新型風(fēng)電增速箱齒圈銷孔制造工藝研究

邊 境 施曉寬 趙廼劍

(①天津中德職業(yè)技術(shù)學(xué)院，天津 300350;②西門子機(jī)械傳動(dòng)天津有限公司，天津 300220)

增速齒輪箱是風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的一個(gè)重要組成裝置［1］，其作用是將葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的扭矩通過聯(lián)軸器傳遞給齒輪箱，再通過齒輪箱內(nèi)部齒輪副，使輸出轉(zhuǎn)速增大，并最終連接至發(fā)電機(jī)［2］。齒圈是連接箱體和扭力臂的核心部件，齒圈的剛度、銷孔位置度誤差和齒形齒向誤差都會(huì)影響整個(gè)增速齒輪箱的使用壽命。針對(duì)銷孔位置度這個(gè)工藝難點(diǎn)，本文提出了一種新型的齒圈加工方法，該方法一方面可以有效地保證銷孔位置度，另一方面可以大大提高齒圈的生產(chǎn)效率，這對(duì)企業(yè)降低生產(chǎn)成本具有重要意義。生產(chǎn)成本。

1 工藝難點(diǎn)分析

齒圈屬于薄壁類零件，端面上分布著32 個(gè)φ30H7的銷孔，兩端面共有64 個(gè)銷孔。為了使零件有良好的互換性，銷孔對(duì)定位圓的位置度往往要求很高，該型號(hào)齒圈的位置度為0.08 mm，周邊還分布著11 個(gè)φ33 mm 的通孔，如圖1 所示。

目前國(guó)內(nèi)大部分生產(chǎn)廠家均采用立式加工中心進(jìn)行加工，設(shè)定專用工裝將其固定在十字工作臺(tái)上［3］。這樣雖然可以保證銷孔的位置度，但由于齒圈兩面均有銷孔，工人還需要將工件進(jìn)行人工翻轉(zhuǎn)，重新定位找正，然后完成整個(gè)齒圈銷孔的加工。該方法造成工人的勞動(dòng)強(qiáng)度增大，企業(yè)生產(chǎn)效率降低，進(jìn)而直接增加了

2 新型的齒圈銷孔加工方法

2.1 機(jī)床的選擇和工裝的設(shè)計(jì)

本文采用Heckert 臥式加工中心進(jìn)行齒圈銷孔的加工，目的是充分利用旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)B 軸的快速轉(zhuǎn)換優(yōu)勢(shì)。該機(jī)床的另一個(gè)特點(diǎn)是具有兩個(gè)工作臺(tái)，一個(gè)工作臺(tái)在機(jī)床內(nèi)部進(jìn)行加工，另一個(gè)工作臺(tái)在機(jī)床外部進(jìn)行備料。這樣的方式可以減少占用機(jī)床的有效工作時(shí)間。臥式加工中心比較適合大型工件的加工，目前風(fēng)電設(shè)備的齒圈均屬于大直徑零件，其外徑可達(dá)φ1710 mm，重量為1200 kg，甚至更大。

針對(duì)臥式加工中心的特點(diǎn)，專門設(shè)計(jì)了一副齒圈工裝，如圖2 所示。該工裝左、右、下有3 個(gè)擋板，用于固定齒圈，并用6 個(gè)螺栓進(jìn)行鎖緊;下面為齒圈的支撐部分，用于支撐齒圈全部重量;底板采用經(jīng)過調(diào)質(zhì)的42Cr 材質(zhì)，與臥式加工中心的工作臺(tái)進(jìn)行定位連接。這樣可以保證齒圈牢固地豎立在工作臺(tái)上，便于機(jī)床的鉆孔加工。

2.2 CNC 程序設(shè)計(jì)

由于銷孔位置度只有0.08 mm，故機(jī)床在加工之前需要保證工件基準(zhǔn)面A 與機(jī)床工作臺(tái)面有非常高的垂直度。此時(shí)，機(jī)床采用探頭進(jìn)行找正和測(cè)量，并在CNC系統(tǒng)中編輯了測(cè)工件垂直度的程序，如圖3 所示。

并設(shè)定IF 程序:

2.3 環(huán)境溫度的控制

齒圈屬于薄壁類工件，在溫度發(fā)生劇烈變化時(shí)，很容易發(fā)生變形，進(jìn)而導(dǎo)致銷孔的位置度超差，造成工件的報(bào)廢。故齒圈在加工前，須保證環(huán)境室溫在20±2℃的范圍內(nèi)。工件首件加工時(shí)，需進(jìn)行齒圈的粗加工，即銷孔直接加工到φ29.3 mm，進(jìn)而進(jìn)行3D 檢驗(yàn)，然后根據(jù)3D 報(bào)告進(jìn)行銷孔位置度的微調(diào)。

3D(三坐標(biāo)檢驗(yàn)室)的環(huán)境溫度也需要在20 ℃。檢驗(yàn)前三坐標(biāo)要進(jìn)行探針的校正，檢驗(yàn)時(shí)機(jī)床加工的首孔需和三坐標(biāo)保持一致，檢驗(yàn)過程中禁止在檢驗(yàn)臺(tái)上走動(dòng)［4］。

在實(shí)際加工時(shí)，如果現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度有較大波動(dòng)，需要進(jìn)行溫度補(bǔ)償調(diào)整。齒圈的材質(zhì)一般是34CrNiMo6，可以根據(jù)以下公式進(jìn)行溫補(bǔ)Z 計(jì)算:

式中:A 為3D 室溫;B 為機(jī)床周邊溫度;C 為當(dāng)前加工的齒圈半徑。

2.4 加工刀具的選擇

刀具的加工效率、剛性、強(qiáng)度、排屑和孔中心定位性能等直接影響著銷孔位置度;因此，在選擇刀具時(shí)，需要考慮加工成本、加工質(zhì)量和加工效率。

在加工φ30H7 的銷孔時(shí)，根據(jù)機(jī)床加工性能和齒圈工裝的特點(diǎn)，本文選用了KSEM290R3WN32M 鉆桿和KSEM2973HPGM 鉆尖，進(jìn)行銷孔預(yù)孔的加工，此時(shí)的主軸轉(zhuǎn)速S=544 r/min，進(jìn)給量F=245 mm/min;然后采用倒角刀進(jìn)行孔的倒角加工;最后選用Wohlhaupter 鏜刀進(jìn)行鏜孔加工，主軸轉(zhuǎn)速S=1706 r/min，進(jìn)給量F=153 mm/min。此時(shí)，清理銷孔內(nèi)部切屑并使用內(nèi)徑三點(diǎn)尺進(jìn)行測(cè)量。

同樣的方法對(duì)齒圈反面進(jìn)行鉆孔加工，加工時(shí)注意齒圈反面有三處擋板，要避讓擋板，防止刀具干涉。

使用風(fēng)槍將工件的冷卻液和切屑清理干凈，并松開工裝上的6 個(gè)螺栓，送出機(jī)床，并將其送至3D 恒溫24 h 后進(jìn)行檢驗(yàn)。根據(jù)3D 檢測(cè)報(bào)告對(duì)銷孔位置度進(jìn)行修正，使其達(dá)到最佳狀態(tài)，如圖4 所示。

2.5 加工時(shí)的注意事項(xiàng)

(1)保證機(jī)床周邊溫度和冷卻液溫度的恒定。

(2)加工過程中，不能有中斷，需保證連續(xù)、快速地完成整個(gè)齒圈的加工。

(3)根據(jù)3D 報(bào)告，及時(shí)調(diào)整銷孔位置坐標(biāo)，使其達(dá)到穩(wěn)定位置度，如圖5 所示。

3 結(jié)語

通過改變傳統(tǒng)的加工方式，革新了齒圈的加工工藝。本文提出了一種在臥式加工中心加工齒圈銷孔的新方法，在保證銷孔位置度的前提下，大大提高了生產(chǎn)效率，降低了企業(yè)生產(chǎn)成本。該方法已經(jīng)在工廠實(shí)踐中投入應(yīng)用，并取得了良好的加工效果，具有廣泛的應(yīng)用前景。

［1］張立勇.大型風(fēng)電齒輪箱均載性研究及優(yōu)化［D］.北京:機(jī)械科學(xué)研究總院，2009.

［2］汪洋.風(fēng)電增速箱齒圈制造工藝研究［J］.機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2011(24):177-178.

［3］宋元廣.1.5MW 增速齒輪箱齒圈銷孔制造工藝技術(shù)［J］.重工與起重技術(shù)，2013(1):23-24.

［4］杜昭.超大直徑內(nèi)齒圈的一種加工方法［J］.機(jī)械研究與應(yīng)用，2008(3):50-51.