，数控技术在车、铣、磨等领域全面展开。但由于电子元器件的质量和制造工艺水平低，致使数控系统的可靠性、稳定性问题没有解决，因此未能推广。 20世纪80年代，中国先后从日本、美国等国家引进了部分数控装置和伺服单元技术，并于1981年开始批量生产数控系统，包括数控装置和伺服单元。在此期间，中国在引进、消化吸收的基础上，跟踪国外先进技术的发展，开发出了一些高档的数控系统。为了适应机械工业生产不同层次的需要，还开发出多种经济型数控系统，并得到了广泛的应用。现在，中国已建立了以中、低档数控机床为主的产业体系1.1.4数控机床的发展趋势随着科学技术的发展，制造技术的进步，以及社会对产品质量和品种多样化的要求越来越强烈。中小批量生产的比例明显增加，要求现代数控机床成为一种精密、高效、复合、集成功能和低成本的自动化加工设备。同时，为满足制造业向更高层次发展，为柔性制造单元、柔性制造系统，以及计算机集成制造系统提供基础设备，也要求数控机床向更高水平发展。当前，数控机床技术呈现如下发展趋势：高精度化。运动高速化。高柔性化。高自动化。高可靠性。智能化。复合化。网络化。开放式体系结构。1.2数控技术发展的意义1.2.1数控加工在制造业中的作用与地位制造业是国民经济的命脉，机械制造业又是制造业中的支柱与核心。在现代社会生产领域中，计算机辅助设计、计算机辅助制造、计算机辅助管理以及将它们有机地集成起来的计算机集成制造(CIM)已经成为现代企业科技进步和实现现代化的标志。用计算机辅助制造工程技术对我国传统产业进行改造，是我国制造业走向世界、走向现代化的必由之路。在国际竞争日益激烈的今天，作为计算机辅助制造工程技术基础的数控加工技术在机械制造业中的地位显得愈来愈重要。现在很多工业发达国家的数控化率可达30%以上，数控机床已成为机械制造业的主要设备。我国从1958年开始研制和使用数控机床，至今在数控机床的品种、数量和质量等方面得到了长足的发展。特别是在改革开放以来，我国数控机床的总拥有量有了显著的增加。数控加工技术的应用和普通机床的数控化改造已成为传统机械制造企业提高竞争力、摆脱困境的有效途径。进入20世纪90年代后，国家科委、各工业部门都十分重视先进制造技术的应用，积极鼓励和扶持制造企业采用数控加工技术进行技术改造，提高企业工艺技术水平。经国务院批准，自2000年9月1日起执行的当前国家重点鼓励发展的产业、产品和技术目录是国家引导经济结构战略性调整，改善投资结构以及审批投资项目的主要依据之一，其中确定CAD、CAT、CAM、CAE系统，高速、精密数控机床等为国家重点鼓励发展的产品和技术。可以预见，在今后几年，适合我国国情的数控加工技术将形成一个新兴的高科技产业，成为新的经济增长点。1.2.2我国数控加工现状及发展据了解，2001年我国机床产值为世界第5名，机床消费额在世界排名第3位，达47.4亿美元，仅次于德国和美国，消费额比上一年增长25%。数控机床消费量从1991年的4113台增长到2000年的23482台，年均增长25%。据权威人士预测，今后510年，我国数控机床消费将呈现高速增长态势，数控机床将成为市场需求的主流。纵观改革开放20年，我国机床消费额大致和国民经济GDP增长值同步，十年翻了一番。我国将有可能在2005年成为世界机床第一消费大国。可以说，我国还处于数控机床普遍应用到提高的过渡期，随着我国制造业的振兴，数控技术将得到更快的发展，前景广阔。另一方面，虽然我国的数控机床总拥有量有较大的提高，各种类型、不同档次的数控机床在企业得到了广泛的使用，其中不乏世界领先的数控机床,但使用情况不容乐观。主要表现在数控机床功能未得到充分发挥，数控机床的实际开机率低,数控机床加工效率低，技术准备工作周期长、反复多，加工质量不稳定，总体的技术应用水平还比较低。其主要原因是数控加工技术人员的素质、数量、结构还不适应数控加工技术发展的要求，我国迫切需要大量的从研究开发到使用、维修的各个层次的数控技术人才。第二章铁路道岔的介绍2.1 我国高速铁路事业的发展2.1.1高速铁路的发展历史铁路是人类发明的首项公共交通工具，在十九世纪初期在英国出现。直至二十世纪初发明汽车，铁路一直是陆上运输的主力。根据UIC(国际铁路联盟)的定义，高速铁路是指通过改造原有铁路（直线化、轨距标准化），使营运速率达到每小时200公里以上或者专门修建新的“高速新线”使营运速率达到每小时250公里以上的铁路系统。世界上首条出现的高速铁路是日本的新干线，于1964年正式营运，营运速度每小时210公里，此后，法、德、西、意、韩、中国台湾等国家地区纷纷修建高速客运专线，设计速度从210km/h到270、300、350km/h。客运专线运量大，效能高，社会经济效益显著。客运专线列车最小行车间隔可达三分钟，列车密度可达每小时20列，列车定员可达16001800人/列，理论上每小时最大运输能力可达2*320002*36000人，能够实现大量、快速和高密度的运输。从发达国家实践来看，客运专线取得了非常好的社会和经济效益。如法国的三条客运专线每年输送旅客各2千多万人次，均取得盈利。日本四条客运专线自开业以来客运量增加6倍多，被日本人誉为“经济起飞的脊梁”。高铁的建造地区很多，日本、法国、中国及美国的高铁发展都是首先连接人口密集的大城市：日本的东京至京都；法国的巴黎至里昂；中国的北京至天津，武汉至广州，郑州至西安；美国的波士顿至纽约、华盛顿。这样可以减少投资，需要时亦可以将原有的路轨改良后使用。高速铁路的顾客对象多数是以商务旅客为主。旅游旅客是第二主要客户。以法国高速铁路为例，它连接了海岸的度假区，并且在长程路线上减价以跟飞机竞争。因为高速铁路的出现，不少以离巴黎现在低于一小时车程的地区开始成为通勤的住宅区。不少本来是偏远的地区也得到较快的发展。西班牙及荷兰的高速铁路亦是希望得到这种效果。2.1.2我国高速铁路的发展现状和总体规划1.我国铁路的提速历史1997年4月1日，我国铁路实施了第一次大面积提速，京沪、京广、京哈三大干线全面提速，开行了最高时速140公里、平均时速90公里的快速列车，使用了国产化的25K型提速客车，其最高运行速度为160km/h。1998年10月1日至2004年4月18日，铁路又相继进行了第二次至第五次提速，不但最高运营时速达到了160km/h，还实施了长途旅客列车“夕发朝至”的运行模式。每次大提速都伴随着客车车辆的升级换代，从第一次提速的25K型到后几次提速使用的25Z、25T型，可以说每次提速都标志着铁路管理、技术、服务的显著进步。2007年4月18日，铁路进行了第六次提速，200至250公里时速的动车组，在既有提速线路上大量投入运营。作为这次提速的关键装备和标志，动车组以其安全、便捷、舒适的特性树立了中国高速铁路的良好形象。2客运专线运行状况2008年4月18日合宁客运专线开通运营：合宁客运专线2008年4月18日开通运营。开通后，南京至合肥由原来的4小时缩短至1小时25分；将来开行动车组列车后，旅客从南京到合肥将由目前的4 小时缩短至45分。合宁客运专线是沪汉蓉快速通道的重要组成部分，自合肥三十里铺站引出，经肥东县、巢湖市、全椒县至南京市，于京沪铁路既有线的永宁镇站北端接入南京枢纽，跨越安徽、江苏两省四市四区(县)，全长166公里，其中江苏境内47公里，安徽境内119公里。2008年7月20日胶济铁路客运专线东段开通运营：胶济铁路客运专线2008年7月20日顺利实现东段(临淄至青岛)开通运营。北京奥运会期间，来自全球的参赛选手和观众将乘坐这条客运专线直抵位于青岛市的奥帆赛场。西起山东省省会济南，向东途经淄博、潍坊等地，直抵奥帆赛举办城市青岛。全线于2007年1月8日开工建设，共设13个车站，设计行车时速 250公里，济南到青岛的行车时间仅需2小时。2009年10月18日福厦铁路全线铺通：2009年10月18日福厦铁路全线铺通。福厦铁路是福建省继温福铁路开通运营以来的第二条城际间快速客货运通道。该铁路北接温福铁路，南接既有的电气化铁路鹰厦线与向莆、龙厦、厦深铁路，全长274.9公里。全线共有桥梁166座、隧道39座，桥隧比占45.8%，路基及附属工程4343万立方米。设计旅客列车时速为200公里。 2008年8月1日京津城际铁路通车：2008年8月1日，我国第一条拥有自主知识产权的高速城际铁路京津城际铁路通车运营。京津城际铁路以大运量、高密度、公交化为特色，不仅使北京和天津这两大城市间形成“半小时经济圈”，实现了“同城化”，而且将极大地完善京津两城综合交通运输体系，促进环渤海地区经济交流和人员往来，在加快京津经济一体化进程、推动环渤海地区经济协调快速发展中发挥重要作用。京津城际铁路是我国铁路建设史上的又一座里程碑。它汇集了当今世界高速铁路建设的最新科技成果，标志着我国已经系统掌握了时速350公里高速铁路技术，对加快建设我国综合交通运输体系具有重大意义，同时还将为我国京沪高速铁路等客运专线建设提供示范和借鉴。2009年4月1日石太客运专线开通运营：2009年4月1日，石太客运专线开通运营，石家庄到太原只要要59分钟。石太客运专线是实施中长期铁路网规划以来首批开工建设的客运专线之一。石太铁路客运专线有限责任公司也是我国铁路客运专线第一家引入社会资本、第一家有民营企业参股的合资公司。全长189.9公里的石太客运专线共有桥梁94座，隧道32座，桥梁隧道共长115.5公里，占线路的60.8%，其中亚洲第一长隧道-太行山隧道全长27.893公里，是迄今为止我国自行设计的最长的山岭铁路隧道。 2009年4月1日合肥至武汉客运专线开通运营：2009年4月1日，合肥至武汉客运专线开通运营，由合肥至武汉的运行时间仅为1小时55分。合武铁路客运专线是实施中长期铁路网规划以来首批开工建设的客运专线之一，是沪汉蓉铁路通道的组成部分，自2005年开工建设。合武铁路客运专线为国家I级双线电气化铁路，位于安徽省中西部、湖北省东部，属规划中沪汉蓉通道的中段，与上海-南京-合肥铁路、武汉-重庆-成都铁路相衔接，连接合肥、武汉两个省会城市，穿越京九铁路和大别山腹地，是国家规划的“四纵四横”快速客运网的重要组成部分。2009年10月1日甬台温、温福铁路开通运营：2009年10月1日，甬台温、温福铁路开通运营。温福铁路是我国中长期铁路网规划“四纵四横”客运快速通道之一，北起浙江省温州南站，经瑞安、平阳、苍南，穿越分水关，进入福建省的福鼎、霞浦、福安、宁德、罗源、连江、福州等县市，新建线路全长298.4公里(其中福建段229.1公里)。该线为国家 级双线电气化干线，设计时速200公里(预留提速250公里/小时条件)。2009年12月26日武广客运专线开通运营：2009年12月26日，世界上里程最长、运营速度最快的高速铁路-武广高速铁路今天投入运营，武广高速铁路纵跨湖北、湖南、广东三省，运营里程 1069公里，运营时速达350公里。这条高速大动脉将广州至武汉间旅客列车运行时间由目前的11小时缩短至3小时，将极大缓解既有京广铁路特别是武汉至广州间运输紧张状况。开工于2005年6月23日的武广高铁，是国家中长期铁路网规划中京广高速铁路的重要组成部分，是世界上第一条时速350公里的长大客运干线。作为我国长大高速铁路的示范性工程，它在充分吸收借鉴京津城际铁路建设经验的基础上，适应长大高速铁路特点，在高速铁路关键技术领域取得了一系列重大突破，具有我国完全自主知识产权，是目前我国高速铁路技术的集大成者。无论是从建设难度、线路质量还是高速列车的运行品质上看，这条铁路都堪称世界一流。2010年2月6日郑西高铁开通：中国西部首条时速达350公里的河南郑州至陕西西安的高速铁路(简称郑西高铁)6日运行，首班列车于上午10时50分在西安火车站首发。这是中国中西部地区第一条高速铁路，也是世界上首条修建在大面积湿陷性黄土地区的高速铁路，有望成为该地区绿色发展的推进器。随着郑西高铁的开通，河南和陕西将联手推出以历史文化游为核心的2小时旅游圈，沿线近50家景区也展开优惠活动。郑西高铁全长505公里，列车运行时速达350公里，每天开行7对动车组列车，郑州至西安列车直达最短时间由6个多小时缩短至2小时以内。郑西高速铁路是中国又一条具有世界一流水准的长距离干线高速铁路，全线广泛应用了具有世界先进水准的技术。动车组作为发达国家铁路高速运行装备，在欧洲和日本广泛使用。我们与国际知名公司合作，通过“引进、消化、吸收、再创新”，生产出了具有自主知识产权的国产化CRH系列高速动车组。国内生产厂家共四家：一是四方机车车辆股份公司与加拿大庞巴迪公司合资成立的四方庞巴迪公司（BST），引进庞巴迪技术，制造车型为CRH1型动车组。其原型车为瑞典的Regina动车组，在北欧使用广泛，技术成熟，运营时速可达250公里，是理想的中短途客运和城际交通用车。目前主要用于广深客运专线和长三角地区。二是四方机车车辆股份公司引进日本川崎重工技术，制造车车型为CRH2型动车组，其原型车为E2-1000动车组，代表日本新干线最先进的动车组技术，运营时速275公里。目前主要用于长三角、胶济、合宁等线路。 三是唐山轨道客车有限责任公司引进德国西门子技术，制造车型为CRH3型动车组，其原型车为西班牙生产的Velaro-E动车组，代表西门子最先进的动车组技术，运营时速350公里。目前主要应用于京津城际客运专线，武广客运专线也使用此型动车组。四是长春轨道客车股份有限公司引进法国阿尔斯通技术，制造车型为CRH5型动车组，其原型车为SM3动车组，属于Pendolino动车组系列，在欧洲广泛使用，技术成熟，速度可达时速250公里，适合高寒地区。目前主要应用于京哈、京广、石太客运专线等线路。2.2.2 我国高速铁路的总体规划根据中国铁路中长期发展规划，到2020年，为满足快速增长的旅客运输需求，建立省会城市及大中城市间的快速客运通道，规划“四纵四横”铁路快速客运通道以及四个城际快速客运系统。建设客运专线1.2万公里以上，客车速度目标值达到每小时200公里及以上。“四纵”客运专线：北京上海（京沪高速铁路）、北京武汉广州深圳香港（京港高速铁路）、北京沈阳哈尔滨（大连）、杭州宁波福州深圳（沿海高速铁路）、北京蚌埠合肥福州台北（京台高速铁路，大陆段叫“京福高速铁路”）。“四横”客运专线：徐州郑州兰州、杭州南昌长沙昆明（沪昆高速铁路）、青岛石家庄太原、上海南京武汉重庆成都（沪汉蓉高速铁路）。五大城际客运系统：环渤海地区：北京天津，天津秦皇岛，北京秦皇岛，天津保定环鄱阳湖经济圈地区：南昌九江，九江景德镇长株潭地区：长沙株洲，长沙湘潭长江三角洲地区：南京上海，杭州上海，南京杭州，杭州宁波珠江三角洲地区：广州深圳，广州珠海，广州佛山 中投顾问认为：中国高速铁路建设进程正在不断加快，目前，武汉及周边城际圈，郑州及周边城际圈，成都及周边城际圈，沈阳及周边城际圈，长沙-株州-湘潭地区，长春-吉林地区，赣江经济区，皖江经济区等经济集中带或经济据点，均将规划修建城际铁路。除此之外，广州至南宁，成都至兰州，成都至西安，成都至贵阳，太原至西安等等重要省会之间或重大城市之间，将来随着经济规模的扩大和客运需求的增加，都将陆续修建时速200公里及以上的高速铁路或高速客运铁路专线。预计到2020年，中国200公里及以上时速的高速铁路建设里程将超过1.8万公里，将占世界高速铁路总里程的一半以上。北京与省会城市 火车8小时内抵达2008年中国拥有了第一条时速超过300公里的高速铁路京津城际铁路，2009年中国又拥有了世界上一次建成里程最长、运营速度最高的高速铁路武广客运专线。而2010年2012年，中国将建成以北京为中心的8小时高速铁路交通圈。按照新调整的中长期铁路网规划，到2012年，中国铁路营业里程将由目前的8万公里增加到11万公里，其中高速铁路客运专线建成1.8万公里。乘高速列车从北京出发，1小时内到达天津、石家庄、唐山、秦皇岛、张家口、承德等城市；2小时到达沈阳、济南、郑州，太原等城市；3小时能到达长春、大连、南京、合肥，呼和浩特等城市；48小时能到达哈尔滨、西安、上海、杭州、武汉、南昌，福州等城市。除乌鲁木齐、拉萨等个别城市外，北京到全国各省会城市都将在8小时以内。中国高铁改变世界 2008年3月31日，时速350公里的首列国产化CRH3高速动车组在“唐车”下线，进入测试运行。之前有外国宣称试验了500公里的高速列车，但目前全世界投入实际运营的最高速度，仍是京津城际高铁的350公里。事实上，中国的高铁速度代表了目前世界的高铁速度。作为中国第一条真正意义上的高速铁路，京津高铁从一问世就站在世界前沿，创造了运营速度、运量、节能环保、舒适度四个世界第一。中国仅仅用了5年时间，就跨越了发达国家半个世纪的高速铁路发展历程。2.2铁路道岔的介绍2.2.1概述1.道岔的用途把两条或两条以上的轨道，在平面上进行相互连接或交叉的设备，在我国铁路上统称为道岔。道岔是铁路轨道中不可缺少的重要组成部分，根据用途和条件的不同，可以利用道岔把许多平行股道组合成各种不同形式的车站或车场，其目的是使机车车辆从一股轨道转入另一股轨道，以满足铁路运输中的各种作业需要。2.道岔的分类根据道岔的用途和构造形式的不同，基本上可分为连接设备、交叉设备和连接与交叉组成设备。铁路上常用的线路连接设备有各种类型的单式道岔和复式道岔；交叉设备有直角叉和菱形交叉；连接和交叉的组合有交分道岔和渡线等。根据用途和平面形状，道岔有如下几种标准类型。普通单开道岔；对称道岔；三开道岔；交分道岔；交叉渡线。3.道岔的构成特征（1）普通单开道岔：是将一条铁路线分为两条，其中主线为直线，侧线为向主线的左侧或右侧分开的道岔，如图2-1所示。图2-1（2）对称（双开）道岔：是将主线向左、右两侧对称分开的道岔，如图2-2所示。图2-2（3）三开道岔：是将一条线分为三条线，其中主线为直线，侧线为向左、右两侧对称分开的道岔，如图2-3所示。图2-3（4）交分道岔：两直线在平面斜交成菱形交叉的基础上，增设两组双转辙器和两条不同方向的侧线，使机车车辆既可顺交叉轨道直向运行，也可沿曲线转入侧线运行的道岔，如图2-4所示。图2-4（5）交叉渡线：有四组相同号数的单开道岔和一组菱形交叉所构成。、即是两组方向相反的单渡线交叉重叠在一起的设备，供两条铁路线上的列车双向串线之用，如图2-5所示图2-2.2.2 普通单开道岔的构造（如图2-6） 图2-6单开道岔是一种常见的道岔，为便于分析理解，将几个基本概念作以下解释。道岔始端（或称岔头）与道岔终端（或称岔尾）：尖轨尖端前基本轨端轨缝中心处称道岔始端，而辙叉跟端轨缝中心处则称道岔终端。左开道岔与右开道岔：站在岔头面向岔尾，凡侧线位于直线左方的称左开道岔，位于直线右方的称右开道岔。顺向过岔与逆向过岔：列车通过道岔时，凡由道岔终端驶向道岔始端时，称顺向通过道岔，反之由始端驶向终端时，称逆向通过道岔。一组单开道岔，主要由转辙器、连接部分、辙叉及护轨以及岔枕等组成。本节主要介绍转辙器。1转辙器转辙器是引导列车进入道岔不同方向的设备，其作用是将尖轨扳动到不同的位置，是列车沿直线或侧线运行。转辙器中的主件有基本轨和尖轨，联接零件，跟端结构以及辙前垫板、辙后垫板等。此外，转辙器中还包括有转辙机械等设备。（1）基本轨基本轨的作用除承受车轮的垂直压力外，还与尖轨共同承受车轮的横向水平力，并保持尖轨位置的稳定。（2）尖轨尖轨是转辙器中的重要部件之一。尖轨是用与基本轨同类型的标准钢轨或特种断面钢轨刨制而成。尖轨的作用是依靠其被刨尖的一端与基本轨紧密贴靠，以正确引导车轮的运行方向，列车靠它引进直股或侧股线路上。尖轨按平面形状分为直线尖轨和曲线尖轨两种。直线尖轨工作边与基本轨工作边所成的夹角称为转辙角，也是尖轨的冲击角。冲击角愈大，车轮撞击尖轨的水平力和动能损失也愈大，不但增加了列车进入侧线时的摇晃，而且也限制了列车侧向通过道岔的速度。由于直线尖轨制造加工简单，更换使用方便，左、右开道岔皆可互换使用，尖轨尖端刨削部分短，横向刚度大，尖轨摆度与跟端轮缘槽小，故目前大部分道岔多采用直线尖轨。如需减小尖轨的冲击角、提高列车的侧向通过速度以及缩短道岔长度时，则宜采用曲线尖轨。尖轨按断面形状和特征分为普通断面尖轨、高型特种断面尖轨和矮型特种断面尖轨三种。（3）跟端结构尖轨跟端结构是转辙器中的一个重要连接点，应保证尖轨由一个位置扳动到另一个位置时摆动灵活，还要保证与基本轨的连接牢固可靠，在列车通过时稳定而无变位和跳动，并且构造简单、维修方便。目前我国的单开道岔上所采用的尖轨跟端结构大多为夹板间隔铁式。此外，在列车高速通过的道岔上看，为了加强跟端结构，可配合特种断面尖轨采用弹性可弯式跟端结构。（4）其他零件其他零件包括连接杆、顶铁、轨撑、滑床板、辙前垫板、辙后垫板、平垫板和扳道器。这里不做详细介绍。2.辙叉及护轨辙叉及护轨包括辙叉、护轨、主轨及其他联结零件。辙叉与护轨组成一个整体，共同配合发挥作用。辙叉是道岔中两股线路相交处的设备。其作用是使列车能够按确定的行驶方向，跨越线路正常的通过道岔。辙叉是由翼轨和心轨组成。辙叉号数也即是道岔号数，在我国，铁道部规定用辙叉角的余切表示。辙叉按构造材料可分为有锰钢整铸式和钢轨组合式；按翼轨与心轨的固定关系可分为固定式和可动心轨式。护轨与辙叉的配合有以下两方面作用：一方面是控制车轮的运行方向，使之正常通过有害空间而不错入轮缘槽；另一方面是保护辙叉尖端不被轮缘冲击撞伤。3连接部分连接部分是转辙器和辙叉之间的连接线路，它包括四股钢轨，即两股直线钢轨和两股曲线钢轨重叠组成。4岔枕单开道岔使用的岔枕有两种：木岔枕和混凝土岔枕。前者广泛应用各种线路的道岔上，后者多铺设在中间站的正线道岔上。第三章直线尖轨加工工艺的分析3.1 分析加工零件的图纸。分析零件图是工艺制订中的首要工作。它主要包括以下内容：1.零件结构工艺性分析：是指零件对加工方法的适应性，即所分析的零件结构应便于加工成型。通过对直线尖轨图纸的分析。2.轮廓几何要素分析：零件轮廓是数控加工的最终轨迹，也是数控编程的依据。在分析零件图时，要分析零件轮廓的几何要素的给定条件是否充分。通过对直线尖轨图纸（图3-13-13）的分析，可以确定该零件轮廓的几何要素的给定条件充分。便于手工编程。3.精度及技术要求分析：对被加工零件的精度及技术要求进行分析，是零件工艺性分析的重要内容，只有在这个基础上，才能对加工方法、装夹方式、刀具及切削用量进行正确而合理的选择。主要包括以下内容分析精度及各项技术要求是否齐全、是否合理；分析每道工序的加工精度能否达到图样要求，并确定是否给后道工序留有余量；找出图样上有位置精度要求的表面，这些表面在一次装夹下完成加工；对表面粗糙度要求较高的表面，应确定相应的工艺措施（如磨削）。通过对直线尖轨图纸（图3-13-13）的分析，可以得知该直线尖轨精度要求在0.5之间，表面粗糙度为25，说明该直线尖轨的精度和表面粗糙度要求不是很高。4.零件图的数学处理：零件图的数学处理主要是计算零件加工轨迹的尺寸，即计算零件加工轮廓的基点和节点的坐标，或刀具中心轮廓的基点和节点的坐标，以便编制程序。根据图纸可以进行手工编程，数学处理比较简单。3.2 制定数控加工路线，确定数控加工方法。1.加工路线的确定在数控加工中，刀具（严格说是刀位点）相对与工件的运动轨迹称为加工路线。即刀具从对刀点开始运动起，直至加工程序结束所经过的路径，包括切削加工的路径和刀具快退及刀具引入、返回等非切削空行程。加工路线的确定首先必须保证被加工零件的尺寸精度和表面质量，其次考虑数值计算简单，走刀路线短，效率较高等。2.加工方法的确定常用的数控加工方法有以下几种：（1）平面孔系零件：常用点位、直线控制数控机床（如数控钻床）加工，选择加工方法时，主要考虑加工精度和加工效率两个原则。（2）旋转体类零件：常用数控车或数控磨床加工。选择加工方法时，主要考虑加工效率和刀尖强度两个原则。（3）平面轮廓零件：常用数控铣床加工。选择加工方法时，主要考虑加工精度和加工效率两个原则，在确定加工方法时应注意刀具的切入与切出方向的控制一次逼近方法的选择。（4）立体轮廓零件：常用多坐标轴联动数控机床（加工中心）加工。选择加工方法时，主要考虑加工精度和加工效率两个原则，在确定加工方法时应注意工件强度及表面质量机床的插补功能。 该直线尖轨属于平面轮廓零件，所以用数控铣床来进行加工。由于该零件具有一定的特殊性，即长度较长，为14250mm，为提高加工效率，选择双轴龙门铣床进来行加工。3.3 确定工件的定位与装夹方法，确定刀具夹具。1.工件的定位、安装与夹具的选择为了充分发挥数控机床的高速度、高精度和自动化的效能，还应有相应的数控夹具进行配合。（1）工件定位安装的基本原则力求设计基准、工艺基准与编程计算的基准统一。尽量减少工件的装夹次数，尽可能在一次定位装夹后，加工出全部待加工表面。避免采用占机人工调整式加工方案，以充分发挥数控机床的效能。（2）选择夹具的基本原则当零件加工批量不大时，应尽量采用组合夹具、可调式夹具及其它通用夹具，以缩短生产准备时间，节省生产费用。零件在夹具上的装卸要快速、方便、可靠，以缩短机床的停机时间。夹具上各零部件应不妨碍机床对零件加工表面的加工，即夹具要开敞，其定位夹紧元件不能影响加工中的走刀。根据以上原则和加工零件的实际形状钢轨下大上小，成“工”字形，加工时，应先加工下表面 ，再加工上表面。横向定位应采用顶铁进行固定，纵向定位应采用磁力吸盘来进行固定。该直线尖轨的装夹顺序是：放置工件在磁力吸盘上用顶铁进行夹紧给磁力吸盘上磁松开顶铁并再次夹紧。夹紧要从一个方向依次夹紧，这样保证工件所受的力向一个方向走，才会使工件底部不会有缝隙；充磁在第一次充磁保证加紧密贴，第二次在松开的基础上更一步使装夹更加牢固稳定。2.刀具的选择与普通机床加工方法相比，数控加工对刀具提出了更高的要求，不仅要求刀具的刚性好、精度高，而且要求尺寸稳定，耐用度高，断削和排削性能好；同时还要求安装调整方便。由于钢轨的加工比较特殊，刀具的选择不同于一般的铣刀，采用的是镶嵌式的铣刀，即在一定直径和形状的刀盘上按一定的顺序和加工要求固定一定的刀片。采用这种铣刀，用不断更换刀片的方法确保刀具的刚性和精度。3.4 调整数控加工工序。 调整数控加工工序，主要包括对刀点、换刀点的选择和刀具补偿等对刀点与换刀点的确定：（1）刀位点，在进行数控加工编程时，往往是将整个刀具浓缩视为一点，这就是刀位点，它是在加工上用于表现刀具位置的参照点。（2）对刀点，对刀操作就是测定出在程序起点处刀具刀位点相对于机床原点以及工件原点的坐标位置，即确定对刀点。正确选择对刀点的原则是： 便于用数学处理和简化程序编制；在机床上找正容易，加工中便于检查；引起的加工误差小。对刀点可以设置在零件上、夹具上或机床上，对刀点尽可能设在零件的设计基准或工艺基准上。在该直线尖轨的加工中，用刀盘的表面和钢轨的始端面的切点作为对刀点。（3）换刀点，换刀点是指加工过程中需要换刀时刀具与工件的相对位置点。换刀点往往设在工件的外部，离工件有一定的换刀安全距离，以能顺利换刀、不碰撞工件和其他部件。在铣床上，常以机床参考点为换刀点。（4）刀具补偿，由于在该直线尖轨的加工中，对刀点的选择不同，故无刀具的半径补偿。3.5 分配数控加工中的加工余量，确定各工序的切削参数。 数控编程时，编程人员必须确定每道工序的切削用量，并以指令的形式写入程序中，切削用量的选择原则是，在粗加工时，应在保证质量的前提下，兼顾切削效率、经济性和加工成本；半精加工和精加工时，应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性和加工成本。从刀具的耐用度出发，切削用量的选择顺序是：先确定背吃刀量，其次确定进给量，最后确定切削速度。1.背吃刀量的确定，背吃刀量有机床、工件和刀具的刚度来决定，在刚度允许的条件下，应尽可能使背吃刀量等于工件的加工余量，这样可以减少走刀次数，提高生产效率。2.进给量的确定，进给量主要根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料选取。最大进给速度受机床刚度和进给系统的性能限制当工件的质量要求能保证，为提高生产效率时，可选择较高的进给速度（100200m/min）；在切断、加工深孔或加工精度表面粗糙度要求高时，进给速度应选小些（2050m/min）。3.主轴转速的确定，主轴转速应根据允许的切削速度和工件直径来选择。其计算公式为：n=1000v/D 其中v(m/min)为切削速度,n（r/min）为主轴转速,D（mm）为工件直径或刀具直径。3.6 填写数控加工工艺卡片。工步号工步内容加工面刀具号刀具规格主轴转速进给量背吃刀量备注1轨底加工轨底右边一号刀盘刀盘直径480mm8002轨顶非工作面二号刀盘刀盘直径360mm8003轨顶工作面三号刀盘刀盘直径3608004轨顶铣轨顶五号到盘刀盘直径600800表3-13.7 填写数控加工刀具卡片。工步号刀具号刀具名称刀具型号刀片型号刀片牌号刀尖半径备注1一号刀盘刀盘直径480mmN18-1/1372二号刀盘刀盘直径360mm137 N18-1 1353三号刀盘刀盘直径360mm134 N18-1/1374五号到盘刀盘直径600mmR80 137 135表3-2第四章直线尖轨的数控加工4.1 西门子840D数控铣床的基本操作简介4.1.1操作面板的介绍图4-1操作面板由四部分组成：监视器CRT，是人机对话的窗口。MDI键盘，由字母键、数字键、编辑键等组成，实现MDI操作。机床操作面板，由监控灯和控制键组成，实现对机床的控制。辅助功能区，由急停键、倍率键、启停键等组成。实现对系统的干预。部分键的解释说明：JOG 机床手动模式TEACHIN 手动数据输入MDA 调用程序AUTO 机床自动模式RESET 机床总停SINGLE BLOOK 机床单段模式CYCLE STOP 循环结束ALARM CANCEL 报警取消SHIFT 上档键FEED STOP /START进给停止 进给开始BACXSACE 删除输入字中的值 删除光标前面的符号CTRL 在加工计划中和G代码中的XF组合中使用INSERT 激活插入模式或计算器OFFSET 补偿（刀具、零偏）操作区WCS MCS 在机床坐标和工件坐标中的切换INPUT 插入字母或数字4.1.2基本操作介绍1.开机与停机开机时，在按启动按钮之前，先要检查急停键是否压下，在急停键压下的条件下，按启动按钮，机床通电，完成开机。停机时，在按停止按钮之前，先要检查急停键是否压下，在急停键压下的情况下，按停止按钮，机床断电，完成停机。2.机床回参考点机床上电后会自动转入回零模式，X、Y、Z三个轴回参考点方法相同，按“Z”按钮，再按“+”按钮，Z轴将回到参考点，完成之后CRT界面上Z回零灯亮。Y、X同上操作。3.编辑程序按软键“Program”，显示数控程序目录，按上下方向键移动光标，移动到要选择的程序名上按“”，即可进行编辑。若要删除一个程序，则先选定要删除的程序，按软键“Manage program”再按“Delete”软键，再按“OK”。回到程序首部，按“”键，进行复位操作。若要搜索一个指定的代码，则按软键Search，输入要搜索的字母或代码，按在当前程序中搜索。4.自动加工先选择程序，然后按“AUTO”键，进行准备，再按启动键进行自动加工4.2 根据图纸和加工工艺编制加工程序4.2.1. 数控加工零件程序的结构 数控加工零件程序是一组被传送到数控系统中去的指令和数据。 （1） 程序的一般结构 一个零件程序是由遵循一定结构、句法和格式规则的若干个程序段组成的，而每个程序段是由若干个指令字组成的。%*为起始符；中间有程序段；M30为结束符。一个零件程序必须包括起始符和结束符。有需要注释的用注释符 （2）程序段和指令字的格式程序段的格式：它是程序段中的字、字符、和数据的安排形式，即排列书写方式和顺序。不同的数控系统有不同的程序段格式。常用的程序段格式有两类：地址符可变程序段格式，程序段中每个字都以地址符开始，其后跟有符号和数字，代码字的排列顺序没有严格要求。这种格式的程序简单易懂，可读性强，易于检查，现代数控机床广泛采用。格式如下：N顺序号G准备功能X坐标运动尺寸Y坐标运动尺寸Z坐标运动尺寸F进给速度S主轴转速M辅助功能附加指令LF例如：N20G01X20Y30Z10F120S500LF分隔符固定程序段格式，这种格式不太