图1  南车戚墅堰机车有限公司柴油机分厂配件一车间主管工艺师夏焕金先生（左）与WFL公司中国区首席代表李锋先生（右）

现如今，在南车戚墅堰机车有限公司加工车间的凸轮轴生产线上，再也看不到繁琐的功能各异的数控机床加工设备，取而代之的是一台来自奥地利WFL公司的5轴车铣钻复合加工中心。这种加工方式的变革不仅让凸轮轴的加工精度提升了一个层次，同时也使加工车间在生产效率上实现了飞跃。

目前，中国轨道交通建设全面提速，国产时速350km/h的“和谐号”动车组实现批量生产、同速度级别的干线高铁逐渐投入使用……用突飞猛进来形容这种发展速度并不为过。当然，这无疑为轨道装备制造业带来了最佳的发展机遇。但挑战也随之而来，传统的加工方式已经无法满足更高标准的需求，尤其是在精度和效率这最为加工车间看重的两个方面。作为机车车辆制造企业的领先者，南车戚墅堰机车有限公司对此深有同感，公司的柴油机分厂通过引进高端的复合加工设备，对原有加工工艺进行了彻底的改变。现如今在加工车间的曲轴和凸轮轴生产线上，再也看不到繁琐的功能各异的数控加工设备，一台车铣复合加工机床取代了原有的四台设备，不仅减少了投入成本，还将工件的加工精度和效率提升至更高的水平。而这一切都得益于集团与奥地利WFL公司的合作。

前所未有的加工体验

柴油机可以说是内燃机车的心脏，为整个机车的运行提供动力。其中，凸轮轴又是柴油机不可或缺的部分，它的好坏直接影响燃烧是否充分，所以凸轮轴的精度非常重要。“尤其是公司与美国GE公司合作成立柴油机分厂以后，我们要按照GE公司的要求来加工凸轮轴，精度要求更高了。”凸轮轴加工车间主管工艺师夏焕金先生是与WFL公司合作的主要参与者（图1），他回忆说道，“用当时已有的传统设备根本无法达到要求，而且我们一直沿用传统的仿形加工方式，效率上也无法满足需求。”于是，2007年加工车间拟定方案，决定购进新型的加工设备，以提高凸轮轴的加工水平，并将目光锁定欧洲高端的加工技术。

国内的机车车辆厂大多历史悠久，数十年传承下来的加工经验很难改变，因此在招标初期，加工车间仍以凸轮铣床为主要采购目标。但奥地利WFL的出现改变了加工车间的固有想法，经过对其他机车车辆制造企业的使用调研以及对5轴车铣复合加工中心功能的逐渐了解，加工车间最终选择了WFL的M35设备。WFL公司中国区首席代表李锋先生认为这次合作是具有突破意义的，他说：“合作的过程很曲折，让传统的加工车间接受先进的加工方式并非易事。传统的加工方式成熟、可靠、风险小，但是工艺繁琐，耗费的加工时间长，严重影响整体加工效率。而车铣复合技术的出现，打破了戚墅堰柴油机厂的固有模式，为他们提供了一种前所未有的加工体验。三年过去了，事实证明当时的决策非常正确。”

目前，M35车铣复合加工中心主要用于GEVO16型柴油机凸轮轴的凸轮外形的车铣加工，轴颈、法兰端面及凸台的车削加工，端面安装孔的钻削、镗削加工。据夏工介绍，加工的产品主要有两种，分别是GE的凸轮轴和自主设计的280型凸轮轴，主要供给环境恶劣的地区，这对机车提出更高要求，所以对机车内部零件必须严格把控。他说：“凸轮轴的凸轮型面加工余量相对少，所以我们更注重加工精度的提升，因为整个位置度和尺寸公差都非常小，需要设备的精度更高，尤其是重复精度。”以其中16缸柴油机用凸轮轴的加工来说，M35承担三次装卡、两道工序的加工任务。第一道工序是铣削凸轮，精度要求很高，轮廓度的精度要达到 0.05mm；第二道工序是螺栓安装孔，GE的凸轮轴需要8节连在一起，所以螺栓孔的位置度要求非常高，超过0.04mm的偏差都会导致安装出现问题。

夏工解释说：“精度主要在于两端法兰孔的同轴度和凸台尺寸，都要遵循GE公司的CTQ关键项目尺寸，绝对不能超差。整个凸轮轴有32个螺栓孔，一边16 个，为了让每根凸轮轴高精度地连接在一起，16个孔中各有1个定位孔（直径18mm，其余为15mm），精度最高，用于同轴度的测量，一旦不精准，凸轮轴之间的连接角度就会变化。另外，凸轮轴端面上还有一个定位销测量孔，精度也很重要，因为每个缸的发火次序不同，所以每个凸轮的相位角就不一样，而相位角的定位基准就是靠定位销来实现的，被用于定位以及整个桃形和轴的测量。”夏工补充说，除此之外，两端法兰外端面相对两端凸台公共轴线的垂直度、跳动，各个孔的位置度等精度要求都非常高。

图2  加工车间中生产的美国GE凸轮轴

M35车铣复合加工中心不仅在精度上提供了很好的保证，在加工工序上也较原来有大幅改进，带来了效率的提高。“以前我们需要经过仿形车和粗磨两道工序之后才能进行热处理，而使用了M35以后，工艺改变了，一次车铣桃形成型，凸轮表面粗糙度和凸轮型线轮廓度就可以达到要求。以前车一根凸轮轴需要2h，再经过磨削也需要2h，而现在共用30min就可以完成原来4h的加工任务。同时还减少了一道工序，就是定位销的加工，按照之前的加工工序，额外还需要一台机床才能实现轴向定位基准。”现在的加工模式，无需对凸轮轴进行搬运和二次定位装卡，就可以达到高品质的加工精度，并使效率成倍提升。按照传统的加工模式，国内型号凸轮轴的年产量只有800节，而在使用M35之后，加工车间在2009年就加工GE型号凸轮轴1600节，车铣复合加工技术的优势显而易见。

真正的定制化机床

车铣复合加工技术为企业带来了效益，除了解决零件的高精度、高效率加工问题，其真正的高技术水平还应体现在对零件的质量保障方面。特别是在批量生产中，要保证每一个零件都在精度要求之内。“奥地利WFL公司于1982年在汉诺威展会上展出了世界上第一台车铣机床MILLTURN?，此后WFL只专注于车铣机床的制造。WFL不仅是车铣技术的发明者，也是全世界唯一一家专业车铣机床制造企业，也是该领域最大的企业。”李总认为WFL的专业性使公司可以提供给用户最高端的车铣复合技术，帮助他们解决加工难题，“时至今日，WFL可以提供给用户最完善的车铣复合加工技术，我们的设备全部采用模块化结构设计，可以根据用户特殊需要提供相应的功能，而且开发程度要更加深入。是真正意义上的定制化机床。”夏工对WFL机床的模块化结构大加赞赏，他说：“WFL设备中设有典型零件的加工循环，比如凸轮轴的加工，我们可以直接调用凸轮轮廓车铣加工宏程序，简化了编程，只要输入特定参数就可以进行加工了。”而给他留下深刻印象的还要数M35的测量循环功能，“比如两端法兰孔的同轴度，如果没有测量的工艺，精度很难保证。如果测量方法不当，会造成很大误差。WFL的测量循环已经成为了零件加工工艺中不可缺少的部分，这个功能不仅可以实现零件的找正，还可以在加工过程中用来避免零件的物理变形、热膨胀变形、刀具磨损带来的误差，保证了零件的加工精度。”

据李总介绍，这是定制化之后的一个显著特点，他解释说：“加工程序是理论程序，现实加工情况肯定与理论有偏差，因为如刀具损耗、温度变化这些因素都是不确定的，容易给零件带来变形。这种情况在编程中并没有纳入考虑，但却实际存在，如果按照理论加工，那么误差就会被计算到零件中。而WFL提出的测量方法是，在最终精加工步骤之前，系统自设一个预加工量，它会大于理论加工值，然后系统进行测量，当测量值小于这个量的时候，系统会自动补偿，以达到最终要求的尺寸。整个过程是自动的，无需人工干预，这也是WFL区别于其他厂家的专利技术。”好的设备就是要更快、更高精度地加工出零件。而这个过程中精度的保证是关键，WFL做到了——经过验证，柴油机分厂生产的GE凸轮轴（图2）完全符合要求精度，而且离散性都被控制在很小的范围内，超过了GE本土生产水平，这个结果让美国同行刮目相看。

合作升级

为了让用户更好地理解和使用设备，WFL提供给用户同样专业的培训和服务。“前期我们会组织在奥地利本土进行全天培训，由奥地利专家授课。帮助用户更好地了解设备功能，掌握操作。”李总介绍说，“另外，我们每隔两年还会提供给用户一次专业培训，邀请奥地利专家来访。这个培训非常行之有效，因为在使用一段时间后对机床有了一定的认识，此时进行培训，效果更明显。专家可以为用户解决实际发生的问题，用户之间也可以就各自的问题进行探讨。这一过程会持续一周时间。”除此之外，WFL还在北京设有备件库，为了更快地响应用户的需求。公司还投入更多资金邀请国外专家常驻中国地区，为用户解答疑难问题。

夏工补充说，在机床调试初期，WFL派了一名外国工程师全程跟随，共同编辑程序、调试机床参数。这使操作者和编程人员可以在最短时间内适应机床，机床也以最快的速度进入工件加工状态。

对于输电成本很高的地区来说，内燃机车仍然是一种比较好的铁路牵引解决方式。它具有基建投资小、机动性和适应性强等优势，具有不可替代的作用。目前，南车戚墅堰机车有限公司制造的机车以省油、载重量大著称，而且经过了东北地区-47°的严寒考验和新疆吐鲁番地区50°高温的考验。根据今后的发展趋势，柴油机分厂目前正计划扩大产能，达到年产450～650台的生产水平，这无疑需要WFL更多的支持，进一步的购买计划已经列入日程。